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國內集成電路如何創新發展?直道追車與超越摩爾都要抓
來源:中國電子報 | 作者:張心怡 | 發布時間: 2021-07-23 | 314 次瀏覽 | 分享到:

經過半個多世紀的發展歷程,國內集成電路產業基本形成了技術體系與產業本底的“四梁八柱”。在“打基礎、建體系”之后,集成電路產業還需要解決“補短板、保安全”問題并轉入“加長板、強實力”的新階段。在近期召開的中國集成電路設計創新大會暨IC應用博覽會(ICDIA 2021)期間,記者與來自EDA、IP、通用芯片、汽車電子等領域的企業代表進行了交流。圍繞集成電路產業如何迎難而上攻克“卡點”,后爾摩時代新的技術趨勢將為集成電路產業帶來哪些機遇,多位企業家向記者分享了自己的體會和觀點。

EDA、IP、高端芯片等關鍵環節有待攻克

雖然國內集成電路產業已經初見端倪,但在EDA工具鏈及底層IP、尖端設備、高端芯片等環節,仍存在“卡點”。由于集成電路是一個鏈條長、環節多的產業,芯片產品的研制需要各環節協同配合,一旦對某一環節缺乏“know-how”的技術理解,就等同于削弱了產業的整體實力。因而,對關鍵環節的“久久為功”勢在必行。

EDA產業經過國際巨頭的多輪并購和生態積累,已經形成了CR3(前三名企業行業集中率)超過85%的市場格局。目前,EDA市場缺乏優秀的并購標的,后發企業要實現突破,仍需在“know-how”層面深度鉆研并在客戶生態方面持久滲透。

“EDA企業的看家本領在于對設計深入的理解和軟件算法的質量,如何基于流程化的形式體現客戶的設計理念,以及在技術底層的know-how上構建自己的先進性與特殊性,這種先進性與特殊性是其他企業很難獲取或替代的。除了構建技術壁壘,還要‘滴水穿石’去構建生態壁壘,最開始客戶只給我們觸碰石頭表面的機會,如果技術和服務能力令客戶滿意,客戶才愿意展示更多東西。” 杭州行芯科技有限公司CEO賀青在接受記者采訪時表示。

作為芯片的底層及上游技術,IP對于芯片設計及制造的賦能,將實現對于產業高達600倍的撬動作用。目前,國內產業在底層IP依然滯后于國際先進水平。芯耀輝科技CTO李孟璋向記者表示,IP有兩個維度。在IP的標準上,中國往往比國外慢一代,例如DDR5的IP,國外大廠在用IP4.0,國內還在用3.1。在生產制造上,國內代工產業也與國際領先工藝存在差距。要跨越技術壁壘,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。

“IP是提取公因式的環節,能解決很多產業和行業的問題,即使是一個硬骨頭,也必須啃下來。尤其是面向先進工藝的IP,要跟上工藝的迭代速度,我們對每一個先進工藝的節點都第一時間跟進,在工藝成熟的過程中就與代工廠商一起迭代,才有可能幫助客戶實現量產,這是一個非常有挑戰性的過程。” 芯動科技聯合創始人敖鋼向記者指出。

當前,國內集成電路產業在手機SoC、數字電視SoC、CMOS芯片等大宗產品領域已經形成批量供貨能力,在關鍵產品領域實現了一定突破。但CPU、GPU、汽車半導體等高端芯片總體被國外壟斷,本土產業還未實現供應鏈安全并形成供貨能力,自給率較低。

“高性能GPU是復雜的軟硬件系統工程解決方案,我們稱為‘大長金’,也就是難度非常大、周期非常長、投入像吞金獸。” 沐曦集成電路(上海)有限公司CEO陳維良向記者指出,“將硬件、軟件的全套解決方案做起來之后,還要兼容全球的主流生態,否則進入市場是非常困難的。”

GPU主要有兩種分類,一種用于圖形渲染,一種用于計算。陳維良表示,前者是存量市場,后者是增量市場。

“雖然頭部企業也可以快速把增量市場的份額吃下來,但很難完全收入囊中,這也是為什么如今很熱鬧的GPU市場,新入玩家大部分先瞄準計算市場。要切入用于計算的GPU賽道,要做好任務分配、計算和數據搬遷,并切入主流生態。”陳維良說。

汽車半導體具有驗證標準高、驗證周期長的特點,是芯片門檻最高的應用領域之一,也是當前產能缺口最大的芯片品類之一。琪埔維半導體CEO秦嶺向記者指出,汽車半導體行業是一個天道酬勤的行業,過程不乏艱辛,需要潛心深耕。對此,他給出三點建議:一是芯片廠商應未雨綢繆,不打無準備之仗,靈活應對汽車行業的變革趨勢;二是盡量避免芯片設計行業的“良莠不齊”,企業要冷靜下來潛心耕耘,以破繭成蝶;三是芯片人應該專注于技術沉淀,潛心磨芯。

RISC-V、Chiplet等新機遇蓄勢待發

隨著制程微縮的成本和難度指數級上升,摩爾定律腳步放緩,圍繞新材料、新器件、新工藝的后摩爾技術成為半導體器件實現性能提升的重要方向。中國集成電路設計創新聯盟專家組組長時龍興表示,延續摩爾與拓展摩爾“兩手都要抓”。延續摩爾實際是對新材料、新器件、新工藝的突破,拓展摩爾可利用先進封裝等技術,發揮現有產能、用足成熟工藝。

將不同工藝節點的小芯片封裝在一起的Chiplet(芯粒)技術,在提升計算效能的同時,能有效降低芯片設計門檻和周期,是后摩爾技術的重要方向。

芯原股份創始人、董事長兼總裁戴偉民指出,Chiplet為產業帶來了新的機會,推動了IP芯片化、集成異構化、集成異質化和IO增量化。在標準與生態層次上,Chiplet建立了新的可互操作的組件、互連協議和軟件生態系統;在芯片制造與封裝上,增設了多芯片模塊業務,降低了產品迭代周期,可提升晶圓廠和封裝廠的產線利用率;對于半導體IP來說,升級為Chiplet供應商,可提升IP的價值且有效降低芯片客戶的設計成本;對于芯片設計來說,降低了大規模芯片設計的門檻。

Chiplet技術將以往集成在SoC中的軟IP固化為“芯粒”,也對IP設計提出了新的需求。

“Chiplet的IP要求帶寬很大功耗小,還需要IP開放商在先進封裝和先進工藝有所積累,在成熟度和整體解決方案上能有自己的差異化優勢,并不是僅僅提供一個IP接口,而是要提升整個系統的良率并降低系統成本。”芯動科技技術總監高專在接受記者采訪時表示。

RISC-V 是繼X86、Arm、MIIPS之后又一躋身主流市場的CPU架構。基于開源生態的RISC-V使整個產業獲得了以更低成本、更靈活自主的方式實現產品設計的路徑,是后摩爾時代被廣泛看好的新架構之一。

目前,RISC-V處于商業化早期,但國內已有部分企業完成了IP打磨和設計打磨,推出了基于RISC-V的CPU、MCU和DSP等產品,開始了市場化探索。

“DSP在工業控制、消費電子、汽車電子等領域有著廣泛的應用,但基于IP和生態等原因,DSP的主動權一直被國際廠商掌握。RISC-V對于國內集成電路和DSP的細分市場,都是一個突破。2019年至今,我們推動基于RISC-V的DSP產品落地。在這個過程中,也得了消費電子、工業控制等產業鏈的支持和關注。”中科昊芯總經理助理&銷售總監王鎧表示。據悉,中科昊芯已有兩個系列RISC-V DSP芯片量產。

作為一個年輕的指令集,RISC-V要真正在市場化進程中站穩腳跟,還需要在細分領域占有更高的市場份額,并找到提升盈利能力的高端化發展路線。

“RISC-V是‘最年輕’的指令集架構。一個指令級架構從到成長到穩定再到成為市場的主流,都會經歷10年甚至30年的周期。如果RISC-V在某個領域市場占有率超過20%,那么在這個領域就是非常有地位的指令集了。目前RISC-V在智能物聯網產品中已經慢慢被廣泛采用,未來將會使用在更多高端專用和通用產品中。在不久的將來,RISC-V還需要更多標志性的事件,進一步推動產業跨入成熟發展期。” 芯來科技執行總裁彭劍英向記者表示。




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