芯片設(shè)計業(yè)的上下游老總對本土設(shè)計業(yè)的點評和展望

2019年底，一年一度的“中國集成電路設(shè)計業(yè)2019年會”（ICCAD 2019）在南京舉行，電子產(chǎn)品世界記者訪問了EDA、設(shè)計服務(wù)廠商和代工廠的老總，請他們回顧和分析了2019年的熱點，并展望了2020及未來的設(shè)計業(yè)下一個浪潮。

受訪人從左至右：Mentor, a Siemens Business榮譽CEO Walden C. Rhines博士，芯原微電子（上海）股份有限公司董事長兼總裁戴偉民博士，Socionext中國事業(yè)部總經(jīng)理劉琿，和艦芯片制造(蘇州)公司銷售副總經(jīng)理林偉圣

1 2020年芯片業(yè)或有所增長；國產(chǎn)芯片制造繁忙

Mentor, a Siemens Business榮譽CEO Walden C. Rhines指出，2019年的行業(yè)發(fā)展略顯平淡，其中一個主要原因是由于存儲器的價格一直沒能反彈，2020年在5G 商用等因素的作用下，可能會出現(xiàn)一些積極的增長。

IC設(shè)計正在大量增長，因為很多公司都在加入IC設(shè)計陣營，不管多芯片還是多Chiplet(芯粒)的設(shè)計增長都很劇烈。EDA公司現(xiàn)在也可能變成系統(tǒng)級設(shè)計的公司，EDA的增速很快。

芯原公司董事長兼總裁戴偉民：①關(guān)于中美貿(mào)易摩擦，我們不應(yīng)該、也不可能與美國隔離開來。美國不可能脫離中國市場，中國也不可能完全自主制造。中國提出安全可靠，但安全可靠不一定需要全部重新開發(fā)，引進、消化、吸收、再創(chuàng)新也是創(chuàng)新，不一定全部是原創(chuàng)，但是要重視知識產(chǎn)權(quán)。②20年前，臺積電、聯(lián)電等開創(chuàng)了代工業(yè)務(wù)，帶來了代工業(yè)和無晶圓廠IC設(shè)計公司的輝煌。下一步，硅平臺服務(wù)、設(shè)計服務(wù)將引領(lǐng)設(shè)計業(yè)從“重設(shè)計”到“輕設(shè)計”的轉(zhuǎn)變，前者解決了固定成本問題，后者解決了運營成本問題。

Socionext中國事業(yè)部總經(jīng)理劉琿：對中國業(yè)務(wù)是長期看好的。如果展望近期的2020、2021，看好5G基礎(chǔ)設(shè)施在國內(nèi)帶來的機會。物聯(lián)網(wǎng)有端、管、云三部分，在管、云部分，Socionext布局有云上服務(wù)器芯片、視頻流媒體芯片、無線通信芯片等。隨著5G商用的加速推進，汽車作為新型的端，Socionext同時積極布局汽車電子業(yè)務(wù)，面向中國市場提供多套自動駕駛解決方案。

和艦芯片制造(蘇州)公司銷售副總經(jīng)理林偉圣：2020將是個好年，至少上半年景氣狀況會很好。國產(chǎn)芯片化方面，和艦在蘇州、聯(lián)芯在廈門，產(chǎn)能無論是8英寸還是12英寸，都可以滿足國內(nèi)芯片特色工藝制造的需要。

2019年底，8英寸和12英寸晶圓的需求是全面提升的。原因如下。

1）最大的推動力還是國產(chǎn)替代，尤其是在國內(nèi)的供應(yīng)鏈，無論是代工制造或是后端封裝，這部分產(chǎn)能利用率都往上提升，甚還出現(xiàn)了產(chǎn)能短缺。例如對和艦工藝的需求是全面性的，尤其是模擬與電源管理IC，這和國內(nèi)某些系統(tǒng)廠商要求國產(chǎn)芯片取代是有關(guān)的。

2）12英寸也是在多方應(yīng)用起來，配合IoT應(yīng)用的藍(lán)牙、Wi-Fi、智能家居用應(yīng)用的芯片也跟著起來了；另外藍(lán)牙在TWS（真無線耳機）的需求也增長。

3）和屏相關(guān)的芯片。前兩年，TDDI是在80 nm高壓節(jié)點的需求多，所以當(dāng)時造成短缺；但2019下半年是各個節(jié)點的高壓工藝需求上來——80、55、40 nm的產(chǎn)能都緊缺， 

4）除了上述的特色工藝外，多個產(chǎn)品應(yīng)用也會從過去的55 nm工藝，因為低功耗或多集成往40 nm或28 nm演進。

2 芯粒升溫，從“重設(shè)計”向“輕設(shè)計”轉(zhuǎn)變

2.1 對Chiplet（芯粒）模式的看法

ICCAD2019年會上，芯原公司董事長兼總裁戴偉民博士在主題講演中提到了重視Chiplet(芯粒)。Chiplet類似于IP，但不是以軟件形式出現(xiàn)，而是以裸片(die)形式提供。 Chiplet可將不同工藝節(jié)點、不同材質(zhì)、不同功能的裸片封裝在一起，可以縮短芯片開發(fā)周期，降低芯片設(shè)計總成本。

實際上，Chiplet是2015年由Marvell創(chuàng)始人周秀文（Sehat Sutardja）博士在ISSCC2015上提出的，但那時提出早了一點，現(xiàn)在Chiplet逐漸得到了業(yè)界的認(rèn)同，因為現(xiàn)在最先進的制程工藝已到了7 nm、5 nm，而且這幾年封裝技術(shù)也進步了，所以臺積電搞封裝是有道理的，不是下游的封裝業(yè)務(wù)臺積電也要通吃，而是看到了封裝是一個很現(xiàn)實的問題，可以使芯片提早上市（如下圖）。

Chiplet可以解決很多問題，例如以下兩個方面。

1）存儲器接口IP的問題。早期一家公司曾提出過基礎(chǔ) cash（緩存）的概念，可用存儲器（memory）緩存的技術(shù)節(jié)省成本，無論是服務(wù)器還是筆記本電腦，只要不是用DRAM，理論上可以省一半成本。但存儲器控制/cash技術(shù)當(dāng)時比較復(fù)雜、成本高，后來NAND閃存便宜了，Chiplet就可以做了。存儲器控制/緩存的接口無需7nm、5nm等最先進的制程，可以放在Chiplet中。

但是阻礙Chiplet普及的一個最關(guān)鍵問題是還不太成熟。當(dāng)然業(yè)內(nèi)已經(jīng)在努力做了，最近也制定了一些標(biāo)準(zhǔn)，接口也是開放的，封裝技術(shù)也越來越好。

2）IP做成Chiplet后，可以多代使用、幾家共用，以節(jié)省成本。例如，一家美國云平臺公司要做視頻轉(zhuǎn)碼，找到芯原尋求解決方案。因為編碼技術(shù)不是通用的（因為涉及到編碼的用途不同：是否要把信息傳到后臺？），編碼里有很多智慧，而且每個設(shè)計師的方法都不同，有可能忙了半天，最后編碼還沒別人做的好，為什么要養(yǎng)一個團隊做編碼？但是AI部分可能是客戶自己想掌握的。于是芯原建議該公司做SoC，把該公司的AI放進來。但是，該公司認(rèn)為開一顆芯片太貴了，也沒有多少量；再有，也許明年自己的AI又更新?lián)Q代了（注：今年AI，明年也許是用FPGA等），客戶都可以搞定，所以該公司希望給他一個Chiplet，把編解碼放在Chiplet里。而且接口也不是該客戶獨有的，可以是開放的。芯原發(fā)現(xiàn)這個想法很好，不僅為一家開Chiplet，幾家共用也可以，這樣就大大降低了成本。

在此，戴偉民博士也感悟到“輕設(shè)計”的重要性，就是做自己有優(yōu)勢的部分，不要做自己沒優(yōu)勢的部分（do less for more），而不要do more for less。例如，大眾商品（commodity）就不要做了，要做有特色的東西。例如以色列公司在輕設(shè)計方面做得就很好，沒多少人，幾十上百人，做得很快，最后被蘋果等大公司收購。而我們國內(nèi)，經(jīng)?？砍汕先f的人來做設(shè)計。

Socionext中國事業(yè)部總經(jīng)理劉琿補充道，Chiplet產(chǎn)生的源頭來自于數(shù)字邏輯在工藝上的演進速度比模擬要快。數(shù)字不存在多次迭代，但模擬需要多次迭代，趕不上數(shù)字對工藝的要求，因此模擬IP技術(shù)在早期工藝導(dǎo)入時，很難匹配數(shù)字芯片的進度要求。

不過，Chiplet遇到如下3個挑戰(zhàn)。

1）實現(xiàn)。①Chiplet和模擬接口存在標(biāo)準(zhǔn)化的問題，誰在后面驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)化？②模擬和數(shù)字接口之間的數(shù)據(jù)量可能會非常大、高速，因為現(xiàn)在數(shù)字在往先進工藝節(jié)點走。

2）功耗。如此大的數(shù)據(jù)量，通過die（裸片）與die之間的互聯(lián)，功耗肯定是一個挑戰(zhàn)。

3）規(guī)?；?/strong>正如芯原戴偉民博士所說，互聯(lián)網(wǎng)公司沒有那么大的量（因為是碎片化應(yīng)用），這樣的場景有可能會需要這樣的技術(shù)，它對大量的場景訴求不是那么強烈。

但是Chiplet最大的優(yōu)點在于它能解決兩大問題，一是在先進工藝節(jié)點早期階段，一些復(fù)雜高速的模擬或接口電路的有無問問題；另一個是靈活性問題，例如有些芯片在不同場景下，對接口或模擬的通道數(shù)要求不同，如果都集成在一顆die上的話缺乏靈活性，PPA方面難以做到最優(yōu)。Chiplet通過數(shù)字和模擬更好地解決場景化的靈活性問題。

Mentor, a Siemens Business 榮譽CEO Walden C. Rhines指出，Chiplet是IC不可避免的下一步。在芯片的集成方面，①摩爾定律往下走，這給我們在不同模具上開發(fā)新功能的機會。它還可以去集成一些異構(gòu)的技術(shù)，包括模擬混合信號、射頻等，可以封裝在同一個芯片里。②Chiplet不是新技術(shù)，已經(jīng)有很多模塊，例如手機里的射頻就有這樣的封裝，里面有各種各樣的組件是放在一起的。

2.2 輕設(shè)計是否會引起同質(zhì)化？

芯原公司董事長兼總裁戴偉民否認(rèn)以上觀點，例如我們用一樣的EDA工具做設(shè)計，也沒有產(chǎn)生同質(zhì)化；設(shè)計的芯片都在TSMC（臺積電）等代工廠生產(chǎn)，也沒有同質(zhì)化。因此要具體分析，例如也許我設(shè)計的芯片的layout（布局）比你小，我的就有競爭力。如果今天你芯片公司沒有一半人做軟件，這就有問題了，因為今天你在做系統(tǒng)，不是componet（元器件），二者的意義是不一樣的。而且你的架構(gòu)、對市場的定位也非常重要，特別是核心競爭力很重要，核心部分的技術(shù)不能外包。

如果你的核心競爭力強，編解碼一定會比像芯原這樣的IP公司做得好嗎？未必。因為芯原和谷歌、英特爾等大公司有合作，這些大客戶給芯原很多意見反饋，芯原有豐富的經(jīng)驗。如果你自己做不合算，好不容易做出來了，過段時間又落后了。所以非核心部分，不一定要自己做。

的確不能同質(zhì)化，但為什么現(xiàn)在出現(xiàn)了從“重設(shè)計”向“輕設(shè)計”的轉(zhuǎn)移？因為現(xiàn)在需要很多定制化。前兩次浪潮是以家電、PC、手機為代表，它們是標(biāo)準(zhǔn)芯片，無需定制。但是物聯(lián)網(wǎng)時代定制的比通用的好，因為物聯(lián)網(wǎng)是碎片化的和AI異構(gòu)，就帶來了第3次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移（前2次分別是家電、PC和手機）。20年前從有制造到無制造（fabless），現(xiàn)在是從“重設(shè)計”到“輕設(shè)計”。怎么輕？根據(jù)各家的情況不一樣。但基本原則是：有了核心競爭力就用insource（內(nèi)部資源），沒有核心競爭力就用outsource（外包）。

CAPEX（資本性支出）是固定成本，實際上fabless也很貴，IP貴，人貴（上海的工資馬上要超過臺灣，已經(jīng)比日本貴了），所以這是我們遇到的挑戰(zhàn)，我們的應(yīng)用成本太高。

其實輕設(shè)計，對于不同公司，輕的程度不同。①對于初創(chuàng)公司，往往資金有限、人手不足，必須要輕，自己全做不可能。對于成熟公司，代工廠幫助解決了固定成本，如果按研發(fā)占銷售的20%~30%，毛利一定要到50%，所以毛利一降到40%就出售，這在外人看來很不理解：明明很賺錢為何就出售了？因為若不能賣掉，股票反而會跌，甚至關(guān)掉都比不賣好。但是，如果你的研發(fā)占銷售的數(shù)字不是20%~30%，而是14%~15%，那就不要賣了，公司就可以存在。輕設(shè)計，可以解決運營成本（OPEX）問題，但是輕的程度不同。

②系統(tǒng)公司是不是也要建一個芯片團隊呢？互聯(lián)網(wǎng)公司是不是能做芯片、做得好呢？實際上他們與芯片公司的DNA就不同。因為軟件通常6個月就能做好，芯片要做更長時間，很難接受。所以可以看到這樣的現(xiàn)象：很多系統(tǒng)公司和互聯(lián)網(wǎng)公司號稱馬上要做芯片，做了后知道不那么容易。實際上，系統(tǒng)公司和互聯(lián)網(wǎng)公司沒有必要自己做，凡事熟能生巧，別人重的我就要輕，EDA公司、代工廠、硅平臺服務(wù)和設(shè)計服務(wù)公司都是交了多年的學(xué)費的，例如芯原已發(fā)展了18年才做到今天。

3 毛利率：國內(nèi)設(shè)計公司中，前10為何比前100低？

在ICCAD 2019上，中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會IC設(shè)計分會理事長魏少軍教授在行業(yè)年度報告中稱¹：近年來，盡管10大設(shè)計企業(yè)的規(guī)模在持續(xù)增長，但盈利能力并沒有同步提升，10大設(shè)計企業(yè)的平均毛利率已經(jīng)連續(xù)3年比排名前100的設(shè)計企業(yè)平均毛利率要低。

那么，為何排名前10的毛利率比前100的利潤低？

Mentor榮譽CEO Walden C. Rhines指出：這種案例可能是不具有代表性的。如果更長期地看，至少看5年，你就會發(fā)現(xiàn)，其實是沒有這樣的關(guān)系的。

如果從更高層面看，半導(dǎo)體行業(yè)中有最高的毛利率是FPGA的公司，大概有65%的毛利率。第2是模擬信號公司。這兩個案例當(dāng)中，高價格可能是因為客戶很難更換供應(yīng)商；而且產(chǎn)品的生命周期很長。微處理器也是這樣，由于基于軟件，很難更換微處理器，因此微處理器有50%~60%的毛利率。毛利少的有存儲器，在1995年時，目前最大的3家存儲器制造商——三星、SK海力士和美光，只有50%的市場份額，現(xiàn)在3家占95%，所以它們現(xiàn)在的盈利能力增加了。

芯原公司董事長兼總裁戴偉民解釋道：特殊領(lǐng)域的芯片可能毛利率好一點。但是做大批量的消費類市場的毛利率較低，這可能也是中國的國情。如果本土企業(yè)一旦技術(shù)強了，就可以把毛利率增加。因為一些本土企業(yè)選擇量大的紅海/血海做，靠降低價格來占領(lǐng)市場，但是這些本土企業(yè)可能沒有特別大的技術(shù)的優(yōu)勢，所以營收高、毛利低。

和艦芯片制造(蘇州)公司銷售副總經(jīng)理林偉圣補充道：①國內(nèi)大部分公司主要是做取代型的市場。取代型市場無外乎產(chǎn)品和功能類似，最后就是拼價格；如果在創(chuàng)新層面做，可以提高ASP（平均售價）。②一些初創(chuàng)公司會用非常低的價格去擾亂市場，就會把整體市場的報價拉下來，因為市場競爭，造成毛利下降。

4 AI芯片為何在2019遇冷？

現(xiàn)在國內(nèi)做AI的設(shè)計公司很多，可謂八仙過海，各顯其能，有的從算法向芯片做，有的從芯片向算法做，架構(gòu)上，有GPU、FPGA、TPU等，到底應(yīng)該怎么做呢？為何經(jīng)歷了2018年的AI熱潮后，2019年出現(xiàn)了冷卻、降溫？

芯原公司董事長兼總裁戴偉民：①提到算法，搜索一下，網(wǎng)上有很多。實際上，幾十年來AI算法是很多的。不過，只有好的算法是不完全的。②把算法變成芯片后，初創(chuàng)公司的估值可能就增加10倍。但是，做出芯片來，芯片要有地方用。所以現(xiàn)在問題是芯片估值很高，接下去為什么2019年下半年沒那么容易了？你的demo（演示）很好，放在哪里，誰用？現(xiàn)在比較好的落地是刷臉、監(jiān)控，其他的還沒有看到特別好的應(yīng)用。③AI芯片也是芯片，不是比其他芯片高級很多。真正高級的是在云上做訓(xùn)練，這方面很少看到有國內(nèi)企業(yè)在做。提到算法，大數(shù)據(jù)是永遠(yuǎn)不夠大的；因此現(xiàn)在講小數(shù)據(jù)，因為有的時候沒有大數(shù)據(jù)就不能做了嗎？大數(shù)據(jù)也不是絕對好，因為盡管大數(shù)據(jù)有99.99%及以上的準(zhǔn)確率，也難免有嚴(yán)重后果（注：但如果用大數(shù)據(jù)下棋，下輸了沒關(guān)系，后果不算嚴(yán)重）?，F(xiàn)在的問題是，有的數(shù)據(jù)不要那么大，有的數(shù)據(jù)是沒用的，而小數(shù)據(jù)也可以做點事，這才是真正可以研究的，國內(nèi)可以在這方面花大力氣。

Socionext中國事業(yè)部總經(jīng)理劉琿補充道：AI芯片不在于用什么架構(gòu)來做。AI芯片要成功，最重要的還是落地，緊耦合一個行業(yè)，深耕行業(yè)，對這個行業(yè)理解，然后把這個AI芯片硬件做到符合行業(yè)的要求。

和艦芯片制造(蘇州)公司銷售副總經(jīng)理林偉圣稱：AI是IP還是芯片？他認(rèn)為AI目前來看在某些應(yīng)用是類似IP，如要變成通用的IC放在所有場景里面做，是很挑戰(zhàn)的。

Mentor, a Siemens Business榮譽CEO Walden C. Rhines認(rèn)為中國非常適合做AI，他指出：如果回顧半導(dǎo)體的歷史，可以看到它是向前推進的歷史。例如臺式電腦、手提電腦、手機……，一代比一代強。同樣，AI、機器學(xué)習(xí)確實有了新的進展，而中國無疑成為了重要的角色，所以中國正在努力發(fā)展自有的芯片、系統(tǒng)、算法等，并且能夠共同努力，震撼想要進入市場的公司們。

5 RISC-V的最大挑戰(zhàn)

芯原公司董事長兼總裁戴偉民也是中國RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長。那么，RISC-V的最大挑戰(zhàn)是什么？有人認(rèn)為是碎片化。

實際上，RISC-V除了碎片化，還有小部分的專利問題。伯克利是不會告的，因為指令集是開源、免費的，沒有問題。但是寫成RTL以后，這里就有專利，像IBM、英特爾，arm、MIPS的處理器核一樣，也要注意。

關(guān)于真假RISC-V和碎片化問題，實際上不是難事，各種RISC-V組織可以加強合作和兼容，做一些測試即可。

另一個角度看，碎片化不一定是壞事。物聯(lián)網(wǎng)本身就是碎片化的，才需要定制化，RISC-V才開始出現(xiàn)。

6 系統(tǒng)化設(shè)計時代，哪家EDA公司來主導(dǎo)？

現(xiàn)在EDA公司都在討論系統(tǒng)化設(shè)計，從IC到PCB模塊，再到IC，甚至從初期產(chǎn)品設(shè)計架構(gòu)的時候就開始了，Mentor, a Siemens Business在此有何行動？

Mentor, a Siemens Business榮譽CEO Walden C. Rhines：Shift-Left已經(jīng)存在一段時間，Mentor, a Siemens Business等公司一直在把驗證往前端移（左移），例如高層次（HDL）綜合，能夠在整個設(shè)計流程當(dāng)中，在很早的時候就排除一些錯誤。不僅如此，Mentor, a Siemens Business還構(gòu)建了整合PCB和IC的設(shè)計架構(gòu)，這樣數(shù)據(jù)可以自由地前后流動，自動地轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的格式，可以輔助IC的設(shè)計。

被西門子并購后，結(jié)合西門子的觀點：今天所做的一切最終都會被虛擬化，雙方基于數(shù)字雙胞胎技術(shù)發(fā)展出更多解決方案，包括整個IC流程、電子系統(tǒng)流程，還囊括機械、制造、支持、晶圓廠等所有領(lǐng)域都有虛擬的數(shù)字雙胞胎，即所有的設(shè)計及理念的形成，都是在一個虛擬的環(huán)境中進行的，而不是在現(xiàn)實環(huán)境中。所以我們可以先在虛擬環(huán)境中進行設(shè)計，再到真實的場景中進行測試。好處是早期做這樣的模型，可以更早、更快地檢測到問題，這樣可降低設(shè)計成本，提高可靠性，讓設(shè)計更加可控。

那么既然如此，哪家EDA公司會主導(dǎo)整個IC的生態(tài)和IP？

Walden稱：在整個生態(tài)環(huán)境中，誰來主導(dǎo)，這像一個進化的問題。歷史上來看，一直有3家大型的EDA公司，這個現(xiàn)象一直是很穩(wěn)定，原因是沒有一家可以做到各項都是最強的、面面俱到的。新思主導(dǎo)了邏輯綜合市場，Mentor, a Siemens Business在驗證上有很高的市場份額，Cadence在Layout（布局）上很強?，F(xiàn)在希望各家都有整合的工藝流程，大家會建立一個標(biāo)準(zhǔn)化的界面，讓客戶可以用不同的工具，解決不同的問題。

有人認(rèn)為，隨著時間的推移，三足鼎立的局面會消解，但Walden認(rèn)為不是，反而會不斷加強和穩(wěn)固，因為各家現(xiàn)在會進一步加強特色技術(shù)。對于Mentor, a Siemens Business，借助于西門子的數(shù)字雙胞胎技術(shù)，其自身業(yè)務(wù)也在過去2年內(nèi)實現(xiàn)了飛速增長。，在Walden看來，與西門子的良好協(xié)同讓原來的Mentor能夠更好地迎合市場的發(fā)展趨勢，，加上系統(tǒng)公司對于系統(tǒng)需求的不斷增加，也為EDA廠商帶來了更多機遇。

注：

1.魏少軍教授在ICCAD2019的講演原話：“根據(jù)對排名前100名的設(shè)計企業(yè)統(tǒng)計，平均毛利率預(yù)估34.2%，比上年的32%，上升了2.2個百分點。從最近幾年情況看，排名前100的設(shè)計公司毛利率一直徘徊在30%左右，總體改善不大。10大設(shè)計公司平均毛利率為32.2%，比2018年的31.7%，提升了零點幾個百分點。盡管10大設(shè)計企業(yè)總的毛利率在增加，但是也有個別企業(yè)毛利率下降，部分企業(yè)的毛利率偏低，甚至出現(xiàn)了負(fù)毛利率。近年來，10大設(shè)計企業(yè)的規(guī)模在持續(xù)增長，但盈利能力并沒有同步提升，10大設(shè)計企業(yè)的平均毛利率已經(jīng)連續(xù)3年比排名前100的設(shè)計企業(yè)平均毛利率要低，這個情況不是太好。”