芯片設(shè)計(jì)，重塑與突圍

晉昀

我國(guó)集成電路產(chǎn)品體系完整，國(guó)產(chǎn)集成電路芯片涵蓋數(shù)字、模擬、數(shù)?；旌?、射頻、功率、計(jì)算、存儲(chǔ)、接口等領(lǐng)域，并在電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具（EDA）、知識(shí)產(chǎn)權(quán)核心（IP核）等領(lǐng)域進(jìn)一步加強(qiáng)積累，從而對(duì)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)的發(fā)展提供必要支撐。在提升自給率、政策支持、規(guī)格升級(jí)與創(chuàng)新應(yīng)用等要素的驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)芯片設(shè)計(jì)行業(yè)保持高速成長(zhǎng)趨勢(shì)，而通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈上下游配合，國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的細(xì)分龍頭企業(yè)已經(jīng)逐漸滿足國(guó)內(nèi)客戶的部分替代性供應(yīng)。

受益利好填補(bǔ)空白

最新數(shù)據(jù)顯示，芯片設(shè)計(jì)基本上被五大巨頭企業(yè)割據(jù)，一度榮耀的華為海思因?yàn)槌鲐泧?yán)重受限近況不佳。全球前十大芯片設(shè)計(jì)企業(yè)中6家為美國(guó)企業(yè)，前五大企業(yè)占據(jù)8成以上份額，高通、英偉達(dá)、博通、聯(lián)發(fā)科、AMD等名字不但常年霸榜，其與后5名的差距還有愈發(fā)擴(kuò)大的趨勢(shì)。更為關(guān)鍵的是，5大巨頭分別在不同細(xì)分領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)位置，高通、聯(lián)發(fā)科以手機(jī)芯片為主，英偉達(dá)是GPU芯片，AMD是CPU、GPU芯片，博通是機(jī)頂盒SoC、有線網(wǎng)絡(luò)芯片、射頻前端、Wi-Fi芯片等物聯(lián)網(wǎng)、通信連接類芯片。

芯片設(shè)計(jì)可分為設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，對(duì)應(yīng)的EDA（Electronics Design Automation電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）工具分為設(shè)計(jì)工具、仿真工具、驗(yàn)證工具等。利用EDA工具，工程師將芯片的電路設(shè)計(jì)、性能分析、設(shè)計(jì)出IC版圖的整個(gè)過(guò)程交由計(jì)算機(jī)處理完成。設(shè)計(jì)規(guī)模越大，工藝節(jié)點(diǎn)要求越高，EDA工具的開(kāi)發(fā)難度越大。目前在設(shè)計(jì)復(fù)雜度上，集成化應(yīng)用趨勢(shì)讓芯片的功能集成度日益增加，邏輯、模擬、存儲(chǔ)等功能被越來(lái)越集中地集成到單一芯片中，要求EDA工具需要具備對(duì)復(fù)雜功能設(shè)計(jì)的更強(qiáng)支撐能力?？梢哉f(shuō)，EDA是制約我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的難題之一，而隨著5G、AI、汽車電子等領(lǐng)域的崛起，本土EDA市場(chǎng)邁入高速發(fā)展時(shí)期。

隨著芯片制程的演進(jìn)，芯片設(shè)計(jì)的成本快速上升，邏輯仿真、驗(yàn)證、版圖設(shè)計(jì)所需算力規(guī)模不斷增加，并且芯片設(shè)計(jì)公司不同階段對(duì)算力的要求不同，整體需求呈波動(dòng)狀，這對(duì)芯片設(shè)計(jì)公司的建設(shè)與布局造成不小影響，如何靈活調(diào)用、滿足算力是其關(guān)鍵，多年前芯片設(shè)計(jì)公司即開(kāi)始探索EDA云工具的使用，目前EDA云平臺(tái)的工具和運(yùn)行環(huán)境逐漸整合，EDA云市場(chǎng)快速擴(kuò)大，其中尤以我國(guó)EDA云市場(chǎng)的增速最高。

受益政策與市場(chǎng)利好，芯片設(shè)計(jì)驗(yàn)證與調(diào)試的國(guó)產(chǎn)技術(shù)空白正在被漸次填補(bǔ)。近期EDA智能軟件和系統(tǒng)企業(yè)芯華章發(fā)布基于創(chuàng)新架構(gòu)的數(shù)字驗(yàn)證調(diào)試系統(tǒng)昭曉Fusion Debug TM，該系統(tǒng)將幫助芯片設(shè)計(jì)工程師簡(jiǎn)化困難的調(diào)試任務(wù)，大幅提升芯片設(shè)計(jì)效率。中國(guó)首個(gè)量子芯片設(shè)計(jì)工業(yè)軟件也于近期在合肥發(fā)布，該軟件同時(shí)支持超導(dǎo)和半導(dǎo)體兩大物理體系的量子芯片版圖自動(dòng)化設(shè)計(jì)，用戶可通過(guò)本源量子云平臺(tái)直接在線訪問(wèn)和使用。

直面矛盾解決問(wèn)題

芯片產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)端與生產(chǎn)端境遇不同，生產(chǎn)端難題多、門(mén)檻高、投入巨大、原材料供應(yīng)鏈脆弱，專利壁壘重重，設(shè)計(jì)端則只需有合適的架構(gòu)與IP核等即可，對(duì)此全球各主要經(jīng)濟(jì)體都是設(shè)計(jì)端人才積累較多，生產(chǎn)端行業(yè)集中度較高，競(jìng)合關(guān)系復(fù)雜。芯片產(chǎn)業(yè)已從此前的IDM一條龍的模式逐漸變?yōu)镕abless（設(shè)計(jì)）、Foundry（制造）模式，芯片設(shè)計(jì)企業(yè)迎來(lái)更多表現(xiàn)機(jī)會(huì)。

從芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)銷售額來(lái)看，2021年我國(guó)全行業(yè)銷售為4586.9億元，較2020年增長(zhǎng)20.1%，其中長(zhǎng)三角洲地區(qū)2021年銷售額達(dá)2383.3億元，同比增長(zhǎng)49%；京津環(huán)渤海地區(qū)2021年銷售額為984.3億元，同比增長(zhǎng)76.7%；中西部地區(qū)2021年銷售額為573.7億元，同比增長(zhǎng)40.3%。珠江三角洲地區(qū)2021年銷售額為936.2億元，同比下滑36.9%，區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)變化不大。

數(shù)據(jù)顯示，截至2021年12月，中國(guó)大陸芯片設(shè)計(jì)企業(yè)由2020年的2218家增長(zhǎng)至2810家，同比增長(zhǎng)26.7%。北京、上海、深圳仍為傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)聚集重地，無(wú)錫、杭州、西安、成都、南京、武漢、蘇州、合肥、廈門(mén)等城市的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)數(shù)量均超過(guò)100家，發(fā)展迅疾。但有觀點(diǎn)認(rèn)為芯片設(shè)計(jì)企業(yè)持續(xù)大量增加存在一定隱患，一半以上芯片設(shè)計(jì)企業(yè)的創(chuàng)建時(shí)間不超過(guò)5年，過(guò)于“廣而薄”的力量加之已經(jīng)顯露的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)反而攤?cè)趿诵袠I(yè)的整體實(shí)力，并在一定程度上分散了本就不厚實(shí)的人才與資源。芯片設(shè)計(jì)屬于典型的智力密集型行業(yè)，芯片參數(shù)優(yōu)化對(duì)工程師的知識(shí)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)積累要求極高，我國(guó)的人才儲(chǔ)備與供應(yīng)并不充裕。

中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)集成電路設(shè)計(jì)分會(huì)理事長(zhǎng)魏少軍認(rèn)為要想讓我國(guó)芯片設(shè)計(jì)行業(yè)具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，必須直面一些深層次問(wèn)題并解決一些深層次的矛盾，“芯片設(shè)計(jì)行業(yè)整體規(guī)模不到1000億美元，與每年1500多億美元的中國(guó)市場(chǎng)消費(fèi)相比有不小缺口；2021年芯片設(shè)計(jì)行業(yè)業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)一定程度上是由于全球產(chǎn)能緊張，供需平衡被打破引發(fā)的集成電路漲價(jià)所導(dǎo)致，一旦產(chǎn)能緊張情況緩解，企業(yè)業(yè)績(jī)可能回落；人才短缺導(dǎo)致企業(yè)人力成本大幅上升，給企業(yè)本來(lái)已經(jīng)不高的毛利空間施加更大壓力；研發(fā)投入不足已經(jīng)開(kāi)始嚴(yán)重影響到企業(yè)創(chuàng)新能力的提升。”

當(dāng)前，芯片設(shè)計(jì)被各城市、區(qū)域列為發(fā)展重點(diǎn)。《上海市先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃》提出，在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，推動(dòng)骨干企業(yè)芯片設(shè)計(jì)能力進(jìn)入3納米及以下，打造國(guó)家級(jí)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）平臺(tái)，支持新型指令集、關(guān)鍵核心IP等形成市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?！稄V東省制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展“十四五”規(guī)劃》提出，打造我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展第三極，其中芯片設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)收入超2000億元，設(shè)計(jì)行業(yè)的骨干企業(yè)研發(fā)投入強(qiáng)度超過(guò)20%?！吨楹８咝聟^(qū)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2020-2025年）》提出做大做強(qiáng)芯片設(shè)計(jì)，立足本地設(shè)計(jì)企業(yè)集聚、周邊終端企業(yè)眾多的基礎(chǔ)，重點(diǎn)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，形成特色，力爭(zhēng)到2025年形成一個(gè)兩百億級(jí)芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)集群。