1965年，中國(guó)的第一塊硅基數(shù)字集成電路研制成功。
2019年，中國(guó)自研的華為鯤鵬920與華為麒麟正式發(fā)布，達(dá)到世界頂尖水平。
中國(guó)芯用了54年的時(shí)間，從無(wú)到有，從弱到強(qiáng)，從迷茫探索到堅(jiān)定進(jìn)擊，這一路稱得上是一部磨難史。
而這場(chǎng)磨難，還遠(yuǎn)沒(méi)有結(jié)束。因?yàn)檩斣谄鹋芫€上的中國(guó)，在全球半導(dǎo)體競(jìng)賽中，依舊落后。
目前中國(guó)國(guó)內(nèi)的半導(dǎo)體自給率水平非常低，特別是核心芯片極度缺乏，國(guó)產(chǎn)占有率都幾乎為零，芯片國(guó)產(chǎn)自主化迫在眉睫。
中國(guó)在半導(dǎo)體的市場(chǎng)；（來(lái)源：波士頓2019年報(bào)告）
而西方國(guó)家在技術(shù)、設(shè)備、人才等方面的封鎖，更是嚴(yán)重阻礙著中國(guó)芯的發(fā)展。眼下，跨越前方的大山和大海，成了國(guó)產(chǎn)芯片崛起的唯一答案。
第一步：跨越IC設(shè)計(jì)
國(guó)產(chǎn)IC設(shè)計(jì)公司超1700家，華為啟用“備胎計(jì)劃”
和美國(guó)及其他半導(dǎo)體發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)相比，中國(guó)大陸集成電路產(chǎn)業(yè)仍有很大的差距，除了技術(shù)本身的落后之外，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也不夠合理。國(guó)產(chǎn)芯片仍然大量集中在附加值和技術(shù)含量較低的市場(chǎng)，大家一起打價(jià)格戰(zhàn)，互相廝殺。過(guò)低的利潤(rùn)難以讓企業(yè)通過(guò)健康的研發(fā)投入來(lái)提升產(chǎn)品的市場(chǎng)地位，導(dǎo)致惡性循環(huán)。在制造方面也相對(duì)分散，不容易聚集財(cái)力和人力辦大事。
根據(jù)集邦咨詢旗下拓墣產(chǎn)業(yè)研究院最新統(tǒng)計(jì)，2019年全球前三大IC設(shè)計(jì)業(yè)者是博通(Broadcom)、高通(Qualcomm)及英偉達(dá)(NVIDIA)，均為美系企業(yè)。整體來(lái)看，美系企業(yè)主導(dǎo)著全球IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)，排名前十的超威(AMD)與賽靈思(Xilinx)也都屬美系。
另外，三家中國(guó)臺(tái)灣IC設(shè)計(jì)企業(yè)聯(lián)發(fā)科(Mediatek)、聯(lián)詠(Novatek)和瑞昱(Realtek)在2019年的表現(xiàn)皆不俗。
回到中國(guó)大陸，近幾年，中國(guó)芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，目前中國(guó)大陸的芯片設(shè)計(jì)公司已超過(guò)1700多家！設(shè)計(jì)從業(yè)人員超16萬(wàn)。就芯片設(shè)計(jì)而言，國(guó)產(chǎn)IC設(shè)計(jì)企業(yè)已掌握了芯片設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，漸漸拉近了與外國(guó)的距離，甚至開(kāi)始與國(guó)外企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。
其中華為海思，國(guó)內(nèi) IC 設(shè)計(jì)企業(yè)毋庸置疑的龍頭，其芯片技術(shù)已經(jīng)可以和高通、蘋果一較高下。盡管華為在2019年五月受到美國(guó)實(shí)體清單政策沖擊，但對(duì)其全年整體表現(xiàn)影響有限，搭載Kirin處理器的智能手機(jī)出貨依然強(qiáng)勢(shì)，壓縮其他品牌的表現(xiàn)。同時(shí)，為免被卡脖子，華為未雨綢繆啟用“備胎計(jì)劃”——華為一直在其基站、企業(yè)IT設(shè)備和手機(jī)上使用的芯片方面，采取兩條腿走路的策略，即國(guó)際合作/外購(gòu)與自主研發(fā)同時(shí)進(jìn)行。
總體而言，在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，中國(guó)與國(guó)外技術(shù)的差距并不算太大。
第二步：跨越晶圓代工
中芯國(guó)際采用N+1工藝制造7nm芯片，繞過(guò)ASML光刻機(jī)壟斷
晶圓代工有著高資本壁壘和技術(shù)壁壘，行業(yè)十多年沒(méi)有新的競(jìng)爭(zhēng)者出現(xiàn)且越來(lái)越多現(xiàn)有玩家放棄先進(jìn)制程追趕。目前，全球晶圓代工老大為臺(tái)積電，三星次之，而國(guó)內(nèi)最有實(shí)力追趕的當(dāng)數(shù)中芯國(guó)際。
1998年，華晶與上華合作生產(chǎn)MOS圓片合約簽定，開(kāi)始了中國(guó)大陸的Foundry時(shí)代。
2000年，中芯國(guó)際在上海成立，中國(guó)大陸的晶圓代工進(jìn)入加速發(fā)展階段。
2008年，第一批45納米產(chǎn)品成功通過(guò)良率測(cè)試。
2015年，中芯國(guó)際28納米產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
2019年，中芯國(guó)際開(kāi)始14nm中端芯片的量產(chǎn)。
如今，全球真正量產(chǎn)的先進(jìn)制程是7nm，但由于多方阻力，中芯國(guó)際沒(méi)能從荷蘭引進(jìn)7nm制造工藝的光刻機(jī)，故國(guó)產(chǎn)高端芯片代工仍需依賴臺(tái)積電。
芯片技術(shù)包括設(shè)計(jì)和制造兩個(gè)環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)上我國(guó)并不落后，但在制造上與國(guó)際差距很大，這個(gè)差距就是被“光刻機(jī)”卡住了脖子。
目前，國(guó)際光刻機(jī)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了第五代，高端光刻機(jī)全部來(lái)自荷蘭ASML公司。荷蘭第五代極深紫外光刻機(jī)禁止向我國(guó)出口是眾所周知的事實(shí)。2018年中芯國(guó)際耗資1億歐元訂購(gòu)的我國(guó)唯一一臺(tái)第五代極深紫外光刻機(jī)，原定于2019年初交付，但至今也沒(méi)有到貨。
但近日，中芯國(guó)際傳出重大好消息，稱可繞過(guò)ASML光刻機(jī)，采用N+1工藝制造出接近7nm工藝的芯片，并將于2020年底量產(chǎn)。如果中芯國(guó)際能成功量產(chǎn)7nm工藝芯片，無(wú)疑將會(huì)讓國(guó)產(chǎn)芯片掌握越來(lái)越多的話語(yǔ)權(quán)。
另?yè)?jù)悉，中國(guó)在2008年就已經(jīng)啟動(dòng)國(guó)產(chǎn)化第五代極深紫外光刻機(jī)的研制計(jì)劃，希望在2030年實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。該計(jì)劃瞄準(zhǔn)的是第五代極深紫外光刻機(jī)，但是荷蘭ASML公司目前已經(jīng)啟動(dòng)了新版本第五代極深紫外光刻機(jī)的研制，并計(jì)劃于2022年對(duì)外供貨。新版本第五代極深紫外光刻機(jī)可實(shí)現(xiàn)2納米光刻工藝，可制造的芯片密度是舊版本的2倍以上，也就是說(shuō)我國(guó)的第五代極深紫外光刻機(jī)還沒(méi)有國(guó)產(chǎn)化成功，技術(shù)就已經(jīng)落伍了。
但是，針對(duì)這一點(diǎn)，國(guó)內(nèi)有技術(shù)團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)第六代雙光束超分辨光刻機(jī)，希望通過(guò)解決納米光刻分辨率需要采用短波長(zhǎng)紫外光源的關(guān)鍵難題，取得了繞過(guò)國(guó)際原有紫外光刻技術(shù)路線的突破。
最后，從國(guó)產(chǎn)晶圓代工整體來(lái)看，根據(jù) gartner 預(yù)測(cè)， 2019 年中國(guó)大陸晶圓代工市場(chǎng)約 2149 億元， 中國(guó)大陸集成電路產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將繼續(xù)由“小設(shè)計(jì)-小制造-大封測(cè)”向“大設(shè)計(jì)-中制造-中封測(cè)”轉(zhuǎn)型，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將更趨于合理。
第三步：跨越EDA
加大EDA共性技術(shù)投資，共同打磨“鐵三角”
半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)，除了IC設(shè)計(jì)公司和代工廠外，還有EDA軟件也是主要的參與者。最早從加州大學(xué)伯克利分校的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始起源，EDA多年來(lái)與集成電路行業(yè)共同發(fā)展，到今天已經(jīng)涵蓋了設(shè)計(jì)、制造和IP核。由于EDA為集成電路行業(yè)提供了方法學(xué)，因此隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，EDA越來(lái)越大有用武之地。IC設(shè)計(jì)、代工廠和EDA軟件三者之間呈鐵三角關(guān)系，對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)非常關(guān)鍵，如果要想磨合工藝套件，就必須三家一起打磨。
中國(guó)有全球頭部的IC設(shè)計(jì)公司，中國(guó)有全球最多的代工廠，截止到2019年，中國(guó)大陸光晶圓廠，就達(dá)到86座。同時(shí)還有全球最大的半導(dǎo)體消費(fèi)市場(chǎng)，達(dá)到了60%。這樣的一種制造和消費(fèi)格局，應(yīng)該會(huì)誕生相應(yīng)的國(guó)產(chǎn)EDA公司，但實(shí)質(zhì)上中國(guó)EDA行業(yè)已經(jīng)落后得太遠(yuǎn)，而當(dāng)前國(guó)內(nèi)的芯片設(shè)計(jì)公司和代工廠，給與國(guó)產(chǎn)EDA軟件的重視，甚至還不如臺(tái)積電。
過(guò)去的十年，是中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的十年。與之形成鮮明對(duì)照，EDA行業(yè)幾乎顆粒無(wú)收，步履蹣跚。除了在少數(shù)領(lǐng)域有廠商在某些產(chǎn)品上做到全球前列，實(shí)現(xiàn)自主替代，絕大多數(shù)工具和技術(shù)都是依賴進(jìn)口。
目前EDA產(chǎn)業(yè)霸主依然是明導(dǎo)、鏗騰、新思這三巨頭。離開(kāi)了代工廠，還有其他的代工廠可選；而離開(kāi)了EDA三巨頭，幾乎沒(méi)有其他工具可選。
而在近兩年發(fā)生的“中興事件”和“華為事件”刺激下，人們更加意識(shí)到軟件斷供的危機(jī)，更直觀地感受到國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體卡脖子之痛——EDA是卡位最高的傷之一。
因此，想打破國(guó)產(chǎn)芯片的困境局面，IC設(shè)計(jì)、代工廠和EDA軟件這三家必須聯(lián)手，才有希望破局。
芯片設(shè)計(jì)公司的基本邏輯是，設(shè)計(jì)完成后，需要去代工廠做流片。這里面有兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，一是設(shè)計(jì)品未必能流片成功；二是成功后未必符合要求。一般而言，這是靠整個(gè)EDA流程保證的。而現(xiàn)在，由于EDA全流程都掌握在三巨頭手中，想打破僵局只能另辟蹊徑。
中國(guó)EDA破局之術(shù)，最需要改變現(xiàn)狀的，恰好是中國(guó)代工廠。中國(guó)EDA工具的發(fā)展，應(yīng)該朝著“如何提高這些代工廠的產(chǎn)能，如何提高代工廠支持客戶的能力，怎么將只能在國(guó)外流片的高端芯片拿回來(lái)......”這些方向走。因此，我們需要加大對(duì)EDA共性技術(shù)投資，以消除晶圓代工廠中工藝流程中的風(fēng)險(xiǎn)。
從投資角度來(lái)看，EDA快要算成夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)了（在美國(guó)已經(jīng)有近20年沒(méi)有EDA軟件上市公司），因?yàn)镋DA軟件的產(chǎn)值看起來(lái)太小了，可能只有IC公司的1%，代工廠產(chǎn)值的千分之一。但中國(guó)半導(dǎo)體的崛起，將給發(fā)展EDA軟件帶來(lái)新的希望。
2019年全球電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域最具有影響力的DAC大會(huì)上，華大九天、廣立微、概倫電子、芯禾科技四家中國(guó)EDA廠商聯(lián)袂出場(chǎng)，向世界展示了EDA領(lǐng)域的中國(guó)力量。而在2019年底，概倫電子則收購(gòu)博達(dá)微，進(jìn)一步整合優(yōu)勢(shì)資源。這都是中國(guó)力量春筍竄節(jié)的聲音。
而與此同時(shí)，隨著5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、區(qū)塊鏈等領(lǐng)域的興旺，提出了很多特色鮮明的、尚未被EDA工具滿足的IC設(shè)計(jì)需求，這恰是EDA工具廠商的新機(jī)會(huì)。
結(jié)語(yǔ)：
最近有報(bào)道稱，華為將把 14nm 自主芯片的生產(chǎn)從臺(tái)積電轉(zhuǎn)移到中芯國(guó)際。如果國(guó)產(chǎn)最強(qiáng)IC設(shè)計(jì)與最強(qiáng)晶圓代工真的實(shí)現(xiàn)雙叕聯(lián)手，必能一定程度上會(huì)促進(jìn)國(guó)產(chǎn)芯片的發(fā)展。期待未來(lái)IC設(shè)計(jì)、代工廠和EDA軟件三管齊下，國(guó)產(chǎn)芯片盡早取得跨越式突破。盡管發(fā)展的道路從來(lái)不是一帆風(fēng)順，但筆者堅(jiān)信國(guó)產(chǎn)芯片崛起的決心不會(huì)動(dòng)搖。
