中國半導(dǎo)體生態(tài)現(xiàn)實(shí)與變革思路

自2016年以來的這一波景氣周期已經(jīng)持續(xù)了兩年左右，市場調(diào)研機(jī)構(gòu)IC Insights最新預(yù)測，2018年全球半導(dǎo)體增長仍將維持兩位數(shù)，銷售額有望突破5000億美元。從歷史數(shù)據(jù)來看，雖然半導(dǎo)體有明顯的波動周期，但平均增長率還是遠(yuǎn)高于全球GDP增長率，過去三十年，全球GDP增長了4倍，而半導(dǎo)體市場規(guī)模增長超過10倍。華登國際投資合伙人容志誠表示，半導(dǎo)體相對GDP的高增長還將延續(xù)，到2030年“全球半導(dǎo)體市場規(guī)模將達(dá)一萬億美元，占全球GDP的比例將從2018年的0.5%提升到1%?！?

華登國際投資合伙人容志誠

不過，全球半導(dǎo)體生態(tài)發(fā)展極其不均衡，作為全球最大的電子制造基地，中國的芯片供應(yīng)仍有大半需要依靠國外，如容志誠在2018中國（成都）半導(dǎo)體生態(tài)合作峰會上演講時提到，2017年中國集成電路進(jìn)口額為2600億美元，占全球集成電路總產(chǎn)值過半。事實(shí)上，如果從整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)來看，芯片的自給率并不是最低，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上游的開發(fā)驗(yàn)證工具、材料與設(shè)備等，國內(nèi)都很落后。以工具為例，國內(nèi)EDA市場95%以上被外資占據(jù)，“三大EDA廠商占國內(nèi)超過90%的市場份額，剩下的市場還有ANSYS等這種國外公司來分，”華大九天董事長劉偉平告訴TechSugar，國內(nèi)廠商的市場份額需要一點(diǎn)一點(diǎn)地從國外廠商手中去搶。

局部突破

從國內(nèi)EDA行業(yè)發(fā)展，可以管窺整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)生態(tài)。前身是華大集團(tuán)EDA部門的華大九天，雖然2009年才成立公司，但在EDA行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，可以追溯到1980年代的熊貓系統(tǒng)，在國家正式啟動EDA系統(tǒng)開發(fā)時，華大九天團(tuán)隊(duì)就已經(jīng)參與進(jìn)去。“從熊貓EDA到現(xiàn)在已經(jīng)有30年，一方面扎根EDA是蠻艱辛的一個過程，另外一個方面，我們做得也不夠理想，到今天才有一點(diǎn)小成果出來，離產(chǎn)業(yè)界期望還很遠(yuǎn)?！眲テ秸f道。

華大九天董事長劉偉平

華大九天的成果，主要體現(xiàn)在三方面。首先，華大九天有一套完整的模擬電路（或者說全定制電路）設(shè)計(jì)平臺?！白瞿M電路設(shè)計(jì)，用我們這套系統(tǒng)，基本可以從頭到尾做下來，”劉偉平表示，華大九天的模擬設(shè)計(jì)平臺上電路仿真模擬工具（Spice）性能非常出色，比三巨頭的工具還要“快很多，性能好很多，客戶用了我們的產(chǎn)品之后很驚訝。”

第二，華大九天為SoC設(shè)計(jì)提供優(yōu)化工具平臺。不像在模擬與混合信號領(lǐng)域有全流程工具，華大九天的數(shù)字電路工具尚不完整，不過華大九天可以提供優(yōu)化平臺，為用戶設(shè)計(jì)完成時序與功耗優(yōu)化，“這套平臺有很多想法與概念是我們最早在產(chǎn)業(yè)里面提出來的，現(xiàn)在一些國外大公司，也開始采用類似的概念來實(shí)現(xiàn)。這套工具我們做得還不錯，國內(nèi)市場占到80%?！?

第三，華大九天有針對顯示器面板的全流程設(shè)計(jì)工具?！懊姘逡帽∧ぞw管來控制每個像素的工作狀態(tài)，所以面板是一個大的晶體管陣列結(jié)構(gòu)形態(tài)，有點(diǎn)像存儲器的結(jié)構(gòu)，這個市場比較特殊，全世界就華大九天專門針對這個市場做了全流程工具。京東方、華星光電、熊貓、彩虹、天馬、惠科，還有維信諾，以及群創(chuàng)、友達(dá)等都是我們的客戶。”

差距在哪里

雖然在局部形成了突破，但與全球領(lǐng)先的三大EDA廠商相比，國產(chǎn)EDA廠商差距非常大，而且差距并不只是體現(xiàn)在銷售額上，用劉偉平的話說，國內(nèi)EDA廠商還“沒有能力全面支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！?

相比三巨頭，國內(nèi)廠商第一個短板就是工具不夠全。劉偉平介紹，只看集成電路產(chǎn)業(yè)所需的EDA工具，華大九天已有的產(chǎn)品線占集成電路所需工具的三分之一左右。“還有三分之二的東西我們沒有，這是最大的問題，”劉偉平呼吁，在補(bǔ)齊工具鏈方面，國內(nèi)廠商應(yīng)相互配合，一起把工具做全，“如果做不全，就沒有能力支撐產(chǎn)業(yè)?！?

其次，國內(nèi)EDA廠商與先進(jìn)工藝結(jié)合比較弱?！霸O(shè)計(jì)與工藝對接的紐帶就是EDA，如果EDA和工藝結(jié)合不夠好，就很難起到紐帶的作用。”劉偉平解釋道。在與工藝結(jié)合方面，三大EDA公司有天然優(yōu)勢，它們在新工藝開發(fā)階段就與晶圓制造廠合作，因此對工藝?yán)斫夂艿轿?，反過來可以更好地改進(jìn)工具以支持先進(jìn)工藝，而國內(nèi)EDA廠商只能在工藝開發(fā)完以后拿到部分?jǐn)?shù)據(jù)。另外，EDA工具與工藝結(jié)合的重要支撐是工藝設(shè)計(jì)套件（PDK）。作為工具基于工藝開發(fā)的一整套基礎(chǔ)支撐環(huán)境，PDK包含了器件的模型、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查以及庫等，開發(fā)非常復(fù)雜，需要較大投入，目前國內(nèi)EDA廠商都比較缺乏PDK基礎(chǔ)。國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)與先進(jìn)工藝結(jié)合不夠的原因，與中國整個半導(dǎo)體生態(tài)不夠成熟直接相關(guān)，“我們的生產(chǎn)技術(shù)還在突破14納米，人家都已經(jīng)做到7納米了?！?

第三個因素是缺人。據(jù)劉偉平估算，國內(nèi)做EDA研發(fā)的人大約有1500人，其中約有1200人在國際EDA公司的中國研發(fā)中心工作，真正為本土EDA做研發(fā)的人員，只有300人左右。“我們有150個人，國內(nèi)還有還有一些小的EDA公司，以及高校與研究所，總共只有300人，全球最大的EDA公司，研發(fā)人員大約有7000人，其中5000多人做EDA工具?！眲テ綇?qiáng)調(diào)，人才缺乏是所有問題的根本，“幾十倍的差距，力量對比懸殊！”

缺人背后的主要原因是投入不足。劉偉平算了一下，從成立到現(xiàn)在，近十年時間，華大九天總投入不到5億人民幣，而“全球最大的EDA公司一個月投入就是5億，一年投入11億美元，差距確實(shí)很大?！蓖度氩蛔?，在招人留人方面就難以發(fā)力。

變革思路

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上每一個環(huán)節(jié)要想發(fā)展好，都離不開持續(xù)穩(wěn)定的投入。芯原微電子創(chuàng)始人、董事長、總裁兼CEO戴偉民就表示，京東方在成都的發(fā)展歷史表明，一個產(chǎn)業(yè)要想做成功，需要以穿越半導(dǎo)體波動周期的眼光來定戰(zhàn)略，在執(zhí)行環(huán)節(jié)，更要以極大的勇氣與耐心去看待市場波動，不能遇到困難就半途而廢。他特意指出，在更換管理層之后，市場上有傳聞稱格芯（GlobalFoundries）將放棄在FD-SOI工藝上繼續(xù)投入，實(shí)際情況并非如此，“格芯官網(wǎng)剛公布一則新聞，宣布FD-SOI已經(jīng)拿到的訂單金額超過20億美元?！贝鱾ッ裾J(rèn)為，發(fā)展FD-SOI工藝對于豐富國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)生態(tài)，增加設(shè)計(jì)公司工藝選擇機(jī)會，以及培育半導(dǎo)體自主供應(yīng)鏈，都有比較重要的意義。

芯原微電子創(chuàng)始人、董事長、總裁兼CEO戴偉民

對EDA產(chǎn)業(yè)也是如此。華大九天成立還不到十年，但其在EDA領(lǐng)域的積累有三十年，前面二十幾年雖然弱小，但保留了種子，積蓄了力量，當(dāng)產(chǎn)業(yè)大形勢轉(zhuǎn)好時，發(fā)展就開始提速?！叭ツ闑DA相關(guān)業(yè)務(wù)翻了一番，今年預(yù)計(jì)還會有40%到50%的增長，業(yè)務(wù)已經(jīng)逐步成長起來，進(jìn)入了快速發(fā)展通道?！眲テ秸f道。

限制產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度主要因素，不外乎人才、資金、技術(shù)專利布局及產(chǎn)業(yè)格局。資金方面，在政府支持與大基金帶動下，與前些年投入嚴(yán)重不足的局面相比有一定改善；技術(shù)布局方面，除了自主研發(fā)，與國外公司進(jìn)行合作不可避免，包括必要的并購；在產(chǎn)業(yè)格局上，中國電子制造業(yè)對芯片自主可控的重要性已經(jīng)達(dá)成共識，如何提升供應(yīng)鏈安全性是全產(chǎn)業(yè)的問題，下游產(chǎn)業(yè)需要在市場化機(jī)制下對上游關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行扶植。

作為智力密集型產(chǎn)業(yè)，半導(dǎo)體歸根結(jié)底還是人才的競爭，中國工程師團(tuán)隊(duì)基數(shù)很大，但與美國等發(fā)達(dá)地區(qū)相比，高級人才數(shù)量仍然偏少，而且相比互聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)，電子半導(dǎo)體對年輕人才的吸引力在持續(xù)下降。在中西部地區(qū)設(shè)立研發(fā)中心，通過區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異來形成對人才的吸引力是一種應(yīng)對方法，但不是長久之計(jì)。對整個產(chǎn)業(yè)而言，要想發(fā)展好，就必須做好人才梯隊(duì)建設(shè)，沒有持續(xù)高質(zhì)量人才輸入，沒有讓工程技術(shù)人員能夠安心長期開發(fā)技術(shù)的環(huán)境，產(chǎn)業(yè)即便一時繁榮，也是空中樓閣。