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中国“芯”如何突围?这些行业大咖点出命门所在!

来源:上海电子展  作者:shelec.cn 发布:2019-12-10 08:46      点击:

集成电路产业是国民经济中基础性、关键性和战略性的产业,被誉为“工业粮食”。对于5G、人工智能、物联网、自动驾驶等创新应用,集成电路都是必不可少的基础。中国是全球主要的电子信息制造基地,也是全球规模最大的市场,2018年集成电路规模达到1.6万亿,基本上接近全球市场的50%。面对如此巨大的市场,要实现真正的安全可控,必须走产业自强之路。我们欣喜地看到,在国家产业政策的大力支持下,最近几年,国内集成电路产业更是取得了长足的进步。但是在高端产品,尤其是CPU、FPGA、存储器等对电子信息产业发展至关重要的产品上与国际领先水平仍存较大差据。如何才能破解我国集成电路缺“芯”少“魂”这一难题呢?在第三届中国(上海)集成电路生态发展论坛上,众多产业一线的专家们提出了一系列值得我们借鉴的发展路径。

中国芯

国产EDA发展要用实力说话,而不能全靠国产化情怀

EDA全称电子设计自动化,整个行业被寡头垄断,技术壁垒高。从产业角度看,EDA是算法密集型大型软件系统,需要长期的技术积累。研发周期长、产业化周期长,需要持续不断的资金投入。在EDA发展过程中,还需要建立产业生态圈,得到产业链上下游的全力支持。因此,EDA属于典型的投资周期长、见效慢的基础性产业。但是,EDA在集成电路产业链上又是不可或缺的重要一环。北京华大九天软件有限公司副总经理栾昌海先生在演讲中表示,纵观整个行业的发展,可以说,我们用100亿美元的EDA撑起了4000亿美元的半导体大市场。

做芯片设计的离不开EDA,这一点是行业的共识。栾昌海先生表示,目前国产EDA在发展过程中还存在很多问题,比如产值低,从业人员短缺,产业整体呈倒三角形状。全世界现在从事EDA相关工作的人员约两万多,中国约有两三千人,国产EDA龙头华大九天目前人数略多些,也只有七八百人。但是,EDA产业发展对人才的依赖性非常高,因此各企业之间的并购整合常常是产业发展的重要手段。国外两大家Cadence和Synopsys,他们收购的企业已经达到上百家。

栾昌海

那么,国产EDA与国际领先水平究竟存在多大的差距呢?栾昌海先生认为,一是缺乏全流程EDA平台。在集成电路领域,EDA工具多达数十种,国产EDA工具能提供的只有一半左右。尤其是在数字设计关键领域缺失关键软件,导致无法形成完整的数字全流程EDA解决方案;二是缺乏对先进工艺的全面支撑。国产EDA工具无法全面满足先进工艺下芯片设计需求;三是缺乏对制造、封测的全面支撑。目前制造、封测领域的国产EDA工具较少,缺乏对Foundry、封测厂商的有力支撑。

成立于2009年的华大九天公司,在与对手PK的过程中赢得了客户和市场的认可。现在,华大九天的EDA工具能满足行业大概1/3的需求,栾昌海先生表示:“其实我们差得还比较多,主要是在数字EDA全流程方面。现在的大环境是大家都有意识尽量用国产化的产品,越是如此,我们的产品更应该做得足够好,以此吸引客户,而不能完全依靠国产化情怀。”

栾昌海先生还介绍了华大九天的发展目标,即:在2022年,把模拟全流程、数字全流程等主要工具补齐。到2025年,建立起包括先进工艺在内的一些能力,目前来看这个技术对我们来讲压力很大。还有很重要的一点就是扩大队伍,预计今年将增加到800人甚至1000人的规模。

EDA企业通常有两个退出路径,上市和被收购,当然绝大部分是被收购。国产EDA要想实现高速发展以满足国产自主可控的需求,也要走这样一条路。只不过在此过程中,我们决不能忽视提高自我创新能力。只有这样,真正的中国“芯”才能落到实处。

国产FPGA产业任重道远,提升技术能力迫在眉睫

FPGA是通用的技术芯片,需要软件和硬件协同工作,应用范围非常广泛,包括通信、工业、军工航天、数据中心、汽车电子、消费电子等。九十年代全球共有四大企业包括Altera、Xilinx、Lattice、Actel,其中Actel 在2010年被 Microsemi 以43亿美元收购,Altera在2015年被 Intel 以167亿美元收购。目前的局面是Xilinx一家独大,并将产品重点放在AI上。

权威机构分析数据表明,2018年全球FPGA市场规模达63亿美元,预计2025年将达到125亿美元。2018年的市场份额中Xilinx 占49%,Intel(Altera)占32%,Lattice占 6%,Microchip(Actel)占6%。从应用领域划分,在FPGA行业还有一个说法,那就是得通信者得天下。

在FPGA行业,中国起步比较晚,在某些细分市场,已有一些初具规模的本土FPGA企业崭露头角。虽然国内从事FPGA研发的公司数量不少,但企业规模大多比较小。产品有一定的竞争性,真正超出国外同类产品的还比较少。从市场总量上看,国内企业的市场份额仅占到2%左右。

面对激烈的市场竞争和较高的技术门槛,国内FPGA企业还有机会吗?高云半导体科技股份有限公司研发副总裁王添平先生在演讲中表示,国内现在有足够大的存量市场,整个FPGA市场将近100多亿人民币,目前国内的几家公司只要能够做出替代产品,养活自己是不成问题的。但是,如果要做爆发性的替代市场还需要加大产品研发力度。FPGA产品不仅要有芯片、软件、IP,关键的一点是还要有产品迭代,软件和硬件均是如此。这一点也是国内FPGA企业必须跨过的另一个门槛。

王添平

王添平

王添平先生认为,目前,国产FPGA普遍存在这样的问题:一是器件规模相对偏小,需要先进工艺、循序渐进的经验积累;二是硬件功耗性能、软件性能有一定差距,需要软、硬件不断迭代提升;三是量产管理、可靠性监控、风险管控,需要在批量出货中提升;四是现有产品综合优势不明显、价格战激烈;五是软硬件研发、市场、质量管控人才缺乏,且人才分散。

上海安路信息科技公司副总经理黄志军博士认为,国内FPGA企业与国际大厂的差据主要表现在如下几个方面:第一,制造工艺是短板,目前国产水平是28nm,国外先进制程已到7nm。第二,性能上的差距,国内几家公司可以达到350K逻辑单元,国外先进水平达到了500万逻辑单元(记者注:论坛结束后,Intel在11月初宣布量产1020万逻辑单元FPGA产品)。第三,硬件架构上的不足,目前国内FPGA公司还是用FPGA阵列+单核CPU,Xilinx已经推出最新的ACAP异构SoC。第四,软件方面的差距更大,Xilinx vivado软件代表着FPGA界的最高水平,具有AI算法优化功能。国内是什么水平呢?目前,从商用角度看,上海安路和西安智多晶两家公司可提供软件全流程技术。所以软件能力是国内FPGA企业普遍的弱项。第五,产品丰富度严重不足,目前国内几家公司大多有3个系列10余款芯片,Xilinx已研发到第10代产品,有30多个系列数百种芯片供选择。第六,应用领域的局限性很大,目前在通信、工业控制、消费电子领域国产EPGA都有些进展,国外企业基本进入全部应用领域,这个差距比较大。

黄志军

既然差据这么大,为什么我们还能取得2%的市场突破呢?黄志军博士表示,第一,我们要感谢美国特朗普的对外经济政策,我国从2017年开始出现国产替代热潮,2018年成为刚需进一步加速了产业发展进程。第二,采取低价替换策略,并在消费电子和工业控制市场全面实施。第三,推出差异化产品,以此增加用户粘性。比如在工业控制方面,上海安路可针对客户需求制定全新产品。

面对空前的机遇和挑战,国产FGPA要取得突围,找到突破点很关键,专家们在论坛上均提到了如下几个方面:第一,技术突破是关键,其中EDA软件是重中之重。第二,加大硬件及制造工艺研发力度。FPGA芯片的硬件技术瓶颈主要在制造工艺和生产规模上,目前我们与国外有十倍的差距,还要应对3D封装等挑战。第三,在架构上创新,要将国产FPGA产品变成系统级的芯片结构。第四,也是很重要的一点,工程师的设计理念、团队管理理念需要全面升级。第五,突破FPGA的质量瓶颈。

王添平先生还特别提出如下几点建议:第一,抓住国产替代存量市场,深入5G、AI边缘、消费等市场,布局全球;第二,鼓励公司创新、国际国内专利申请,逐步形成竞争力;第三,提升芯片核心模块、接口IP开发能力,加快应用IP开发;第四,鼓励市场行为,公平竞争;第五,鼓励企业录用新人,加大研发队伍培养,必要时要采取兼并策略。同时,王添平先生还提醒大家,在FPGA行业,国内企业比较缺少的是产品定义,这方面也需要加强。

我们欣喜地看到,国产FPGA厂商的机遇窗口正在显现。现在已有部分国际人才进入国产FPGA初创企业,人才短缺问题有所缓解。另外,强劲的国产替代需求为国产FPGA提供了千载难逢的机遇,企业为了快速立足,可从门槛较低的中低密度市场切入。同时,5G、IoT、汽车、AI等国内新兴市场,为国产FPGA提供了潜在的爆发机会。最重要的一点,国家政策的支持和倾斜力度不断加大,企业大多获得比较充沛的资金支持。现在,国内芯片制造工艺,封装、测试整体水平大幅提升,对产业链的发展也是极为有利的一面。

CPU不能单纯做原位替代,要从架构、体系、生态、应用多角度实现创新

经过十几年的发展,国产CPU在大中小微谱系上已基本覆盖,虽然跟国际巨头不能比,但还是走过了从基本不可用到基本可用,再到特定领域基本好用的漫长道路。目前国家整个集成电路产业的产值不低,但EDA、FPGA和CPU仍然比较薄弱,一直存在的专业壁垒、生态壁垒都为产业的发展带来很大障碍。那么问题来了,国家很重视,专业很热闹,企业很忙碌,投资界很谨慎,国产CPU应该选择怎样的路径才能实现突破呢?

张承义

要突破就要先找差据。天津飞腾信息技术有限公司副总经理张承义博士在演讲中谈到,在CPU发展上我们虽然取得了一些进步,但差距仍很大。一是力量投入比较分散。国内CPU企业目前约有六七家,大家的技术路线都不同,每家都非常小(除海思外,其它几家都是在几百人的规模,飞腾约四百多人)。二是总体应用规模小。从通用CPU角度看,连市场的零头都不到,因此产品无法做得持续优化。三是产品性能存在代差。这不是简单的差距,而是好几代的差距。四是产品没有形成体系化。我们单一型号产品无法与国际巨头的体系化产品竞争。五是技术支持和服务不够完善。目前国家在积极推进国产化进程,最令人担心的不是CPU能不能支撑应用,而是大规模国产化之后,国产CPU企业和配套的CPU服务器企业能不能支持如此多的用户服务。张承义博士认为,归根到底,国产CPU还不够市场化。要真正支持国产CPU发展,必须走市场化的道路。原来靠国家的支持、科研院所或者研究机构的投入是远远不够的。

飞腾是CPU界的国家队,目前有四大系列芯片产品,面向政府办公、装备制造、金融和轨交、航空航天等领域应用。张承义博士表示:“目前飞腾还处在起步阶段,还不足以跟国际CPU大厂进行直接对标。我们关注的最终目标是安全可信。因此,安全可信的设计变得更加重要。目前,性能可能不是国产化首要的设计目标,而是在特定领域实现安全优先架构。此外,CPU的健康发展必须依托于生态,飞腾目前以开放联合的理念为国产化方案提供解决方案,已联合国内500多家国产软硬件厂商,其中包括集成商、整机、OEM等厂商共同打造国产CPU的生态体系。”

需要我们注意的是,国产化替代并不是原位替代,而要是融入当前信息技术变革趋势的替代,应该是替代+升级,从架构、体系、生态、应用各方面实施全面创新。这些才是国产CPU发展的正确路径。

RISC-V处理器助力国产IP生态,赋能IC新未来

集成电路产业链有两个非常基础的环节,第一是EDA,第二就是IP。为此,人们常常将IP称作集成电路产业的基石之一。市场统计数据表明,2018年全球IP市场规模约49亿美元,到2024年预计将达到65亿美元,年复合增长率4.78%,也可以说IP是一个影响着数千亿美元集成电路市场的产业。在整个IP市场中,处理器IP约占40.6%的份额,如果算上GPU和DSP,这个比例将超过50%。

胡振波

胡振波

在IP这个大市场中,国产IP能占多少呢?我们知道,IP市场也是一个寡头垄断的市场,位列前三的企业包括ARM、Cadence、Synopysy占了绝大多数,其余所剩无几。在核心创新领域,ARM是绝对的强势存在,国产IP的占比接近于零。芯来科技创始人兼CEO胡振波先生认为这里的原因有多方面,最主要的原因是IP产业形态特点致使投资人对此热情不高,但是IP的技术壁垒又非常高,投资回报周期很长。这个比较容易理解,IP位于集成电路行业最上游,远离大众视野。长此以往,最终的结果就是IP成为中国“芯”最为薄弱的环节。胡振波先生还用一个橄榄球形象地表征了中国集成电路产业的现状,他说:“橄榄球中间部位最粗壮,相当于我们的芯片或SoC产业,中国现有芯片公司将近3000家,有的公司已跻身国际一线梯队。但橄榄球的两端非常弱,相当于集成电路的工艺、IP和EDA。现在,EDA已得到国家的重视,但IP这一块还非常弱小,或没有得到重视,这是现状。”

在此情形下,尤其是在CPU环节上,能否借助RISC-V以点带面重塑国产IP业呢?胡振波先生在演讲时表示这是很有可能的,他的依据是,在PC时代,毫无疑问英特尔CPU主宰着整个产业,直至今日,英特尔仍然是PC服务器领域的巨无霸。在移动互联网时代,ARM公司很好地抓住了机会,高通、华为都在使用ARM提供的IP做手机芯片,ARM堪称这个时代的巨无霸。现在我们正在进入万物互联和5G时代(这不是通信的5G,而是无所不在的泛化时代),在AloT+5G时代我们有了新的机会。如果这次机会再不抓住,国产IP可能就没有太多机会了。”

在AloT时代,万物互联带来很多变化,这是一个智能化、差异化、碎片化市场,能效比、安全性,尤其是时效性变得非常重要,相对于之前的PC和移动市场,进一步放大了IC的市场规模。胡振波先生认为,如果说RISC-V是为这个时代而生也是可以理解的,因为RISC-V的最大特点就是开放性。不同于英特尔和ARM公司的私有架构,RISC-V本身属于开放性架构,并且架构的先进性、开放性、简洁性、模块化、扩展性非常适合万物互联场景。这就给了我们很大机会。

CPU和IP都需要构建强大的生态系统,胡振波先生提出,如果我们自己定义,生态建设成本恐难以负担。ARM的生态很好,建设成本非常高,现在无人能打破。如果我们强行定义自己的生态,当然可以做到自己可控,但是由于生态无法突破,就很难实现繁荣。如果用国外的架构,当然可以直接借用其生态,但安全可控又有瑕疵。如果采用RISC-V架构,既保证自主可控,又可以繁荣生态。截至现在,已经有350家公司加入RISC-V联盟。从商业角度看,RISC-V同样带来了很多的机遇。开放性架构、全球共建生态等,无形中分摊了其成本。芯来科技自诞生之日起,一直致力于RISC-V生态,联合兆易创新推出了全球首个基于RISC-V的通用MCU。

胡振波先生坚定地认为,通过RISC-V我们可以构建本土的IP生态,让中国集成电路产业更完善,增加产业的话语权。这也是商业再次洗牌的机会,在此过程中,中国公司就有了新机会。万不可错过这个时间窗口,机会甚微,千万不能流失机遇。

存储器国产化是必选项,自主创新与替代发展两手都要抓

2018年国内半导体进口金额约3800多亿,其中接近三分之一属于存储器产品,且80%从韩国进口。存储器是与CPU处理器强相关的产品,应用无处不在,无论从安全性还是紧迫性上来看,存储器产品都必须走国产化这条路。

陈磊

陈磊

东芯半导体有限公司助理总经理陈磊先生在演讲中给出这样一组数据,2018年,存储器全球市场达到1650亿美元,细分到NOR市场约有25亿美元的规模。现在,整个存储器市场基本被国外厂商垄断,NAND市场主要由韩国三星、日本东芝、美国闪迪、美光和海力士掌控。NOR整体市场不大,主要厂商包括美国赛浦拉斯、台湾旺宏、美国美光、华邦、兆易创新以及东芯等。东芯半导体主要提供中小容量存储器,目前有三大类产品,包括NOR Flash、NAND和MLC、DRAM等,其中DRAM主要集中在512Mb到8Gb范围,产品应用于消费类、PC、汽车、工业、通信等五大领域。

在存储器产品国产化的发展道路上,陈磊先生表示,一要抓住国产进口替代的良好机会,尤其是当下美国领先的两家半导体存储器企业在国内处于战略收缩阶段。二要立足国内市场,坚持自主研发。国内消费电子特别是生态链对于存储器有非常特殊的要求,我们必须要坚持自主研发,走出一条产业发展特色之路。

产业资本助力中国芯机遇,企业要加强五个维度建设

中国是全球集成电路的大市场,在全球电子电器市场中国的占比非常大,有80%的手机在中国,30%的汽车也在中国。工信部主推的智能网联的中国战略,自动驾驶等都离不开芯片和传感器的支持。在汽车芯片、汽车智能化传感器风险投资方面,中国已经占全球超过一半。华登国际的合伙人金伟华先生长期致力于集成电路产业的投融资工作,他在演讲中谈到,现在是中国集成电路发展做好的时代,以汽车为例,中国已成全球汽车制造和研发的据点,全球的车厂都在这里设点。汽车市场总体呈现四个发展趋势,即智能化、新能源化、联网化和共享化。所有这些都离不开芯片、传感器技术的不断创新和迭代。

金伟华

金伟华

金伟华先生表示,在汽车芯片、汽车智能化传感器风险投资,中国已经占全球超过一半的份额。中国的创业者也很勤奋。按照这样的力度走下去,持续几年后,我们在汽车方面的现有芯片和未来芯片上肯定会占半壁江山。

同时,金伟华先生还提出,在汽车行业有一个共识,即汽车、手机这些芯片不是某个政府说主导就能主导的,这是大势所趋。因此他认为,政府的干预是短期的,长期来说这是产业的趋势,也是无法阻挡的。

金伟华先生还透露,风险投资在集成电路行业主要从五个维度判断企业或项目的投资价值,即技术、市场、竞争格局、Timing、团队,在这些方面,国内集成电路企业要认真对待。现在,华登国际已成功投资了云天励飞、加特兰、大疆、美团汽车等企业,另外几家从事汽车智能化芯片的企业如:芯驰、麦腾、银基、鼎然等也是其投资的新企业。

袁启刚

袁启刚

中国电子信息产业集团(CEC)规划部副主任袁启刚先生代表主办方在论坛的致辞中就集成电路产业的持续健康发展提出三个建议,这些观点与上述来自行业一线的企业家和专家的意见不谋而合,值得奋战在中国“芯”一线的同仁共勉:第一,要准确把握电子信息产业发展的趋势,选择技术先进、生态领先的技术路线,走自主创新之路。整合产业发展要素的能力成为发展的关键,生态环境建设已经成为国际竞争的新高地。第二,加快推动集成电路产业链的生态建设,推进上下游的协同发展,走协同创新之路。集成电路涉及学科多、技术难度高、投资强度大、回报周期长的特点,涉及到EDA工具、设计、制造、封测、材料装备等众多环节,推动集成电路产业可持续发展需要社会各方参与,形成发展合力,推进上下游共同发展。第三,积极融入全球集成电路生态体系实现合作共赢,走联合创新之路,开放联合是必然之选。

徐伟

徐伟

上海背靠长江水,面向太平洋,长期领中国开放风气之先。在集成电路发展上,上海市更是处于产业发展的高地。根据上海市集成电路行业协会秘书长徐伟在论坛上给出的数据,从全球来看,2018年的半导体市场呈现出先扬后抑的事态,前三季度比较景气,第四季度开始下滑。2019年整个市场的增长率预测可能是调低的数据。徐伟秘书长根据比较典型企业和区域性的统计认为,在某些领域今年可能会有负增长。但是,从上海的发展情况看,2018年是近五年来上海集成电路产业发展最快的一年。其中,芯片制造业和设备材料业是上海集成电路产业增长的两大亮点,2019年上海集成电路产业的销售规模更是有望达到1700亿。这些信息无疑为我们的中国“芯”建设注入了强大信心。

第三届中国(上海)集成电路生态发展论坛为第94届中国(上海)同期专业活动,由中国电子信息产业集团(CEC)主办,中电会展与信息传播有限公司承办,中电华登特别支持,同时获得中国电子商情、摩尔芯球、科钛网、活动芯球等媒体和机构的大力支持。

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