芯片設計進(jìn)展迅速亟待向高端突破

IC設計涉及硬件、軟件兩方面的專(zhuān)業(yè)知識。硬件包括數字邏輯電路的原理和應用、模擬電路、高頻電路等。軟件包括基礎的數字邏輯描述語(yǔ)言，如VHDL、微機匯編語(yǔ)言及C語(yǔ)言。說(shuō)簡(jiǎn)單一點(diǎn)，它不但要設計芯片的身體，還要初步賦予其靈魂。由此可見(jiàn)，在整個(gè)芯片制造領(lǐng)域，IC設計無(wú)疑站在制高點(diǎn)的位置，由此產(chǎn)生世界級巨頭，如英特爾、高通、三星、德州儀器、西門(mén)子等。

大家都知道，在PC機的時(shí)代，英特爾和AMD壟斷了PC的芯片市場(chǎng)。在PC領(lǐng)域無(wú)法和美國競爭，中國芯片產(chǎn)業(yè)卻意外從電信產(chǎn)業(yè)發(fā)展中受益，由于中國（巨龍、大唐、中興、華為）在電信產(chǎn)業(yè)的崛起，中國逐漸開(kāi)始實(shí)現了通信設備制造的自主化，通信設備制造產(chǎn)業(yè)的崛起，卻意外地給中國帶來(lái)了一個(gè)沒(méi)有料到的結局，那就是中國的芯片產(chǎn)業(yè)開(kāi)始伴隨著(zhù)中國通信產(chǎn)業(yè)崛起而萌芽。

華為的海思、中興微電子、大唐都成為中國較大的芯片廠(chǎng)家之一。到了手機和平板電腦時(shí)代，由于中國本土手機廠(chǎng)家和平板電腦廠(chǎng)家的崛起，中國的展訊、全志、瑞芯微等公司也獲得了發(fā)展機會(huì )。

據ICinsight的報告，全球純芯片設計公司50強，2009年中國只有一家，也是中國較早闖入世界50強的是華為旗下的海思公司，2016年增長(cháng)到了11家，包括海思、紫光展銳、中興、大唐、南瑞、華大、銳迪科、ISSI、瑞芯微（Rockchip）、全志（Allwinner）、瀾起科技（Montage）?？梢钥吹角懊婢琶?，海思，中興，大唐都是電信產(chǎn)業(yè)出生，南瑞是為智能電網(wǎng)提供芯片，全志、瑞芯微、展銳等為手機，平板電腦等提供芯片。

2016年，中國已經(jīng)有了160家芯片設計企業(yè)銷(xiāo)售額超過(guò)了1億元人民幣，可以說(shuō)芯片設計正在中國全面開(kāi)花。中國兩家芯片設計公司海思和紫光展銳都已經(jīng)躋身世界前十，2015年海思是世界第六，紫光展銳是世界第十，而且在前十名里面，海思和紫光展銳增長(cháng)速度較快。

2017年，一份由半導體協(xié)會(huì )和工信部中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院公布的2017年國內十大集成電路設計/制造行業(yè)的最新排名報告顯示，在國內前十大集成電路設計企業(yè)當中，華為海思半導體以361億元銷(xiāo)售額排名靠前，紫光展銳以110億元排名第二，中興微電子以76億元排名第三。隨后的還有華大半導體、智芯微電子、匯頂科技、士蘭微電子、敦泰科技（深圳）有限公司、格科微電子和中星微電子。

雖然中國內地在設計端部分芯片產(chǎn)品有明顯突破，但目前IP核仍依賴(lài)ARM等，設計端使用的EDA工具完全靠Synopsys、Cadence、Mentor等廠(chǎng)商提供授權。

此外，我國芯片設計企業(yè)的主流產(chǎn)品仍集中在中低端，尚未全面進(jìn)入國際主戰場(chǎng)。除了在通信領(lǐng)域有了比較重要的突破外，在CPU、存儲器、可編程邏輯陣列(FPGA)、數字信號處理器(DSP)等大宗戰略產(chǎn)品領(lǐng)域的建樹(shù)不多。雖然在“核高基”等國家科技計劃大力支持下，上海兆芯研發(fā)的桌面CPU和“龍芯”系列CPU在特定領(lǐng)域實(shí)現批量應用，但受制于知識產(chǎn)權、加工能力和基礎設計能力的不足，我國企業(yè)還未能在上述領(lǐng)域進(jìn)入規?；慨a(chǎn)，更談不上全面參與市場(chǎng)競爭。

制造是最大短板機會(huì )猶存

幾十年來(lái)，全球的半導體產(chǎn)業(yè)一直癡迷于晶體管的小型化。上一次提出新的方法是在2009年，也就是我們所熟知的FinFET。2012年，FinFET工藝的第一次量產(chǎn)，在之后的數年之內推動(dòng)了22納米、14納米和10納米工藝的出現。

技術(shù)的進(jìn)步直接改變著(zhù)各大集成電路制造企業(yè)的競爭格局。半導體芯片龍頭英特爾技術(shù)上還在堅守14納米工藝，英特爾在其上半年召開(kāi)的“技術(shù)與制造日”上表示，其14納米技術(shù)具有高功能密度，要優(yōu)于競爭對手，制造成本要比對手低30%，且將采取措施確保在性能和成本方面遠遠領(lǐng)先于三星等。公開(kāi)資料顯示，半導體芯片英特爾占據PC市場(chǎng)處理器約八成的市場(chǎng)份額，在服務(wù)器芯片市場(chǎng)占據超過(guò)九成的市場(chǎng)份額，其在PC和服務(wù)器芯片市場(chǎng)依然擁有不可撼動(dòng)的市場(chǎng)地位。

而作為后起之秀的三星，在閃存市場(chǎng)、手機芯片等戰場(chǎng)上不斷尋求突破。三星研發(fā)的第一代10納米芯片已應用于其今年發(fā)布的GalaxyS8中，高通驍龍835芯片也由三星現有的10納米工廠(chǎng)制造。近幾年P(guān)C市場(chǎng)的發(fā)展出現了停滯跡象，這種停滯給英特爾帶來(lái)了打擊，與此同時(shí)受到市場(chǎng)不斷增加的對手機芯片和閃存需求的提振，三星在2017年一季度的芯片銷(xiāo)量超過(guò)英特爾。

中國芯片制造工藝落后國際同行兩代，預計于2019年1月，中國可完成14納米級產(chǎn)品制造，同期國外可完成7納米級產(chǎn)品制造；產(chǎn)能?chē)乐夭蛔悖?0%的芯片依賴(lài)進(jìn)口；同時(shí)中國的產(chǎn)能和需求之間結構失配，實(shí)際能夠生產(chǎn)的產(chǎn)品，與市場(chǎng)需求不匹配；長(cháng)期的代工模式導致設計能力和制造能力失配、核心技術(shù)缺失；投資混亂、研發(fā)投入和人才不足等問(wèn)題，導致中國集成電路產(chǎn)業(yè)目前總體還處于“核心技術(shù)受制于人、產(chǎn)品處于中低端”的狀態(tài)，并且在很長(cháng)的一段時(shí)間內無(wú)法根本改變。

中芯國際是中國內地規模大、技術(shù)先進(jìn)的芯片晶圓代工企業(yè)。中芯國際無(wú)疑代表了中國半導體芯片制造技術(shù)的高水平，但是其先進(jìn)工藝僅為28納米，面對英特爾成熟的14納米工藝和三星、GlobalFoundries已經(jīng)投產(chǎn)的10納米工藝存在明顯的技術(shù)差距，即使與臺積電的16納米工藝比較也有不小的差距。在5納米新技術(shù)發(fā)布的今天，技術(shù)水平差距依然在拉大，中國芯片制造水平亟待提高。

究其原因，堵在中國芯片制造業(yè)前面較大的攔路虎不是材料，也不是技術(shù)，而是光刻機成套設備，而世界上只有日本的尼康、佳能及荷蘭的ASML公司能掌握高端光刻機制造，而出色的是荷蘭的ASML公司，其一臺光刻機的售價(jià)高達1億美元。相比之下，國內較好的光刻機只能做到90納米制程，而日本的可以做到28納米以下，荷蘭的精度高達可以做到14納米以下制程。那你也許會(huì )問(wèn)中國為什么不向他們購買(mǎi)，問(wèn)題來(lái)了，因為芯片高端制造牢牢掌握在美、日、歐的幾個(gè)國家手里，它們對中國進(jìn)行技術(shù)和設備的封鎖，導致中國至今芯片產(chǎn)業(yè)遲遲得不到突破。

盡管中國集成電路制造企業(yè)與國外乃至中國臺灣企業(yè)的差距確實(shí)存在，然而也有一些有利因素。

首先，中國政府開(kāi)始關(guān)注并積極支持中國集成電路制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已發(fā)布了多項相關(guān)政策和指引，《中國制造2025》政策文件明確了中國目標將集成電路自給自足率在2020年提高到40%，并在2025年提升至70%。這一目標的實(shí)現直接需要半導體制造企業(yè)的技術(shù)水平的提升。

其次，技術(shù)發(fā)展速度放緩，為中國企業(yè)提供了追趕時(shí)間。無(wú)疑IBM與三星、GlobalFoundries聯(lián)盟所發(fā)布的全新硅納米片晶體管新技術(shù)為研發(fā)5納米芯片奠定了基礎，但隨著(zhù)晶體管尺寸的縮小，源極和柵極間的溝道也在不斷縮短，當溝道縮短到一定程度的時(shí)候，量子隧穿效應就會(huì )變得極為容易，換言之，就算是沒(méi)有加電壓，源極和漏極都可以認為是互通的，那么晶體管就失去了本身開(kāi)關(guān)的作用，因此也沒(méi)法實(shí)現邏輯電路。從現在來(lái)看，10納米工藝已經(jīng)實(shí)現，5納米也是能夠實(shí)現，而5納米以下則接近現有半導體工藝的物理極限，如不能發(fā)展出新的材料體系，技術(shù)發(fā)展必然放緩。技術(shù)發(fā)展的放緩將給中國企業(yè)提供一定的追趕時(shí)間。

最后，世界集成電路產(chǎn)業(yè)轉移趨勢為中國企業(yè)提供了機會(huì )。20世紀70年代末第一次產(chǎn)業(yè)轉移，從美國轉移到了日本，造就了富士通、日立、東芝、NEC等世界靠前的集成電路制造商；第二次在1980年代末，韓國與中國臺灣成為這一次轉移過(guò)程中的受益者，崛起了三星和臺積電這樣的制造業(yè)巨頭。目前，憑借巨大的市場(chǎng)需求、較低的人工成本，中國有可能接力韓國、中國臺灣，成為未來(lái)5年產(chǎn)業(yè)轉移的重點(diǎn)區域。

由此看，雖然中國集成電路制造業(yè)整體落后，但在產(chǎn)業(yè)結構上有優(yōu)勢，政府重視相關(guān)產(chǎn)業(yè)的扶持，新技術(shù)發(fā)展將放緩，中國的集成電路制造產(chǎn)業(yè)依然有機會(huì )改變不利與落后的局面。