7月15-16日，以“應用引領，創新驅動”為主題的“2021中國集成電路設計創新大會暨IC 應用博覽會”（ICDIA 2021）在蘇州獅山國際會議中心圓滿舉辦。ICDIA是繼ICCAD之后，集成電路設計領域又一重要會議，來自IC領域的眾多專家和業內專業人士圍繞集成電路產業現狀與發展、機遇與挑戰、趨勢與走向等話題發表主題演講，會后眾多產業界的負責人在接受媒體采訪時也進一步分析了自己的觀點。
國內集成電路產業快速發展，但高端通用芯片自給率低
中國集成電路設計創新聯盟專家組組長時龍興教授（圖源：ICDIA）
對于集成電路產業產業鏈，中國集成電路設計創新聯盟專家組組長時龍興教授將其形象地比喻為一棵樹：“我把集成電路的產業鏈比作一棵樹，樹根的關鍵就是設備、材料、EDA，樹干是制造業，樹枝是芯片設計，長出的果實是芯片產品。因此，集成電路以產品為中心，以系統對芯片的需求來引領，定義好芯片后首先做設計，之后制造、封測，最后芯片放到系統里構成產品，這個過程中設計是龍頭。”
近幾年，集成電路產業得到了快速發展，國內三業（設計、制造、封測）總規模達到了7600億元，在很多大宗產品領域已經形成了批量供貨能力，如手機SOC、數字電視SOC、指紋芯片、射頻芯片、功率半導體等；在一些關鍵的高端通用芯片上面也實現了一定突破，如超算CPU、服務器CPU，嵌入式CPU、GPU，AI芯片、存儲、FPGA等。
但是，目前高端通用芯片總體上依然被國外壟斷，CPU 95%的產品還是來自Intel、AMD兩家；GPU 2021年一季度的統計68%來自Intel，17%來自AMD，15%來自NVIDIA，獨立顯示以NVIDIA為主；內存方面，韓國的三星、海力士加上美國的美光三大家基本上占據了95%的市場；FPGA方面，賽靈思和Intel（Altera）兩家占據市場份額95%以上；通信芯片相對好一些，但是Murata、Skyworks、Broadcom、Qorvo、Qualcomm實際占到了79%的份額。
國內高端芯片的供給在很多CPU、GPU、FPGA上基本上僅有0.5-1%的份額，僅僅是有，而達不到真正供應鏈安全和供貨的能力。
另外，國內集成電路產業整體呈現“小而散”的狀態，同質化問題嚴重，如通訊類的設計企業有498家，模擬類芯片的設計企業有270家，消費類的設計企業有966家。
盡管國內集成電路產業在設計領域發展更快，但體量依然較小。根據IC Insight的數據顯示，在全球IC設計業銷售占比中，美國份額達到了64%，中國僅為15%。
從研發投入來看，美國芯片設計企業的研發投入占比則達到了16.4%，而中國大陸的芯片設計企業的平均研發投入在營收中的占比僅為8.3%，差距很大。
此外，新興制造工藝的追趕目前來看還是非常艱難，國內規模最大的中芯國際在先進制程發展受阻，時龍興教授指出，成熟工藝打磨是接下來值得重點關注的內容。
目前75%的電路實際上都可以用28nm工藝實現，國內28-45nm的產能占全球15%左右，45nm以上占到23%，有很大的攻克空間，因此針對28nm的成熟工藝強化從可用到好用的打磨，釋放國產的產能是緩解產品供應鏈供給不足的很重要的方向。
創新發展是出路
中國集成電路創新聯盟、中國科學院微電子研究所葉甜春教授（圖源：ICDIA）
“從目前的發展形勢看，我國電子信息制造業規模也在突破，從2008年的5.12萬億元增長到2020年的16.72萬億元。同時，規模提升之外，技術也在逐漸實現突破。”中國集成電路創新聯盟、中國科學院微電子研究所葉甜春教授指出，經過六十年的發展，特別是過去十二年的努力，中國集成電路產業進入了一個新階段，已經建立起一個較完整的技術體系和產業實力，并非“一無所有”，妄自菲薄和盲目自大都不可取。
葉甜春教授給出了三點建議：
第一，保持定力，穩住陣腳，持之以恒最好自己的事情。
葉甜春教授表示，集成電路是我們自己自立自強的問題，對供應鏈安全不能再抱有幻想，從薄弱的地方開始往前走往往成本很高，但一定要堅持去做；開放合作是不變的道路，任何一個國家的力量都不可能做全，對于全球化我們既不能夠依賴，也不能夠放棄，我們需要的是改革，打造一種全球合作新生態不被制約的全球合作新生態；解決辦法不是不斷地打補丁，缺一個補一個，而是靠創新，形成特色優勢，打造行業良性生態環境。
第二，從自身發展到全球產業格局，中國IC產業都需要再定位。
葉甜春教授表示，未來的發展重點是要以產品為中心，以行業解決方案為牽引，利用中國市場優勢，利用“雙循環”開辟新的增長空間，創造合作共贏機遇，推動全球產業鏈發展。
第三，技術創新是大趨勢，架構設計創新也是必由之路。
摩爾定律逐漸走到極限，仍然有新的創新機遇，將已有的制造潛能發揮出來，用更少的晶體管實現更強大的功能；平面到3D將成為技術演進的新路徑，架構創新也將成為新的焦點。
中國集成電路封測創新聯盟副理事長兼常務秘書長、中科院微電子所副所長曹立強（圖源：ICDIA）
當前國內的封測產業技術發展非常快，產業規模不斷擴大，但與國際的龍頭企業的差距依然存在。如何破解？產業鏈上下游協同創新是關鍵。中國集成電路封測創新聯盟副理事長兼常務秘書長、中科院微電子所副所長曹立強指出，未來產業鏈應持續協同創新，抓住機遇，充分發揮我國作為全球規模最大、增長最快的市場優勢，強化特色工藝及封裝測試產業鏈協同創新。
EDA、IP、高端芯片等重要環節壓力中萌發
在集成電路產業中，EDA是產業基礎，而恰恰EDA是目前產業環節里是受制于人最嚴重的環節。國內EDA市場超過八成份額由三巨頭（美國Synopsys、Cadence、Siemens）占據，并且排在前十的EDA公司中有7家都是美國公司。
EDA市場并不大，全球約70億美金的市場，而作為集成電路行業最基礎的實現工具，可謂是撬動電子信息產業的有力杠桿。盡管產業環境非常嚴峻，近年來國內還是涌現了一大批國產自主EDA公司。據悉，截止到2021年6月底，國內的EDA廠家就有64家。
北京華大九天科技股份有限公司董事長劉偉平指出EDA產業有三大特點：
第一，技術要求很高。
第二，需要全產業鏈生態的支持。
第三，EDA不是任何一家企業單打獨斗能夠解決問題，合作甚至整合才能最終把EDA的流程和平臺搭建起來。
行芯科技是國內較早從事先進工藝的EDA研發企業之一，從2018年至今已有多款EDA產品面世，在全球范圍內得到廣泛應用，產品覆蓋面廣泛，不僅面向芯片設計企業，晶圓廠與封測廠都有涉足。
“國內現在涌現了一批剛性的國產EDA工具使用客戶。隨著國內芯片設計公司自身設計能力的成長，高端需求持續增長，對EDA工具的要求也在逐步提升，同時這樣的客戶數量也在大大增加。技術和市場機遇使國產EDA廠商的數量在近兩年時間內發生了巨大的增長。” 杭州行芯科技有限公司CEO賀青表示。
行芯科技很低調，盡管產品應用已經很成熟，但之前鮮少見到相關報道。據介紹，行芯科技目前已有百余人規模，研發人員占比90%以上，在沒有專職銷售團隊的情況下，客戶訂單需求處于滿負荷狀態，并且在可見未來會一直持續。 “對于芯片設計公司和fab廠而言，先進工藝遇到的問題比想象中多得多，但是它可以選的供應商很少，我們的產品出現時，讓客戶眼前一亮。”賀青表示，“行芯科技從2018年到現在迅速推出了這么多的產品，而國外的企業往往要更長的時間，主要有兩個原因：第一，整個團隊特別聚焦，集中公司所有資源聚焦剛需產品研發；第二，團隊有行業領先的創新核心技術，滿足客戶前沿且苛刻的要求，且與高端合作伙伴-芯片設計企業和fab緊密合作，快速迭代磨合產品。行芯團隊堅持核心技術自主研發，所有知識產權完全自主研發，不通過購買任何第三方獲得知識產權，這是我們引以為傲，并且敢于持續深耕很重要的特質。”
芯片產業鏈中，半導體IP作為設計上游關鍵技術環節，可以幫助縮短芯片開發時間、降低研發風險。然而與EDA一樣，IP的難度也相當大，全球前十IP供應商主要來自英美。盡管市場不大、骨頭難啃，但國內還是逐漸涌現出了大量有理想、勇追求的IP廠家。
芯原股份是國內頂尖的老牌半導體IP供應商，2020年全球排名第七，擁有用于集成電路設計的GPU IP、NPU IP、VPU IP、DSP IP、ISP IP五類處理器IP、1,400多個數模混合IP和射頻IP。公司的多個處理器IP排名世界前列，在眾多國際行業巨頭的各種產品中發揮重要作用。 此外，芯原還推出了基于IP的平臺授權業務模式，并結合市場發展趨勢，已逐步在 AIoT、可穿戴設備、汽車電子和數據中心這4個領域形成了一系列優秀的IP、IP子系統及平臺化的IP解決方案，并在上述應用領域取得了較好的業績和市場地位。
芯動科技成立于2006年，15年來一直專注于IP特別是接口IP，其接口IP芯片發貨量超過50億顆，覆蓋全球六大頂級晶圓代工廠130nm到5nm工藝節點。尤其是在DDR方面，芯動更是全球覆蓋最強的IP公司之一，掌握了全球第一款GDDR6/6X商用IP。“產業最追求的就是生態，就像數據里面要提取公因式的環節，它可以解決很多行業的問題，即使它是一個硬骨頭，IP的開發仍然是作為我們的第一選擇，這也是我們的追求。” 芯動科技聯合創始人敖鋼表示。
經過多年的技術積累，芯動科技如今又拓展了GPU布局。敖鋼表示：“國產GPU是具有國家戰略意義的高端集成電路產品，是當前重要且緊缺的核心產品之一，尤其智能圖形渲染GPU是國內市場的一大空白，所以我們直接切入到難度更高、體量更大的渲染GPU中。由于我們在很多GPU的底層技術上做到了國際先進甚至性能超越，如GDDR6和Chiplet等，芯動GPU對標的是英偉達、AMD的高端產品，并且瞄準國產信創桌面和服務器這兩大市場領域，這必將給國內GPU應用產業帶來新的動力。”
芯來科技于2018年6月份成立，跨越了對于芯片創業公司來說的三年重要門檻，也意味著芯來科技邁入下一個新階段。作為國內最早從事RISC-V 處理器IP開發的公司，芯來科技完成了從0到1的自主研發階段，推出了100/200/300/600以及最新的900系列處理器IP，應用范圍覆蓋了從超低功耗到高性能的AIoT領域的RISC-V 處理器IP。
“在接下來的3年中，芯來科技將會繼續向高性能方向邁進，面向數據中心以及更多通用高性能芯片提供合適的處理器IP。同時也會進入包括汽車的功能安全、信息安全等的垂直領域。”芯來科技執行總裁彭劍英表示。
2020年6月，擁有全球頂尖半導體IP企業管理和技術積累的“夢之隊”帶領芯耀輝科技橫空出世。成立僅一年，芯耀輝已經完成了主流接口IP產品線的布局，產品已經陸續推向市場，并收到了非常好的反響，得到客戶認可與持續支持。“客戶的信任與支持也給了我們這群技術迷專注28/14/12nm及以下先進工藝IP研發和服務更大的動力。在頂配的人才團隊和豐富的產業經驗基礎上，我們將眾多一線資本的投資幾乎全部投入研發中，因為芯耀輝團隊只做IP研發一件事，專注做好產品，為市場提供兼容性高、可靠性強的IP產品，更好地服務于數字社會的各個重要領域。”芯耀輝科技有限公司CTO李孟璋說道。
李孟璋表示，作為半導體IP新銳，芯耀輝要做的不只是高質量的接口IP，還要做智能IP子系統，解放工程師的創造力，把人工智能、云化等技術應用于傳統的IP設計中，做面向未來的技術研發，讓芯片設計更簡單，滿足數字時代應用市場的多元化需求。走在世界前沿的應用市場，加速國產IP換道超車。
雖然目前IP被外商高度壟斷，國內IP仍處于被“卡脖子”狀態，但是產業的數字化給國內IP產業帶來新的機遇和挑戰，李孟璋呼吁圍繞著客戶需求的創新和IP、EDA結合的創新三個層面的創新，去賦能IP產業一起應對挑戰。
時龍興教授提到，高性能CPU、GPU、汽車半導體等高端芯片總體上還處于被國外壟斷狀態，自給率較低。沐曦集成電路（上海）有限公司CEO陳維良將其比作“大長金”：“難度非常大、周期非常長，投入也像‘吞金獸’，投入的資本量非常非常大。好處是現在有一個非常好的環境，讓我們可以有機會去突破。”
沐曦集成電路成立于2020年，一直致力于提供完全自主知識產權，針對異構計算等各類應用的高性能GPU芯片和解決方案研發及銷售。“通用處理器在高性能GPU這塊差異化不是特別大，在落地場景上有一些差異。在產品的定義和整個生態的優化上，針對一些更有機會的地方進行切入，這是我們的戰略。” 陳維良表示。
如今汽車芯片產能缺口引發關注，隨著汽車行業的快速發展，近年來不少傳統半導體廠家和傳統整車廠家紛紛入局汽車電子領域，欲搶占發展機遇，琪埔維（Chipways）半導體在這波浪潮中準備得更早一些。Chipways（又名芯路）是一家汽車半導體芯片(Fabless IC)設計公司,成立于2014年10月，專注于汽車智能核心芯片研發與設計，目前的產品包括MCU、傳感器、通信芯片、BMS AFE芯片及數字隔離芯片。
“做汽車電子芯片，它需要很長的時間積累，要看得到遠方，不能著急。因為芯片是靠一個一個模塊、IP去積累，去打實的。Chipways芯路便來源于此。” 琪埔維半導體CEO秦嶺表達團隊心聲，“當前的形勢為國內芯片廠商打開了市場，我們要珍惜這個時間窗口，希望中國的汽車半導體產業界和媒體界能一起促進產業的發展。不要去做‘聞雞起舞’的亂世英雄，一竿而起，不管最后的產業結果，最后一地雞毛。大家不要一哄而上，汽車半導體是人命關天的事，要非常理智地去看待。”
基于IP和生態原因，DSP領域大多數是被國際廠商占據，為填補空白，國內近些年也出現了一批數字信號處理器芯片廠商。中科昊芯2019年1月成立，主要從事數字信號處理器DSP（基于RISC-V處理器內核）芯片的研發設計，目前已推出工業控制微處理器Haawking-HX2000系列中兩個典型系列產品。
中科昊芯今年量產了業界首款基于RISC-V的DSP芯片，隨著RISC-V指令集帶來的機會，較好地解決了知識產權問題。中科昊芯聯合創始人&副總經理吳軍寧透露，相比較國際友商DSP產品，中科昊芯的RISC-V DSP芯片在領域核心算法的能效比方面最高可以提升約一倍。在現場Demo演示中，對比國際友商DSP產品，中科昊芯方案實際展示效果也是更好。
RISC-V現在最火，但離成熟量產還有很大距離。關于RISC-V的發展趨勢，彭劍英表示，“相比ARM成立的5-10年，再看RISC-V正式作為商業運轉的前5-10年，RISC-V的發展速度其實是非常快的。目前RISC-V在智能物聯網產品中已經逐漸被采用，要跨過物聯網或通用產品，往更多高端專用產品發展，則需要一些標志性的事件，讓RISC-V跨入到一個成熟的發展期。”
