自2020年以來(lái),受到疫情蔓延影響,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈大部分企業(yè)開(kāi)工率不及預(yù)期;暴雪、地震、火災(zāi)等突發(fā)事件導(dǎo)致當(dāng)?shù)鼐A廠、電子廠產(chǎn)線受損停工,進(jìn)一步加劇了行業(yè)供給不足。另一方面,“宅經(jīng)濟(jì)”推動(dòng)的電子產(chǎn)品需求量持續(xù)上漲,汽車電子也在疫情緩解下逆勢(shì)回暖。全球半導(dǎo)體行業(yè)遭遇供應(yīng)鏈危機(jī),芯片短缺問(wèn)題愈演愈烈。此外,美日等國(guó)家相繼加強(qiáng)對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的管控,阻斷中國(guó)企業(yè)的供應(yīng)鏈,管制其進(jìn)出口,從而遏制中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。在“缺芯潮”與“卡脖子”的行業(yè)窘境下,國(guó)產(chǎn)化替代的呼聲愈發(fā)高漲,中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)上下游越來(lái)越注重自主研發(fā),協(xié)同打造本土化供應(yīng)鏈。

10月14日,第十九屆中國(guó)通信集成電路技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)(CCIC)暨青島微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)在青島西海岸新區(qū)召開(kāi)。會(huì)上,中國(guó)通信學(xué)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)張延川表示,作為引領(lǐng)科技和產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵力量,集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸滲透至經(jīng)濟(jì)社會(huì)領(lǐng)域的各個(gè)方面,成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的重要支撐。面對(duì)此等百年未有之大變局,中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)更需深入布局,堅(jiān)持自主攻堅(jiān)關(guān)鍵核心技術(shù),促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化,同時(shí)積極協(xié)同產(chǎn)業(yè)鏈共同構(gòu)筑集成電路產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

從集成電路產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看,芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝、測(cè)試等環(huán)節(jié)缺一不可。其中,作為集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上游的核心技術(shù),EDA和IP有著“半導(dǎo)體皇冠上的明珠”之稱。芯耀輝科技有限公司聯(lián)席CEO、IEEE Fellow余成斌表示,長(zhǎng)期以來(lái),EDA和IP市場(chǎng)被國(guó)外巨頭掌控,僅美國(guó)和歐洲便占據(jù)了全球市場(chǎng)94%以上的份額,而中國(guó)EDA和IP市場(chǎng)僅占3%左右。EDA和IP對(duì)于芯片設(shè)計(jì)的重要性不言而喻,中國(guó)攻克EDA和IP技術(shù),搶灘市場(chǎng)已經(jīng)迫在眉睫。

國(guó)產(chǎn)EDA和IP產(chǎn)業(yè)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

芯片設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)的核心是EDA/IP、材料和裝備。EDA和IP處于芯片設(shè)計(jì)的上游,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)芯片設(shè)計(jì)便是通過(guò)選擇符合要求且經(jīng)驗(yàn)證可復(fù)用的IP設(shè)計(jì)模塊,運(yùn)用EDA工具將程式碼轉(zhuǎn)換成實(shí)際的電路圖。同時(shí),EDA和IP也是中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中最為薄弱的環(huán)節(jié),亟需通過(guò)自主創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)突破,加速本土企業(yè)融入集成電路產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈。

首先看一下國(guó)產(chǎn)EDA的發(fā)展情況。自上世紀(jì)八十年代,國(guó)內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)開(kāi)始了長(zhǎng)期的研發(fā)和布局,但由于各種因素都沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。很長(zhǎng)一段時(shí)間,國(guó)產(chǎn)EDA都處于停滯不前的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。自2008年,在國(guó)家政策支持下,國(guó)產(chǎn)EDA才終于點(diǎn)燃了微弱的火種,經(jīng)過(guò)多年攻堅(jiān),華大九天、芯和半導(dǎo)體、廣立微電子等國(guó)產(chǎn)企業(yè)逐漸在市場(chǎng)中展露生機(jī)。

在北京華大九天科技股份有限公司董事長(zhǎng)劉偉平看來(lái),長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)產(chǎn)EDA乃至整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)受制于人的關(guān)鍵,主要是面臨以下幾個(gè)方面的挑戰(zhàn)。

產(chǎn)品不齊全:國(guó)內(nèi)自主EDA工具在模擬電路方面已經(jīng)比較完善和成熟,但是在數(shù)字電路方面,國(guó)內(nèi)EDA工具很多都在開(kāi)發(fā)階段,還沒(méi)有全面支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的能力。

技術(shù)和研發(fā)投入:EDA產(chǎn)業(yè)技術(shù)壁壘高,需要長(zhǎng)期的研發(fā)投入和技術(shù)積累。目前,與EDA三巨頭(Synopsys、Cadence、Siemens EDA)相比,國(guó)產(chǎn)EDA企業(yè)的研發(fā)投入明顯不足且分散,不利于EDA的技術(shù)突破和創(chuàng)新。

高端人才短缺:據(jù)方正證券報(bào)告顯示,國(guó)內(nèi)EDA研發(fā)人員大約有1500人,其中真正在本土EDA企業(yè)做研發(fā)的人員僅約300人。

生態(tài)與市場(chǎng):EDA是連接芯片設(shè)計(jì)與制造的紐帶,用戶黏性很強(qiáng),國(guó)產(chǎn)EDA作為后來(lái)者,若想進(jìn)入市場(chǎng)并嶄露頭角,便需要和國(guó)際巨頭的成熟產(chǎn)品拼技術(shù),其難度可想而知。因此,協(xié)同產(chǎn)業(yè)鏈上下游,構(gòu)建EDA本土產(chǎn)業(yè)生態(tài)對(duì)國(guó)產(chǎn)EDA的發(fā)展至關(guān)重要。

與EDA一樣,同為硬科技創(chuàng)新深層要素的IP技術(shù),也是芯片全產(chǎn)業(yè)鏈不可或缺的技術(shù)基石。余成斌表示,全球IP整體產(chǎn)值大約只有40億美元,卻撬動(dòng)了5000億美元的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。隨著集成電路逐漸向先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)遷移,IP核數(shù)量需求放量上漲,其對(duì)于驅(qū)動(dòng)規(guī)格、功能、成本也提出了更高的要求。另一方面,IP核按照標(biāo)準(zhǔn)不斷演進(jìn),如何保障兼容性和可靠性、實(shí)現(xiàn)出色的PPA性能,成為國(guó)內(nèi)IP企業(yè)需要優(yōu)化和深耕的方向。

國(guó)產(chǎn)EDA和IP技術(shù)攻堅(jiān)

如前面所言,國(guó)產(chǎn)EDA和IP仍然面臨著諸多挑戰(zhàn),而在這些挑戰(zhàn)中,我們往往可以窺見(jiàn)巨大的市場(chǎng)機(jī)遇,并找到解決方案。國(guó)內(nèi)企業(yè)需要做的便是堅(jiān)持自主研發(fā),不斷夯實(shí)內(nèi)功,鍛造自身技術(shù)實(shí)力。從技術(shù)層面來(lái)看,國(guó)內(nèi)EDA工具和IP核還存在產(chǎn)品不全面、技術(shù)難突破等困難。劉偉平提到,國(guó)內(nèi)企業(yè)首先要解決“有無(wú)”問(wèn)題,然后秉持著創(chuàng)新精神,將EDA工具做好做精,做到讓客戶選擇和信任。

如劉偉平介紹,“有無(wú)”問(wèn)題首先落腳在完善EDA工具上。以華大九天為例,以模擬電路仿真軟件為突破口,針對(duì)液晶面板全流程設(shè)計(jì)深入鉆研,最終過(guò)渡到模擬全流程、數(shù)字后端等軟件全面發(fā)展。在技術(shù)欠缺的階段,國(guó)產(chǎn)EDA企業(yè)也應(yīng)以點(diǎn)工具為切入點(diǎn),由點(diǎn)及面逐步攻克。另一方面,并購(gòu)也是擴(kuò)大產(chǎn)品矩陣、強(qiáng)化技術(shù)壁壘的重要手段。

現(xiàn)階段,摩爾定律走到物理極限,硬件工藝革新趨勢(shì)漸緩,EDA軟件的重要性逐漸突顯。人工智能、云計(jì)算等技術(shù)逐漸與EDA軟件融合創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)EDA工具自動(dòng)化、智能化、平臺(tái)化和服務(wù)化。Atomistic TCAD和自動(dòng)IP生成逐漸成為EDA軟件發(fā)展趨勢(shì),鑒于發(fā)展時(shí)間還不長(zhǎng),中國(guó)與國(guó)際巨頭尚處于同一起跑線,有望成為中國(guó)EDA企業(yè)的機(jī)會(huì)。

構(gòu)筑中國(guó)集成電路新生態(tài)

“目前我國(guó)已經(jīng)成為全球規(guī)模最大、增速最快的集成電路市場(chǎng),面對(duì)疫情影響和全球產(chǎn)業(yè)環(huán)境的復(fù)雜多變,我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)繼續(xù)保持增長(zhǎng)?！惫I(yè)和信息化部電子信息司副司長(zhǎng)董小平表示,我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)整體呈現(xiàn)出極強(qiáng)的發(fā)展韌性和良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),2021年上半年,我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額為4102．9億元,同比增長(zhǎng)15．9%。其中,設(shè)計(jì)業(yè)銷售額達(dá)1766．4億元,同比增長(zhǎng)18．5%;制造業(yè)銷售額1171．8億元,同比增長(zhǎng)21．3%;封裝測(cè)試業(yè)銷售額1164．7億元,同比增長(zhǎng)7．6%。

中國(guó)工程院院士、浙江大學(xué)微納電子學(xué)院院長(zhǎng)吳漢明在會(huì)上強(qiáng)調(diào):科研是手段、產(chǎn)業(yè)是目的、產(chǎn)能是王道。在后摩爾時(shí)代發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè),面對(duì)的將是技術(shù)方向不清晰、應(yīng)用場(chǎng)景寬泛、市場(chǎng)碎片化等諸多挑戰(zhàn)。對(duì)于國(guó)產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō),這將是一個(gè)不可多得的窗口機(jī)遇期。巨大的創(chuàng)新空間和市場(chǎng)空間、寬松的設(shè)備和條件限制都將有利于中小企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)。吳漢明表示,國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈、高校、研究所應(yīng)該協(xié)同起來(lái),促成集成電路產(chǎn)學(xué)研三位一體,加強(qiáng)集成電路產(chǎn)業(yè)與科研的關(guān)系、科研與教學(xué)的關(guān)系、教學(xué)與集成電路產(chǎn)業(yè)的關(guān)系。

國(guó)產(chǎn)EDA和IP市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)趨勢(shì)是集成電路整個(gè)產(chǎn)業(yè)的縮影,也是我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)亟待攻克的難題。董小平表示,我國(guó)集成電路市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大,國(guó)產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該大力推動(dòng)集成電路在5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用,堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用牽引和市場(chǎng)導(dǎo)向,不斷優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局,構(gòu)建互利共贏的產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈。