本土半导体产业应立意长远
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近日,在上海举办的集成电路2024年度产业发展论坛暨第三十届集成电路设计业展览会(ICCAD-Expo 2024)上,魏少军教授给出的本土芯片设计业的年度预测数据显示,2024年中国芯片设计业销售额预测为6460.4亿元,同比增长11.9%,重新回到两位数区间,预计占全球半导体市场的比例与上年基本持平。
魏教授指出,2024年本土芯片设计龙头和骨干企业的发展情况整体上不容乐观。尽管进入前十大芯片设计企业榜单的门槛,从2023年的65亿元上升到70亿元,但十大设计企业的销售总额仅为1762.04亿元,比上年的1829.16亿元,减少了67.12亿元,下降了3.7%,大大低于全行业11.9%的平均增长率,而且有两家出现了负增长。
同时,从芯片设计企业的人才规模数据来看,有32家企业的人数超过1000人,比上年减少了两家,有51家企业的人员规模是500~1000人,比上年减少了14家,人员规模100~500人的有356家,比上年减少105家。这一数据说明今年芯片设计业的企业裁员情况比较普遍,甚至有些比较大型的企业还出现了较大规模的裁员。
魏教授也坦言本土芯片设计业在发展质量上仍存在的诸多问题,包括我国芯片设计业的集中度不高,这一情况还没有改善;中国芯片设计的发展增速逐渐降低,回归理性;产品处于市场中低端的局面还没有改变;企业运行遭遇了高成本的负担;很多企业对内卷深恶痛绝,但自己也在卷。
另一方面,尽管今年我国芯片销售额的增长达到了两位数,为11.9%,但WSTS预测2024年全球半导体产业的销售额增长有望达到19%,中国芯片设计市场销售额的增长率第一次低于全球半导体增长,这是一个很有标志性的数据,因为我们历史上都是远远高于全球平均水平。
可见,本土芯片设计业仍处在一个较为痛苦的成长期。就在ICCAD召开的前一周,当地时间12月2日,美国商务部工业和安全局(BIS)再次更新《出口管理条例》(EAR),将136家中国相关实体添加到“实体清单”。这些实体涵盖一众半导体制造设备相关公司、半导体材料公司、EDA公司,以及芯片设计公司、国家科研研究所和几家投资机构。释放出的信号就是要全面遏制中国半导体产业的发展进程,也让本土半导体产业发展再次感受到极大的紧迫性。
但ICCAD期间,大家对此事件相对平淡,并未有过多谈论。概因一方面大家对这一结果早有预期,现在只是靴子落地,同时这一事件已经过了一周多的发酵,热度逐渐散去,另一方面经过前面3-4年半导体产业的一波大起大落,如魏教授所言,近一年内产业终于开始回归理性,业界更清楚的认识到半导体是个需要长期积累的产业,过往全球市场用了几十年的时间发展完善起来的技术和产业链,我们希望在10年甚至5年内就能达成,是不现实的,不能指望一蹴而就,揠苗助长只会催生畸形的产业发展和竞争生态,我们更需要冷静下来、从长计议。
正如魏教授报告中提到的对设计业未来持续发展的几点思考,即产品是芯片设计企业安身立命的根本;技术是芯片设计公司赖以生存的基础;创新是新时期竞争取胜的不二法宝;要大力发展不依赖先进工艺做出竞争力的产品的设计技术;同时我们要摒弃路径依赖,打造中国自己的产品技术体系。
与非网记者参与ICCAD为期两天的企业采访和交流中,包括西门子EDA、芯和半导体、英诺达、国微芯、合见工软、芯启源、芯行纪、芯易荟、芯华章、思尔芯、鸿芯微纳、巨霖科技、速石信息在内的EDA企业,芯原、锐成芯微、奎芯、芯耀辉、芯来科技在内的IP企业,台积电、荣芯半导体等晶圆代工企业,以及产业一站式服务平台摩尔精英,众多受访嘉宾普遍认同并传递的信息也是未来本土半导体产业将短期承压、长期向好,产业链上各环节的企业仍然有很多事要做,其中扎实做好自己的产品和技术为核心要务。
因为国内先进工艺制程受限,短期内也无法实现突破,在本土芯片设计业可能的选择中,充分发挥成熟工艺最大潜能被业界普遍认同,具体实现路径上,DTCO和STCO概念被广泛关注和提及。
这里,DTCO是通过设计与制程技术协同来寻求整合式的优化,改善效能、功耗效率、电晶体密度、良率及成本。在IDM时代,DTCO可以说是标准方法学,其后产业发展分工带来Fabless与Foundry的成功,使得DTCO理念仅存在于一些头部的IDM公司中。
STCO作为DTCO的延伸和发展,将协同优化的范围进一步扩大到了系统层面。它不仅涵盖了电路与工艺的协同优化,还深入考虑了2.5D/3D IC封装技术、系统互连、软件优化等系统级因素,目标是在系统整体层面实现性能、功耗和成本的最佳平衡。
在国内,EDA厂商成为推动和支持DTCO/STCO的主力。
在DTCO的维度。鸿芯微纳首席技术官、联合创始人王宇成表示,“DTCO可以深入挖掘工艺潜能,达到更优的PPA,这也是为什么国产EDA积极参与DTCO的设计流程背后的逻辑。”
鸿芯微纳首席技术官、联合创始人王宇成
延伸到STCO。西门子EDA 全球副总裁兼中国区总经理凌琳提到,“这是技术演进的必然,到系统级层面只看局部的优化是不够的,需要整个链条上的优化,需要EDA、IP、Foundry,包括设计、制造各环节都要协同起来。这也是西门子在很早之前就前瞻性的看到的大趋势,然后我们用了大概十几年,通过很多兼并和收购的方式,不断吸纳更多芯片和系统级的软件工具,形成了从芯片到PCB和系统级设计的整体解决方案的能力。”
西门子EDA 全球副总裁兼中国区总经理凌琳
芯和半导体创始人、总裁代文亮介绍,“当工艺的先进性无法满足,我们可以从系统架构也就是大的系统级来考虑整合在一起来做优化,包括通讯协议标准,到汽车、无人机,以及交换机等应用场景,此前我们提SoC,之后出现了SiP,再往后Chiplet成为一个趋势。后期肯定是要从系统整机架构来优化我们的设计,Chiplet最大的优势就是可以把毫米波、硅光、存储等都放进来,不再单纯依赖某一种工艺。所以个人认为我们从STCO的角度可能更容易实现一些创新突破。”
芯和半导体创始人、总裁代文亮
IP厂商也深刻认同协同优化的概念并感受到了STCO这一大趋势的脉搏,锐成芯微CEO沈莉表示,“十几年来我们致力于物理IP的研发,物理IP的一个显著特点便是与制造工艺的紧密相随,因此我们极其重视、需要与全球的晶圆厂,特别是业界领先的晶圆厂保持持续而深入的沟通合作。在产品开发时,一是基于客户的直接需求驱动产品定义,量身定制IP解决方案;二是前瞻性地预见并引领客户的应用需求,与晶圆厂开展前期交流沟通,配合新工艺IP的前期规划,提前验证,共同规划;以上对于我们物理IP提供商而言是比较重要的两大方向。”沈莉提到,“对于整个产业而言,提前布局、超前规划IP以满足未来客户应用需求的重要性日益凸显。如近来大模型以及边缘计算的应用,这些领域需要很多创新且完备的IP支持,包括更低的功耗,更强的性能,更远的传输距离等等,这些对IP企业创新的推动作用非常强,同时我们内部也需要不断的迭代;同时,晶圆厂的工艺也在摩尔定律的指引下稳步前行,从40nm、28nm、22nm、12nm,到如今逐渐迈入更加先进的制程,这些进步的背后同样有来自于两方面的驱动力:一方面是晶圆厂的工艺布局战略,另一方面是响应客户应用需求而推动不断升级。”
锐成芯微CEO沈莉
如上面大家提到的,STCO涉及到2.5D/3D IC以及系统级层面的芯片设计,与Chiplet也有相关性,这是个系统性工程,更需要EDA、IP、芯片设计、晶圆制造和封测厂商之间的联动和协同。
此次ICCAD期间,AI仍然是个热门话题,有很多企业带来AI相关的产品,在采访中,受访嘉宾也与我们沟通了AI相关的一些话题。这里的AI涵盖两个维度,包括在芯片下游的AI应用,以及AI技术在芯片设计上的应用。
从应用的角度,AI未来的想象空间毋庸置疑,有理由相信,数字化之后下一波技术浪潮将是智能化。包括生成式AI、自动驾驶、AI PC、人形机器人在内的诸多应用已然开启了AI技术从概念到落地的序章。展览会期间,IP企业Imagination就带来了其针对AI应用的解决方案,包括针对芯驰科技智能座舱芯片、玄铁RISC-V AI芯片以及AI PC的产品案例,展示了GPU IP在多种AI应用场景中发挥的作用。
在记者撰稿期间,本土最大的IP企业芯原微电子也宣布推出全新Vitality架构的GPU IP系列,目标应用就包括AI PC。可以说,AI应用未来前景可期。
从芯片设计的维度。AI能发挥的作用则要辩证来看。从EDA工具本身,凌琳提到3个方向,“第一我们有些工具要处理大量的数据,在算力有限的情况下,要把数据集优化,早期用机器学习的方式,其实可以做很大量的优化。本来要两天甚至一周才能完成的回归分析,采用ML引擎后只要几分钟就完成了;第二点, AI可以对所有的工具进行类似于并行计算来实现加速,因为EDA成本很高,如何增加单一工具的效率,降低使用难度是每家EDA厂商的功课。这是AI运用的另外一个方向;第三点,AI在处理有些问题上是非常擅长的,我们要让AI的特性发挥出来,它可以做得更好。”但凌琳也坦言“如果说用AI创造性去设计一个芯片,目前还没有到这个时代,但是慢慢会往这个智能化的方向去发展。”
王宇成表示,“目前广泛关注的大语言模型,对EDA来说,在算法上的提高有限,但是EDA可以做一些支持系统,如通过运行问答软件,产生一些日志文件,在分析这方面做一些辅助性的工作。同时学术界在这方面确实做了一些尝试改进算法的研究,鸿芯微纳也在这方面做了前瞻性的投入,在逻辑综合上,如逻辑综合网点的优化是一个转换过程,是一些算子堆起来的优化流程,这个流程的变化是很大的,不同的流程有不同的结果。它相当于大语言模型里面的语言,我造一句话,第一个字出来了,第二个字应该跟什么,是一个排序的过程,要排出有意义的序列。我们这方面的研究也是借用了大语言模型的方法,目前取得了一些成果。”
芯易荟副总裁石贤帅介绍,“大语言模型还完全没有到成熟的程度,每个月都有很多模型出来,目前的痛点是需要工具能适应这种模型的快速更新迭代,这是芯易荟的优势,我们也看到了这方面的潜力和机会,所以目前我们专注在推理方面的AI IP,包括背后的工具定制。”同时,从芯片产品定义的角度,石贤帅补充,“端侧有很多AI方面的应用,传统处理器都是MCU内存,这个赛道竞争已经非常激烈,很卷。从产品差异化的角度我们可以在上面增加一些AI的功能,传统的MCU厂商或原本做存储的企业,要在存储芯片上加算力,他们确实对AI不熟,但需求非常广,从电机控制各个领域,都有这方面的需要。如果去买一个通用IP,很难做到差异化,最后就是同质化竞争,我们可以协助把芯片厂商的算法固化成硬件,提高性能,这也是我们的价值所在。”
芯易荟副总裁石贤帅
同花顺数据显示,今年以来A股市场共有58家半导体行业上市公司披露并购事件,较去年同期的41家大幅增长41.46%。仅9月以来,就有24家公司披露并购事件相关进展。有明确的政策导向,也是企业自身阶段性发展的需求所在,可以预见,未来本土半导体产业的整合势必加速。
台积电(中国)总经理罗镇球表示,“半导体行业是要长期积累的行业,而且有很多市场的周期起落,我们等待国内公司的整合已经很久了,如果说全世界的设计公司或者说半导体相关的公司最多的国家和地区,前6名中有5名都在中国,所以整合是任何一家企业或任何一个产业开始由原来的做大到做实、做强的必经过程,而且是必须学习进步的方法,我们非常高兴看到本土半导体产业到了整合这一步。”
台积电(中国)总经理罗镇球
对此,凌琳认为,“从世界范围看,这个产业的整合是再正常不过的事,最终是从客户需求出发的,因为企业发现客户需求有了,它却没有相应的产品和技术,必须研发或者适度的收购兼并,使客户需求得到极大满足,这样企业的生意和影响力才会做得更好,这是一个大的趋势。中国企业作为世界的一部分,也会遵循同样的逻辑,就是怎样把客户服务得更好,西门子EDA也是这样一路走来的。但良性的合并和组合,不一定只有买公司,也可能买技术,方式方法会多方面。”
沈莉则表示,“整合是一个发展趋势,在整合之前,半导体产业需要更多的交流和合作,这样整合的结果是水到渠成的双赢之举。那么整合之后,我们认为整个中国半导体产业的主线仍然是向上发展的,基于中国庞大的人口数量和持续存在的市场需求,同时,除了中国市场,我们还可以将产品推向更为广阔的海外市场。因此,中国半导体产业其实还有巨大的发展空间,整合只是整个产业发展路径当中的一环。”
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