中國半導體多路出擊

半導體行業觀察

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2022-03-16 14:20

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過去幾年，在多種因素的夾雜影響下，集成電路產業的重要性以及中國集成電路的發展已經成為了大家廣泛討論的議題。

正如國家02專項技術總師，中國集成電路創新聯盟副理事長兼秘書葉甜春在日前于蘇州舉辦的中國集成電路設計創新大會暨IC應用博覽會上所說：“芯片問題是一個事關百年發展的長期戰略問題，不是短期應急問題，必須要持之以恒去發展。如果說工業化時代最基礎的產品是鋼鐵，那么信息化時代最基礎的產品則是芯片”。“芯片工業是我國信息化時代最大的短板，需要一個30年以上的長期戰略來解決”，葉甜春進一步指出。

在這種背景下，國內企業在過去幾年正在加大對集成電路產業不同環節的投入。半導體行業觀察記者早前也有幸與多位不同領域的創始人進行交流，探討國產半導體的機遇和挑戰。

IP的齊頭并起

如果給國產半導體把脈，IP無疑是當中一個需要亟待解決的“病灶”。

作為當代芯片的重要構成，IP的整個市場規模雖然并不大，但卻是每顆芯片必不可少的關鍵。然而過去的資料顯示，這是一個主要被歐洲和美國企業控制的市場，這就讓國產IP成為了困擾本土半導體從業者很久的一個“心病”，而RISC-V無疑是其中的一味“良藥”。

受益于其開源、簡約和靈活等特性，初創于2010年代RISC-V在過去幾年走上了快車道，也吸引了海內外多家廠商投身其中。作為一個潛力無限的指令集，RISC-V也成為了國內企業關注的重點。

芯來科技執行總裁彭劍英女士也指出，不管是因為大形勢，還是因為大家對國產CPU有了多年的探索，總之是幾乎所有人都對RISC-V有了很多的期待。”RISC-V是目前國產CPU的歷史機遇。”彭劍英強調。按照她的說法，這主要與當前市場的狀況有莫大的關系。

彭劍英表示，從應用上來講，新時代的各類應用（特別是AIoT）都是多元化的，為此大家對應用定義芯片或定制化有了更多的需求。換而言之，就是大家希望芯片/處理器能夠在靈活性和敏捷的定制開發方面提供更多的支持；從技術上來講，RSIC-V的開源，也意味著是芯片眾多模塊中的關鍵一環終于宣告開放。

“從某個角度看，這拉低了處理器的入門門檻，給國產CPU帶來了絕佳的歷史機遇”，彭劍英強調。但她同時指出，這是一個需要把軟件和硬件結合起來才能成功的市場，這同時也是成立剛滿三年的芯來科技所專注于實現的目標。

從彭劍英的介紹我們得知，芯來科技現在已經推出了多條處理器產品線，當中包括對標Arm CortexM0和M3的超低功耗N200系列、對標CortexM33和M4的N300系列，以及能夠用來做應用處理器的N/NX/UX 600系列和N/NX/UX/MC 900系列等產品。公司未來的IP還會沿著高性能應用需求的方向推進。

“除了提供IP以外，芯來科技還會面向安全解決方案、汽車與工業解決方案、以及擴展指令等方向發力”，彭劍英告訴記者。“芯來科技會以公司的RISC-V IP為中心，打造一個全矩陣的IP平臺，去賦能整個芯片設計行業。”彭劍英補充說。

在這樣高舉高打戰略的推動下，芯來科技過去三年已經收獲了300多個評估客戶，公司正式授權的客戶也已經接近100家。具體到應用方面，除了大家所熟知的消費類IoT外，芯來科技的產品更是獲得了工控、網絡、5G，甚至汽車客戶的認可。

縱觀近年國內的IP產業，除了在類似RISC-V這樣的處理器IP上迅猛發展外，包括接口在內的其他基礎IP也是產業內人士發力的方向。深耕IP領域15年之久的芯動科技和近兩年的初創公司芯耀輝就是當中的代表。

據芯耀輝科技的CTO李孟璋先生介紹，芯耀輝是一家專注于先進工藝半導體IP研發和服務的公司。近200人的全球化精英團隊中有85%以上為研發人員，均來自全球領先的高速接口IP廠商新思科技及國內外頂尖芯片公司紫光展銳、海思、Intel、AMD、高通等。團隊成立僅一年，便在國產FinFet先進工藝上快速完成了USB3.1/3.0/2.0，MIPI D-PHY，MIPI CD-PHY，MIPI M-PHY，PCIe5.0/4.0/3.0，DDR4/3，LPDDR4X/4，HDMI2.1，SATA3.0，SD/eMMC等接口硅IP研發和商用。

目前，中國接口IP市場近年增速超過40%，增長動力強勁且成長空間巨大，但被外商高度壟斷，外商市占率超90%，國內IP仍處于被“卡脖子”狀態。在李孟璋看來，要做出市場認可的高質量IP產品，不僅需要專業的人才、豐富的經驗、充足的資金，還需要持續的專注力。

芯耀輝的創始團隊集結了一批在國內外領先的IP廠商有多年系統芯片與IP研發和量產經歷的全球尖端“技術迷”，他們已經積累了十幾二十幾年與主流客戶一代又一代迭代和打磨產品的豐富經驗，所研發及量產的芯片IP被國內外幾乎所有頂尖和主流芯片公司廣泛使用，在工藝上更是達到市場最先進的28/14/12/7/5納米。

“我們把眾多一線資本的投資幾乎全部投入研發中，因為芯耀輝團隊只做IP研發一件事，專注做好的產品。” 李孟璋說，”團隊正在集中力量自主研發覆蓋14/12納米及以下的先進工藝IP，為市場提供兼容性高、可靠性強的IP產品。目前我們已經完成了主流接口IP產品線的布局，并已成功將完整IP交付給客戶并得到了他們的認可。”

同時，李孟璋表示，作為半導體IP新銳，芯耀輝要做的不只是高質量的接口IP，我們要做智能IP子系統，解放工程師的創造力，把人工智能、云化等技術應用于傳統的IP設計中，做面向未來的技術研發，讓芯片設計更簡單，滿足數字時代應用市場的多元化需求。走在世界前沿的應用市場，加速國產IP換道超車。

“芯片產業是分工合作的產業鏈，我們的IP需要基于芯片制造公司的工藝來開發。因此，解決國內半導體IP的＇卡脖子＇問題，就要確保國內支撐芯片設計的上游技術的IP和EDA、芯片設計、生產代工的生態完整性，首先要做的是支持國內代工發展。 ”李孟璋說。

成立于2006年芯動科技，在國產IP方面的篳路藍縷更是不用多言。

芯動科技技術總監高專表示，自成立以來，公司一直專注于IP，特別是接口IP的自主研發，并取得了驕人的成績。數據顯示，芯動科技的接口IP已經超過50億顆的芯片采用，公司同時在全球的六大大晶圓代工廠所有的IP在上面都有做覆蓋和驗證。尤其是在DDR方面，芯動更是全球覆蓋最強的IP公司之一。

據高專介紹，芯動能提供八大類的DDR產品，其中的DDR5/DDR4更是能為服務器應用提供支持。同時芯動科技還提供LPDDR5、LPDDR4、LPDDR4XIP，滿足移動領域客戶的需求。除此以外，芯動科技還有GDR6和GDR6XIP。值得一提的是，芯動科技是全球第一個能夠提供GDR6XIP的企業。而這些技術成果都是基于芯動自身十數年的攻關積累和數百人自有團隊的潛心研發，是國產自主IP領域的“勛章”，也是我們引以為傲且獨一無二的優勢。

基于這豐富的IP和夯實的技術，芯動科技能夠為客戶提供靈活的定制化服務，以跨IP跨工藝跨封裝最優解決方案，結合全球量產渠道、豐富工藝移植經驗和記錄，助力國內芯片產品快速量產面市。據了解，目前芯動的定制化開發基本全覆蓋了CPU、GPU、NPU高性能計算平臺，多媒體終端&汽車電子平臺，IoT物聯網平臺三大熱門應用領域，且均有成功案例和服務經驗。

包括筆者在內，相信有很多讀者會明白到，IP并不是一個很大的生意，也算不上一個好生意。但依然有那么多廠商前赴后繼的投入其中。在問到為何這樣做的時候。芯動科技聯合創始人敖剛回應道：“我覺得好生意還是不好的生意不能完全靠錢的多少來看，如果我們只看錢的話，我們去作房地產去了。作為一個對技術有愛好、且有底氣的公司，我們會把IP的開發作為我們的第一選擇，這就是我們的一個選擇和追求。”

EDA的各個擊破

作為當代芯片的重要工具，EDA在過去兩年獲得的關注度不亞于“光刻機”。但正如很多文章報道所說，這是一個被Cadence、Synopsys和Siemens EDA（原Mentor Graphic）統治的市場。在工具的完整性和性能，尤其是先進的數字邏輯制程工具上面，全球幾乎找不到能挑戰他們的競爭對手。他們同時還在驗證等多個領域有強大的號召力。

但即使如此，基于過往多年的全球半導體格局和變動影響，國內在EDA領域已經涌現出了多家EDA企業。當中包括但不限于老牌廠商華大九天、概倫電子、芯禾，以及芯華章、國微、奧卡思微、若貝電子、行芯科技、九同方和廣立微在內的一大波本土EDA新勢力。其中的行芯科技，無疑是當中極具傳奇色彩的一家。

據行芯科技CEO賀青先生介紹，他從來沒在任何EDA企業工作過，但他對先進工藝上面的EDA工具的了解程度和熟悉程度達到了世界一流的水平。這主要與其在工作過程中，有機會把產業鏈從制造到Design house再到EDA的全流程跑通，從而掌握了相關經驗有關。

官方資料顯示，杭州行芯科技有限公司，是國產高起點、具有完全自主知識產權和國際競爭力的EDA和IP高科技企業，致力于從傳統工藝到先進工藝，為IC設計企業提供領先的EDA工具鏈和解決方案。公司的愿景則是希望能夠成為后摩爾時代的EDA領導者。

據了解，行芯專注于SOC、ASIC、Memory、Custom、AMS 等芯片物理設計的Signoff領域，包括電源完整性、信號完整性、寄生參數提取、功耗、可靠性、靜態時序分析、襯底噪聲、片上多物理域分析、先進工藝設計優化等挑戰，深入拓展軟件算法和芯片設計獨特能力，不斷豐富產品線，持續引領后摩爾時代EDA 行業發展。

賀青指出，國內在先進工藝制造上面雖然起步相對比較晚，但成長很迅速，并宇近年縮短了與國際先進水平的差距。至于EDA方面，由于生態的匱乏，因為涉及先進工藝，所以國產EDA產品起步其實是非常晚的。

“然而現在從技術和市場兩端看來，國內EDA產業正在迎來巨大的機遇。從技術的角度看，這是一個發展的源泉，越復雜的工藝開發出來給予了EDA的工具更廣闊的市場，同樣的設計客戶越多樣的設計方式和設計組合讓EDA的工具更多可以施展的舞臺。”賀青說。

賀青指出，行芯的目標就是貼合客戶的需求，在晶圓廠和設計兩端給客戶賦能。在晶圓廠客戶上面，行芯能為各種工藝提供建模的角色；在設計端，公司也能提供覆蓋面廣泛的產品。

“我們的特點就是體現在對先進工藝的支持”，賀青強調。

處理器的遍地開花

在過去兩年的國產芯片市場，一個不能忽視的重要趨勢就是高性能計算芯片的遍地開花。尤其是在GPGPU方面，因為AI的火熱，這個市場受到了高度關注，沐曦科技就是當中的一個佼佼者。

按照該公司創始人兼CEO陳維良先生的說法，我們今天處于一個大數據時代，同時還是一個智能計算的時代。這個時代最重要的一個特征就是——算力是第一生產力。而GPU將在其中扮演一個重要角色。

“GPU是從專用的處理器轉向通用的，通用以后又帶來了通用可編程。其獨特的設計讓其擁有在運算的時候快反應和低延時等優勢。”陳維良表示。“同時，GPU對AI架構的支持現在非常成熟，我們甚至可以說目前AI應用里面不管是訓練還是推理，絕大部分還是GPU在支持其運算力。”陳維良接著說。

正因為GPU有如此多的優勢，但當前這個市場又是由Nvidia和AMD兩家美國廠商壟斷，為此打造本土的GPU就有了非常迫切的必要，沐曦就是基于這個考慮而成立的。

雖然GPU機遇巨大，但正如陳維良所說，開發GPU是一個難度非常大、周期非常長和投入非常大的工作。這無疑就給沐曦這類的企業帶來了巨大的挑戰。

從陳維良的介紹中我們得知，一塊GPU從立項到上市最少需要3-5年的時間。在這個過程中不但需要投入數十億去研發芯片，還需要斥巨資去自上而下打造驅動、編譯器和庫的軟件系統。這樣復雜的軟硬件系統到了不同的落地場景，還需要針對不同的場景進行優化，這樣帶來的工作量就可想而知。

“基于我們擁有豐富經驗的團隊，我們認為公司會在3-5年內，實現產品上的突破。”陳維良表示。“我們早期目標是打造高性能計算的GPGPU，在站穩腳跟以后，我們未來也會涉足圖形GPU。”陳維良接著說。

除了GPU外，獨立的DSP又是另一個被關注的領域。

也許有讀者會說，過去幾年里，DSP開始逐漸被集成到了SoC，獨立DSP似乎沒有太大的市場。但據中科昊芯總經理助理&銷售總監王鎧表示，這并不是一個完全正確的說法。

“多年以來，在我國包括工業控制在內的多個制造領域，DSP都被廣泛應用。但是基于知識產權和生態的原因。這個行業大多數市場被國際廠商所占據，國內企業多年以來一直想從中突破，但一直未能遂愿。中科昊芯成立就是為了實現這個目標”，王鎧說。

據了解，中科昊芯基于自身在數字信號處理器領域的技術優勢，專注于工業自動化和數字電源兩大領域，基于開放指令集架構RISC-V推出自研高性能處理器核，并基于此推出工業控制微處理器系列Haawking-HX2000。

在問到為何采用RISC-V架構進行設計的時候，王鎧表示，這主要是因為RISC-V是一個開源指令集，不會有知識產權問題。同時，因為國內外的投入，RISC-V發展很快，因此公司基于基礎的RISC-V指令集，加上自己擴展的指令集，打造了獨特的DSP產品。

基于性能優越的硬件，再搭配出色的軟件和算法，中科昊芯的產品獲得了工業控制及電機驅動、消費電子和新能源等多個領域客戶的采用。通常這些市場輕易都不會更換供應商，中科昊芯能夠獲得青睞，由此可見其實力。

“我們最初成立的時候，只是想對標我們國際的一些競爭對手，去做一些馬達驅動產品。例如在新能源汽車方面，用DSP是非常好的選擇。現在我們從國產替代出發，讓我們的產品可以引領行業的發展。與此同時，還有很多新的行業需求出現，這都將給我們帶來機會。”王鎧最后說。

Chiplet和汽車半導體

如果從過去兩年的半導體產業中選出十個熱詞，Chiplet和汽車半導體必然會入圍。

后者不必說，因為缺貨帶來的連鎖反應，汽車半導體已經走上了全球媒體的風口浪尖；至于Chiplet，這是半導體從業人員在看到摩爾定律放緩，晶體管微縮受困而做出的一個新嘗試。無一例外，他們又成為了中國半導體行業人員關注的重點。

首先看Chiplet方面，芯原股份創始人、董事長兼總裁戴偉民博士指出，因為摩爾定律的放緩，導致現在企業做大芯片越來越難，同時也越來越貴。傳統做芯片的方式，在芯片的某些模塊中，也許就不那么符合經濟效應。“以接口為例，用12nm以下的工藝去做這個模塊意義不大，同時還很昂貴。接口電路大多屬于標準模塊，不必每次迭代芯片時都跟著整顆芯片一起升級工藝制程，這樣做經濟效益也較差”，戴偉民舉例說。

因此，他認為Chiplet會是一個不錯的選擇。

所謂Chiplet，是一種通過利用先進封裝技術將多個異構芯片裸片（Die）整合集成為特定功能的系統芯片的技術。借助這個新技術，有望緩解摩爾定律和登納德縮放定律所面臨的的失效問題。具體而言，Chiplet就是通過將多個可模塊化芯片（主要形態為Die）通過內部互聯技術集成在一個封裝內，構成專用功能異構芯片，從而解決芯片研制涉及的規模、研制成本以及周期等方面的問題。

如上文所說，因為擁有多方面的優勢，Chiplet受到了全球多家半導體企業的關注。而芯原作為一家依托自有半導體IP，為客戶提供平臺化、全方位、一站式芯片定制服務和半導體IP授權服務的企業，投入到Chiplet研究，也有其重要的意義。

按照戴偉民所說，采用Chiplet以后，能夠延續摩爾定律，系統內的功能密度也能保持增長。“Chiplet能給圖形處理、安全引擎、AI加速和IoT控制器等多個異構計算領域帶來新的性能推動”，戴偉民表示。

他進一步指出，Chiplet能夠帶來“新四化”，也就是IP芯片化、集成異構化、集成異質化和IO增量化。基于此，芯原也提出了“IP即Chiplet”的理念，希望能夠以Chiplet實現特殊功能IP的即插即用，解決先進工藝面對的性能與成本問題，同時還降低大規模芯片的設計時間和風險。

“對于Chiplet，我們有一點必須強調，那就是Chiplet之間的互聯標準應該全球統一，而不應該各國分別建立自己的標準。只有這樣做，才能把中國芯片產業與全球半導體產業融合”，戴偉民告訴半導體行業觀察記者。

來到汽車半導體方面，國內也有不少企業投身其中的，2011年成立于硅谷的Chipways則在汽車智能傳感和控制芯片方面有獨到的見解。

資料顯示，Chipways的主旨是打造汽車電子系列核心芯片及其產業平臺。公司現已掌握汽車級霍爾傳感器芯片、汽車級微控制器芯片（MCU）、車聯網V2X通訊芯片以及針對新能源汽車電池管理（BMS）的多節電池組監視器芯片（AFE）等一系列智能汽車傳感和控制芯片的關鍵核心技術，并獲得多項專利。

據Chipways CEO秦嶺介紹，成立公司進入汽車半導體這個賽道是他“無知者無畏”的一種體驗。因為職業生涯前幾十年都是做通信的他，對汽車半導體并沒有那么了解。而事實也證明，在過去的十年里，他們的公司歷經艱辛，并終于獲得了些許成績。

展望未來，秦嶺表示，希望中國的汽車半導體產業，無論是面對缺芯，還是面對整個產業對的升級，都不要去做“聞雞起舞”這種亂世英雄——一竿而起，但是實際上不管產業的最后結果，導致一地雞毛。“大家不要一哄而上，因為汽車半導體是人命關天的事”，秦嶺強調。

“做汽車半導體是一個非常漫長的且艱巨的過程，你能不能堅持下去，取決于兩點：參與者的心態；客戶對你有信心且給你試錯的機會。”秦嶺接著說。

結語

仔細審視中國芯片產業，無論是本土培養的還是海外歸來的半導體人，都正在將畢生所學投入到多個應用領域的芯片設計、制造、測試和應用的競爭中去。中國芯片也在過去幾年里獲得了穩步增長。

據分析機構ICInsights預期，中國制半導體2019年至2024年將以年復合成長率17%的速度成長，他們預估，至2024年，中國本土制半導體將約430億美元，自制率約20.7%。IC Insights同時預估，中國半導體市場2019年至2024年將以年復合成長率11%的速度成長，至2024年，中國半導體市場更將高達2080億美元規模。

由此可見，一個屬于中國半導體的時代，正在緩緩開啟。

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯系半導體行業觀察。

本文來自微信公眾號 “半導體行業觀察”（ID：icbank），作者：李壽鵬，36氪經授權發布。