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产业精选 | 芯片产业未来
信息来源: 发布日期:2018-10-17 阅读次数:1002
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        芯片(集成电路)制造技术是当今世界最高水平微细加工技术,是全球高科技国力竞争的战略必争制高点。中兴事件揭示了国内芯片产业结构现状:国内芯片主要应用在中低端领域,高端通用芯片市场自给率近乎为零。那么,我们究竟应该如何看待全球芯片行业和中国芯片的发展?

       众所周知,因为内需和外困的双重推动,中国最近几年一直都在加大投入到芯片研发当中。但是由于本身的技术水平差距比较大,国内的芯片企业与国外的领先者相比,表现相对较差。

    全球半导体产业链各环节龙头厂商

    芯片设计流程

          中国半导体行业近年来在国际市场上扮演的角色越来越重要,2017 年国内半导体市场规模达到 16860 亿元,2010-2017 年复合增速为 10.32%,远高于全球半导体行业2.37%平均增速,成为全球半导体市场重要驱动引擎。虽然中国半导体表面是一片欣欣向荣之像,但中国半导体缺乏核心技术,缺“芯”问题一直都是困扰中国半导体行业的一块心病,今年“中兴事件”彻底扯下了最后的遮羞布,揭开了中国半导体行业一直存在的几大问题

        问题一:不能自主设计和生产芯片。

        中国市场占据了全球芯片市场50%以上,但每年进口芯片需要花费3000亿美元,比排在第二名的原油进口金额高出一倍之多。形成这种不对称尴尬局面的根本原因是中国不能自主生产和设计芯片,目前仅是芯片大国而非芯片强国。

        在芯片生产领域,中国企业虽然能够生产芯片,但是生产芯片的工具和制造工艺均被国外几个公司垄断,能够掌握芯片生产工具技术的中国企业几乎为零。比如生产芯片离不开“光刻机”,而高端光刻机恰恰是最精密的设备,号称“现代光学工业之花”,当今世界上,能够制造出光刻机的国家屈指可数,仅有荷兰、美国、日本等少数几个国家。荷兰的ASML公司是绝对的龙头老大,它的光刻机占全球市场的80%左右,它的28纳米光刻机早就实现了商业化生产,正在进军7纳米。而我国目前商业化精度最高的也不过是上海微电子的90纳米光刻机,差距在10年以上。

        在芯片设计领域,较生产领域情况较有好转。各个领域的芯片中国企业都有所涉及,除高端芯片设计较为薄弱,其他领域已经打开了部分市场。但是芯片的设计离不开芯片架构,而中国目前的芯片架构不具有自主知识产权,芯片设计主要采用的是ARM和X86等公版架构,所以从严格意义上来说中国芯片企业还不具备自主设计和制造芯片的能力。

        问题:大多数芯片企业只是芯片代工。

      中国大多数芯片企业目前都处于芯片行业的中下游,主要从事芯片生产。2017年中国上市芯片公司排名前十的企业中半数为芯片代理生产企业。如鼎鼎有名的“中芯国际”,中芯国际2000年成立于上海,是全球领先的集成电路芯片代工企业之一,也是中国内地规模最大、技术最先进的集成电路芯片制造企业,但实际利润缺较低仅为4%,处于芯片生产环节的下游。

        问题三:芯片产业结构不合理。

        中国芯片行业发展极不平衡,在高端芯片领域目前除海思麒麟之外再无其他国产芯片;而要求更低的中端芯片领域也仅有展讯、寒武纪少数企业撑场,中国大多数芯片企业还停留在低端芯片的生产制造,导致中国芯片产业结构不合理,不利于中国芯片行业的健康发展。

        美国人通过大规模资金投入(肯定超过了1万亿人民币)与时间投入(至少30年),在芯片设计方向上占据了产业链的上游。芯片设计成为赚钱最多的部分,这一部分工作相当于是靠脑子吃饭,卖的是知识产权。美国的芯片设计公司主要有英特尔、高通与英伟达等。比如高通设计的手机芯片一直占据着智能手机芯片的第一把交椅。而英伟达公司擅长设计GPU芯片,在最近比较流行的比特币挖矿中,英伟达的GPU发挥了很大的作用。

          在1980年,卡弗尔·米德(Carver Mead)和琳·康维(Lynn Conway)发表了著名的论文《超大规模集成电路系统导论》,在这个论文中,他们首先提出了通过编程语言来进行芯片设计的新思想。如果这一想法得到实现,那么电脑软件就可以帮助工程师进行芯片设计。

          这种电脑软件叫做EDA工具

         EDA全称是Electronic Design Automation,翻译成中文是“电子设计自动化”。这是一种以计算机为工作平台,以 EDA 软件工具为开发环境,以硬件描述语言为设计语言,以可编程器件为实验载体,以芯片为设计目标器件,以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程。

        EDA设计工具成为大规模集成电路设计行业发展的基础。随着芯片规模的不断扩大,芯片内线路的复杂程度不断增加,采用传统的设计方法根本无法完成其功能设计。因此,芯片设计工程师们必须在先进的 EDA 开发工具的基础上, 采用自上至下的结构化设计方法,才能实现软硬件的协同工作。

       中国本土如果想要开发出性能优越的EDA工具,一方面要有良好的算法,另一方面需要和芯片技术相结合。虽然在算法方面中国有可能取得一定的技术突破,但EDA设计工具特别是底层的元器件级要和芯片制造的技术相结合,国内晶园制造厂的工艺处于相对落后状态,对EDA工具的开发也带来了限制。同时,EDA工具的技术发展也离不开商业因素,在美国的三巨头公司占有垄断地位的情况下,国产EDA工具很难打开市场,也很难从市场得到资金支持与技术反馈,从而失去自我迭代更新的能力。