中国半导体多路出击

半导体行业观察

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2022-03-16 14:20

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过去几年，在多种因素的夹杂影响下，集成电路产业的重要性以及中国集成电路的发展已经成为了大家广泛讨论的议题。

正如国家02专项技术总师，中国集成电路创新联盟副理事长兼秘书叶甜春在日前于苏州举办的中国集成电路设计创新大会暨IC应用博览会上所说：“芯片问题是一个事关百年发展的长期战略问题，不是短期应急问题，必须要持之以恒去发展。如果说工业化时代最基础的产品是钢铁，那么信息化时代最基础的产品则是芯片”。“芯片工业是我国信息化时代最大的短板，需要一个30年以上的长期战略来解决”，叶甜春进一步指出。

在这种背景下，国内企业在过去几年正在加大对集成电路产业不同环节的投入。半导体行业观察记者早前也有幸与多位不同领域的创始人进行交流，探讨国产半导体的机遇和挑战。

IP的齐头并起

如果给国产半导体把脉，IP无疑是当中一个需要亟待解决的“病灶”。

作为当代芯片的重要构成，IP的整个市场规模虽然并不大，但却是每颗芯片必不可少的关键。然而过去的资料显示，这是一个主要被欧洲和美国企业控制的市场，这就让国产IP成为了困扰本土半导体从业者很久的一个“心病”，而RISC-V无疑是其中的一味“良药”。

受益于其开源、简约和灵活等特性，初创于2010年代RISC-V在过去几年走上了快车道，也吸引了海内外多家厂商投身其中。作为一个潜力无限的指令集，RISC-V也成为了国内企业关注的重点。

芯来科技执行总裁彭剑英女士也指出，不管是因为大形势，还是因为大家对国产CPU有了多年的探索，总之是几乎所有人都对RISC-V有了很多的期待。”RISC-V是目前国产CPU的历史机遇。”彭剑英强调。按照她的说法，这主要与当前市场的状况有莫大的关系。

彭剑英表示，从应用上来讲，新时代的各类应用（特别是AIoT）都是多元化的，为此大家对应用定义芯片或定制化有了更多的需求。换而言之，就是大家希望芯片/处理器能够在灵活性和敏捷的定制开发方面提供更多的支持；从技术上来讲，RSIC-V的开源，也意味着是芯片众多模块中的关键一环终于宣告开放。

“从某个角度看，这拉低了处理器的入门门槛，给国产CPU带来了绝佳的历史机遇”，彭剑英强调。但她同时指出，这是一个需要把软件和硬件结合起来才能成功的市场，这同时也是成立刚满三年的芯来科技所专注于实现的目标。

从彭剑英的介绍我们得知，芯来科技现在已经推出了多条处理器产品线，当中包括对标Arm CortexM0和M3的超低功耗N200系列、对标CortexM33和M4的N300系列，以及能够用来做应用处理器的N/NX/UX 600系列和N/NX/UX/MC 900系列等产品。公司未来的IP还会沿着高性能应用需求的方向推进。

“除了提供IP以外，芯来科技还会面向安全解决方案、汽车与工业解决方案、以及扩展指令等方向发力”，彭剑英告诉记者。“芯来科技会以公司的RISC-V IP为中心，打造一个全矩阵的IP平台，去赋能整个芯片设计行业。”彭剑英补充说。

在这样高举高打战略的推动下，芯来科技过去三年已经收获了300多个评估客户，公司正式授权的客户也已经接近100家。具体到应用方面，除了大家所熟知的消费类IoT外，芯来科技的产品更是获得了工控、网络、5G，甚至汽车客户的认可。

纵观近年国内的IP产业，除了在类似RISC-V这样的处理器IP上迅猛发展外，包括接口在内的其他基础IP也是产业内人士发力的方向。深耕IP领域15年之久的芯动科技和近两年的初创公司芯耀辉就是当中的代表。

据芯耀辉科技的CTO李孟璋先生介绍，芯耀辉是一家专注于先进工艺半导体IP研发和服务的公司。近200人的全球化精英团队中有85%以上为研发人员，均来自全球领先的高速接口IP厂商新思科技及国内外顶尖芯片公司紫光展锐、海思、Intel、AMD、高通等。团队成立仅一年，便在国产FinFet先进工艺上快速完成了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研发和商用。

目前，中国接口IP市场近年增速超过40%，增长动力强劲且成长空间巨大，但被外商高度垄断，外商市占率超90%，国内IP仍处于被“卡脖子”状态。在李孟璋看来，要做出市场认可的高质量IP产品，不仅需要专业的人才、丰富的经验、充足的资金，还需要持续的专注力。

芯耀辉的创始团队集结了一批在国内外领先的IP厂商有多年系统芯片与IP研发和量产经历的全球尖端“技术迷”，他们已经积累了十几二十几年与主流客户一代又一代迭代和打磨产品的丰富经验，所研发及量产的芯片IP被国内外几乎所有顶尖和主流芯片公司广泛使用，在工艺上更是达到市场最先进的28/14/12/7/5纳米。

“我们把众多一线资本的投资几乎全部投入研发中，因为芯耀辉团队只做IP研发一件事，专注做好的产品。” 李孟璋说，”团队正在集中力量自主研发覆盖14/12纳米及以下的先进工艺IP，为市场提供兼容性高、可靠性强的IP产品。目前我们已经完成了主流接口IP产品线的布局，并已成功将完整IP交付给客户并得到了他们的认可。”

同时，李孟璋表示，作为半导体IP新锐，芯耀辉要做的不只是高质量的接口IP，我们要做智能IP子系统，解放工程师的创造力，把人工智能、云化等技术应用于传统的IP设计中，做面向未来的技术研发，让芯片设计更简单，满足数字时代应用市场的多元化需求。走在世界前沿的应用市场，加速国产IP换道超车。

“芯片产业是分工合作的产业链，我们的IP需要基于芯片制造公司的工艺来开发。因此，解决国内半导体IP的＇卡脖子＇问题，就要确保国内支撑芯片设计的上游技术的IP和EDA、芯片设计、生产代工的生态完整性，首先要做的是支持国内代工发展。 ”李孟璋说。

成立于2006年芯动科技，在国产IP方面的筚路蓝缕更是不用多言。

芯动科技技术总监高专表示，自成立以来，公司一直专注于IP，特别是接口IP的自主研发，并取得了骄人的成绩。数据显示，芯动科技的接口IP已经超过50亿颗的芯片采用，公司同时在全球的六大大晶圆代工厂所有的IP在上面都有做覆盖和验证。尤其是在DDR方面，芯动更是全球覆盖最强的IP公司之一。

据高专介绍，芯动能提供八大类的DDR产品，其中的DDR5/DDR4更是能为服务器应用提供支持。同时芯动科技还提供LPDDR5、LPDDR4、LPDDR4XIP，满足移动领域客户的需求。除此以外，芯动科技还有GDR6和GDR6XIP。值得一提的是，芯动科技是全球第一个能够提供GDR6XIP的企业。而这些技术成果都是基于芯动自身十数年的攻关积累和数百人自有团队的潜心研发，是国产自主IP领域的“勋章”，也是我们引以为傲且独一无二的优势。

基于这丰富的IP和夯实的技术，芯动科技能够为客户提供灵活的定制化服务，以跨IP跨工艺跨封装最优解决方案，结合全球量产渠道、丰富工艺移植经验和记录，助力国内芯片产品快速量产面市。据了解，目前芯动的定制化开发基本全覆盖了CPU、GPU、NPU高性能计算平台，多媒体终端&汽车电子平台，IoT物联网平台三大热门应用领域，且均有成功案例和服务经验。

包括笔者在内，相信有很多读者会明白到，IP并不是一个很大的生意，也算不上一个好生意。但依然有那么多厂商前赴后继的投入其中。在问到为何这样做的时候。芯动科技联合创始人敖刚回应道：“我觉得好生意还是不好的生意不能完全靠钱的多少来看，如果我们只看钱的话，我们去作房地产去了。作为一个对技术有爱好、且有底气的公司，我们会把IP的开发作为我们的第一选择，这就是我们的一个选择和追求。”

EDA的各个击破

作为当代芯片的重要工具，EDA在过去两年获得的关注度不亚于“光刻机”。但正如很多文章报道所说，这是一个被Cadence、Synopsys和Siemens EDA（原Mentor Graphic）统治的市场。在工具的完整性和性能，尤其是先进的数字逻辑制程工具上面，全球几乎找不到能挑战他们的竞争对手。他们同时还在验证等多个领域有强大的号召力。

但即使如此，基于过往多年的全球半导体格局和变动影响，国内在EDA领域已经涌现出了多家EDA企业。当中包括但不限于老牌厂商华大九天、概伦电子、芯禾，以及芯华章、国微、奥卡思微、若贝电子、行芯科技、九同方和广立微在内的一大波本土EDA新势力。其中的行芯科技，无疑是当中极具传奇色彩的一家。

据行芯科技CEO贺青先生介绍，他从来没在任何EDA企业工作过，但他对先进工艺上面的EDA工具的了解程度和熟悉程度达到了世界一流的水平。这主要与其在工作过程中，有机会把产业链从制造到Design house再到EDA的全流程跑通，从而掌握了相关经验有关。

官方资料显示，杭州行芯科技有限公司，是国产高起点、具有完全自主知识产权和国际竞争力的EDA和IP高科技企业，致力于从传统工艺到先进工艺，为IC设计企业提供领先的EDA工具链和解决方案。公司的愿景则是希望能够成为后摩尔时代的EDA领导者。

据了解，行芯专注于SOC、ASIC、Memory、Custom、AMS 等芯片物理设计的Signoff领域，包括电源完整性、信号完整性、寄生参数提取、功耗、可靠性、静态时序分析、衬底噪声、片上多物理域分析、先进工艺设计优化等挑战，深入拓展软件算法和芯片设计独特能力，不断丰富产品线，持续引领后摩尔时代EDA 行业发展。

贺青指出，国内在先进工艺制造上面虽然起步相对比较晚，但成长很迅速，并宇近年缩短了与国际先进水平的差距。至于EDA方面，由于生态的匮乏，因为涉及先进工艺，所以国产EDA产品起步其实是非常晚的。

“然而现在从技术和市场两端看来，国内EDA产业正在迎来巨大的机遇。从技术的角度看，这是一个发展的源泉，越复杂的工艺开发出来给予了EDA的工具更广阔的市场，同样的设计客户越多样的设计方式和设计组合让EDA的工具更多可以施展的舞台。”贺青说。

贺青指出，行芯的目标就是贴合客户的需求，在晶圆厂和设计两端给客户赋能。在晶圆厂客户上面，行芯能为各种工艺提供建模的角色；在设计端，公司也能提供覆盖面广泛的产品。

“我们的特点就是体现在对先进工艺的支持”，贺青强调。

处理器的遍地开花

在过去两年的国产芯片市场，一个不能忽视的重要趋势就是高性能计算芯片的遍地开花。尤其是在GPGPU方面，因为AI的火热，这个市场受到了高度关注，沐曦科技就是当中的一个佼佼者。

按照该公司创始人兼CEO陈维良先生的说法，我们今天处于一个大数据时代，同时还是一个智能计算的时代。这个时代最重要的一个特征就是——算力是第一生产力。而GPU将在其中扮演一个重要角色。

“GPU是从专用的处理器转向通用的，通用以后又带来了通用可编程。其独特的设计让其拥有在运算的时候快反应和低延时等优势。”陈维良表示。“同时，GPU对AI架构的支持现在非常成熟，我们甚至可以说目前AI应用里面不管是训练还是推理，绝大部分还是GPU在支持其运算力。”陈维良接着说。

正因为GPU有如此多的优势，但当前这个市场又是由Nvidia和AMD两家美国厂商垄断，为此打造本土的GPU就有了非常迫切的必要，沐曦就是基于这个考虑而成立的。

虽然GPU机遇巨大，但正如陈维良所说，开发GPU是一个难度非常大、周期非常长和投入非常大的工作。这无疑就给沐曦这类的企业带来了巨大的挑战。

从陈维良的介绍中我们得知，一块GPU从立项到上市最少需要3-5年的时间。在这个过程中不但需要投入数十亿去研发芯片，还需要斥巨资去自上而下打造驱动、编译器和库的软件系统。这样复杂的软硬件系统到了不同的落地场景，还需要针对不同的场景进行优化，这样带来的工作量就可想而知。

“基于我们拥有丰富经验的团队，我们认为公司会在3-5年内，实现产品上的突破。”陈维良表示。“我们早期目标是打造高性能计算的GPGPU，在站稳脚跟以后，我们未来也会涉足图形GPU。”陈维良接着说。

除了GPU外，独立的DSP又是另一个被关注的领域。

也许有读者会说，过去几年里，DSP开始逐渐被集成到了SoC，独立DSP似乎没有太大的市场。但据中科昊芯总经理助理&销售总监王铠表示，这并不是一个完全正确的说法。

“多年以来，在我国包括工业控制在内的多个制造领域，DSP都被广泛应用。但是基于知识产权和生态的原因。这个行业大多数市场被国际厂商所占据，国内企业多年以来一直想从中突破，但一直未能遂愿。中科昊芯成立就是为了实现这个目标”，王铠说。

据了解，中科昊芯基于自身在数字信号处理器领域的技术优势，专注于工业自动化和数字电源两大领域，基于开放指令集架构RISC-V推出自研高性能处理器核，并基于此推出工业控制微处理器系列Haawking-HX2000。

在问到为何采用RISC-V架构进行设计的时候，王铠表示，这主要是因为RISC-V是一个开源指令集，不会有知识产权问题。同时，因为国内外的投入，RISC-V发展很快，因此公司基于基础的RISC-V指令集，加上自己扩展的指令集，打造了独特的DSP产品。

基于性能优越的硬件，再搭配出色的软件和算法，中科昊芯的产品获得了工业控制及电机驱动、消费电子和新能源等多个领域客户的采用。通常这些市场轻易都不会更换供应商，中科昊芯能够获得青睐，由此可见其实力。

“我们最初成立的时候，只是想对标我们国际的一些竞争对手，去做一些马达驱动产品。例如在新能源汽车方面，用DSP是非常好的选择。现在我们从国产替代出发，让我们的产品可以引领行业的发展。与此同时，还有很多新的行业需求出现，这都将给我们带来机会。”王铠最后说。

Chiplet和汽车半导体

如果从过去两年的半导体产业中选出十个热词，Chiplet和汽车半导体必然会入围。

后者不必说，因为缺货带来的连锁反应，汽车半导体已经走上了全球媒体的风口浪尖；至于Chiplet，这是半导体从业人员在看到摩尔定律放缓，晶体管微缩受困而做出的一个新尝试。无一例外，他们又成为了中国半导体行业人员关注的重点。

首先看Chiplet方面，芯原股份创始人、董事长兼总裁戴伟民博士指出，因为摩尔定律的放缓，导致现在企业做大芯片越来越难，同时也越来越贵。传统做芯片的方式，在芯片的某些模块中，也许就不那么符合经济效应。“以接口为例，用12nm以下的工艺去做这个模块意义不大，同时还很昂贵。接口电路大多属于标准模块，不必每次迭代芯片时都跟着整颗芯片一起升级工艺制程，这样做经济效益也较差”，戴伟民举例说。

因此，他认为Chiplet会是一个不错的选择。

所谓Chiplet，是一种通过利用先进封装技术将多个异构芯片裸片（Die）整合集成为特定功能的系统芯片的技术。借助这个新技术，有望缓解摩尔定律和登纳德缩放定律所面临的的失效问题。具体而言，Chiplet就是通过将多个可模块化芯片（主要形态为Die）通过内部互联技术集成在一个封装内，构成专用功能异构芯片，从而解决芯片研制涉及的规模、研制成本以及周期等方面的问题。

如上文所说，因为拥有多方面的优势，Chiplet受到了全球多家半导体企业的关注。而芯原作为一家依托自有半导体IP，为客户提供平台化、全方位、一站式芯片定制服务和半导体IP授权服务的企业，投入到Chiplet研究，也有其重要的意义。

按照戴伟民所说，采用Chiplet以后，能够延续摩尔定律，系统内的功能密度也能保持增长。“Chiplet能给图形处理、安全引擎、AI加速和IoT控制器等多个异构计算领域带来新的性能推动”，戴伟民表示。

他进一步指出，Chiplet能够带来“新四化”，也就是IP芯片化、集成异构化、集成异质化和IO增量化。基于此，芯原也提出了“IP即Chiplet”的理念，希望能够以Chiplet实现特殊功能IP的即插即用，解决先进工艺面对的性能与成本问题，同时还降低大规模芯片的设计时间和风险。

“对于Chiplet，我们有一点必须强调，那就是Chiplet之间的互联标准应该全球统一，而不应该各国分别建立自己的标准。只有这样做，才能把中国芯片产业与全球半导体产业融合”，戴伟民告诉半导体行业观察记者。

来到汽车半导体方面，国内也有不少企业投身其中的，2011年成立于硅谷的Chipways则在汽车智能传感和控制芯片方面有独到的见解。

资料显示，Chipways的主旨是打造汽车电子系列核心芯片及其产业平台。公司现已掌握汽车级霍尔传感器芯片、汽车级微控制器芯片（MCU）、车联网V2X通讯芯片以及针对新能源汽车电池管理（BMS）的多节电池组监视器芯片（AFE）等一系列智能汽车传感和控制芯片的关键核心技术，并获得多项专利。

据Chipways CEO秦岭介绍，成立公司进入汽车半导体这个赛道是他“无知者无畏”的一种体验。因为职业生涯前几十年都是做通信的他，对汽车半导体并没有那么了解。而事实也证明，在过去的十年里，他们的公司历经艰辛，并终于获得了些许成绩。

展望未来，秦岭表示，希望中国的汽车半导体产业，无论是面对缺芯，还是面对整个产业对的升级，都不要去做“闻鸡起舞”这种乱世英雄——一竿而起，但是实际上不管产业的最后结果，导致一地鸡毛。“大家不要一哄而上，因为汽车半导体是人命关天的事”，秦岭强调。

“做汽车半导体是一个非常漫长的且艰巨的过程，你能不能坚持下去，取决于两点：参与者的心态；客户对你有信心且给你试错的机会。”秦岭接着说。

结语

仔细审视中国芯片产业，无论是本土培养的还是海外归来的半导体人，都正在将毕生所学投入到多个应用领域的芯片设计、制造、测试和应用的竞争中去。中国芯片也在过去几年里获得了稳步增长。

据分析机构ICInsights预期，中国制半导体2019年至2024年将以年复合成长率17%的速度成长，他们预估，至2024年，中国本土制半导体将约430亿美元，自制率约20.7%。IC Insights同时预估，中国半导体市场2019年至2024年将以年复合成长率11%的速度成长，至2024年，中国半导体市场更将高达2080亿美元规模。

由此可见，一个属于中国半导体的时代，正在缓缓开启。

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本文来自微信公众号 “半导体行业观察”（ID：icbank），作者：李寿鹏，36氪经授权发布。