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中国半导体上游产业链八面观

IC设计业的发展离不开其上游生态链的支持。EETimes-China、EDN-China和ESM-China在现场采访了覆盖EDA/IP、Foundry、以及设计服务的多位高层,全面解读和总结为中国Fabless公司提供服务的上游产业链的最新动态……

ICCAD 2019年会堪称中国半导体产业链的同行大聚会,吸引了来自全国各地及海外近3000位半导体行业专业人士参与。yAiesmc

中国IC设计业的各项指标将再创历史新高。在中国半导体行业协会IC设计分会理事长魏少军教授分享的年度总结报告中,中国IC设计公司的数量已达到1780家,2019年销售额预计为3084.9亿元人民币,并预计在全球IC产品销售额中首次突破10%。yAiesmc

IC设计业的发展离不开其上游生态链的支持。EETimes-China、EDN-China和ESM-China在现场采访了覆盖EDA/IP、Foundry、以及设计服务的多位高层,全面解读和总结为中国Fabless公司提供服务的上游产业链的最新动态。yAiesmc

本文覆盖以下8部分内容:yAiesmc

  1. AI和云: EDA业界的两个热词

  2. EDA覆盖从芯片到系统的完整设计流程

  3. 中国本土EDA厂商长足发展

  4. IP:越来越得到中国厂商的重视

  5. Chiplet和Design Lite

  6. 保护知识产权:“宁缺毋滥”还是“宁滥勿缺”?

  7. 晶圆代工:与时共进

  8. 国产替代引发晶圆代工产能吃紧

AI和云: EDA业界的两个热词

AI与EDA工具的结合是最近几年的一个热点,使EDA工具更具备自我学习能力,进而提高效率。yAiesmc

新思科技一直在强调Shift Left的设计理念,让客户将更多精力放在上层的应用软件上。该公司也已经在其EDA工具中增加AI辅助设计,利用其多年积累的数据和设计经验,将硬件抽象和建模,此外,新思还在中国成立了人工智能实验室,以针对国内繁杂的应用场景研究和开发AI算法和软件,更好地协助客户发挥AI的价值。yAiesmc

新思科技中国董事长兼全球资深副总裁兼葛群表示:“AI在EDA工具的应用有更深层次的软件和工程问题。最早的EDA工具并不是基于AI算法或者是做一个基本的数据结构的设计。很多年前,每个EDA工具可能投资十年以上,现在的EDA工具都是十年前设计的,当时并没有考虑到云端和AI,所以真正AI用起来,第一步是你能够接收足够多的数据,并且提取出你要的信息。现在新思在开发新的EDA工具过程中,我们统一了新的数据结构,它能够充分利用未来AI的技术,让EDA每个环节很清楚知道需要什么信息,同时做AI分析之后,帮助早期或者其他环节能够改进参数设定或者工艺流程。”yAiesmc

“以复杂的PLL设计为例,如果做PLL设计仿真需要设上万参数,才能让PLL仿真收敛。如果采用AI,就可以告诉工程师,根据过去的数据和参数是可以收敛的。这就把以前工程师们的积累,传递给新的工程师,做到更快、更好的效果。这就是AI可以给EDA带来的巨大帮助。”葛群继续分享到。yAiesmc

AI在EDA工具上的应用首先体现在后端布局布线和模拟版图设计上。据Cadence南京凯鼎电子副总裁刘矛介绍,从模拟设计来说,在不影响原来设计方法学的基础上,可以很快看到AI给设计带来的提高。对于前端设计,Cadence有一个团队从7、8年前就开始研究AI对前端设计,包括仿真上的帮助。yAiesmc

Mentor, a Siemens Business将AI应用到其自身产品,并整合到西门子的完整虚拟验证和以Digital Twin为基础的工业软件组合里。Walden Rhines博士在其主题演讲中还专门从半导体生态系统和产业投资的角度分析了AI芯片及AI初创企业的兴起,并预测中国在需要庞大数据量采集和挖掘的应用场景会出现全球领先的AI技术和独角兽公司。yAiesmc

工具上云是被EDA业界提及了多年的一个趋势,芯片设计业是否已认同?yAiesmc

Cadence南京凯鼎电子副总裁刘矛表示,大规模并行计算的算法和拓扑结构使得芯片设计的时间和PPA都有了大幅提高。不管是芯片整体设计的周期缩短,还是整体芯片设计性能的提升,云计算已经在芯片设计中发挥了重要作用。yAiesmc

“中国目前的现状是芯片需求巨大,更需完善的EDA工具和IP产品线,以及足够的人才储备。将EDA工具和IP搬到云端,不但可以大大简化设计流程,而且可以降低IP和EDA被盗取的风险。如果设计后端和基础设置都部署在云端,就可以大大解放生产力,缓解IC设计人才短缺问题。” 刘矛表示。按照他的介绍,南京凯鼎电子是Cadence于2017年底在南京成立的一家子公司,是中芯国际14纳米工艺上IP目前唯一供应商,并将于明年2月份,发布其为腾讯公司开发的第一颗人工智能芯片。yAiesmc

摩尔精英CEO张竞扬分享了他的观点:“以前讲云都是云计算的厂家,谈云更多在IT层面,云有多少性能提升,这些对芯片行业有帮助,但是主要的帮助其实并不是来自于从机房到云的提升,而且到了云之后,改变了整个协作模式。过去协作模式是一个公司内部协作,一旦上云之后,是全行业在协作,涉及人员上了两个数量级,这样就会带来效率的提升。这样的云,我们总结了8个字‘各自成云、永不落地’。”[!--empirenews.page--]yAiesmc

而Mentor, a Siemens Business荣誉CEO Walden Rhines博士认为目前影响EDA上云快速推广的一个原因是其隐含成本,共享资源的理念还需要技术实现和市场接受才行。yAiesmc

与此同时,代工企业也在积极上云。以TSMC为例,该公司去年携手云平台服务商和EDA供应商启动了OIP虚拟开发环境(VDE)项目,其中,Cadence云端EDA环境构建在微软Azure云平台上,而新思科技将其云方案搭建在AWS平台上。yAiesmc

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左至右:Mentor, a Siemens Business荣誉CEO Walden Rhines博士、芯原微电子董事长兼总裁戴伟民博士、索喜科技(Socionext)中国事业部总经理刘珲、和舰芯片制造(苏州)公司销售副总经理林伟圣yAiesmc

EDA覆盖从芯片到系统的完整设计流程

EDA不再单单是芯片设计的工具,已经向后延伸到功能模组、PCB板卡和系统整机。yAiesmc

新思科技的解决方案覆盖from Silicon to Software。经过多年的深耕,已经覆盖从芯片到软件的系统化设计工具,为整个产业链提供完整的设计工具和解决方案。新思科技中国董事长兼全球资深副总裁葛群也多次强调,新思不仅关注客户,也关注客户的客户,即帮助其芯片客户应对潜在的应用场景和系统需求。yAiesmc

“新思很早就不再定位为单纯的EDA公司。我们看到传统意义上的芯片公司现在大概三分之一的人在做硬件,三分之二做系统软件,其实我们芯片公司也慢慢转型,不单单提供芯片,还要提供更多解决方案给客户。从更宽泛意义论,我们还是做电子设计自动化,但是提供系统性的解决方案给用户。对客户更重要的是软硬件融合和系统融合,我们要做的工作是定义一个非常好的模型。EDA公司的传统是建模,我们把模型提取出来,看到抽象的信息,可以更高层次的做芯片设计,不像以前需要了解详细参数。”葛群表示。yAiesmc

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左至右:台积电(南京)总经理罗镇球、新思科技中国董事长兼全球资深副总裁兼葛群、锐成芯微(ACTT) CEO向建军、国微集团高级副总裁兼S2C CEO林俊雄yAiesmc

Cadence三年前推出了系统设计的概念,从整个系统考虑,无论是芯片封装还是软件设计,最近又引入了电磁分析和热分析,主要目的是帮助系统公司和芯片设计公司从设计构思之初就把系统设计的每一个方面都考虑进去。通过这些软件导入,在系统公司引入设计流程之后,设计周期相比传统的设计流程减少了30%以上的时间。yAiesmc

三年前西门子宣布收购Mentor,并将其纳入西门子产品生命周期管理(PLM)软件业务,最近更名为西门子数字化工业软件。据Walden Rhines博士称,Mentor, a Siemens Business这两年的业务增长速度十分显著,这要归功于西门子强劲的系统设计客户基础和市场需求。yAiesmc

Silvaco公司CEO Babak Taheri博士在高峰论坛主题演讲中提到从原子到系统的设计理念,更将EDA工具往前延伸到纳米级原子材料属性和能量水平。该公司提出的设计技术协同优化(DTCO)是一种基于软件的半导体工艺节点开发方法,可以衡量和提高技术元素对电路性能的影响。yAiesmc

中国本土EDA厂商长足发展

伴随着中国半导体设计业的快速发展,中国本土EDA厂商在最近几年取得了长足发展。yAiesmc

作为中国EDA业的代表之一,华大九天副总经理董森华称该公司现在已经可以提供模拟设计全流程、数字SoC设计优化解决方案、晶圆制造辅助EDA工具以及平板显示设计全流程,对中国集成电路产业和平板显示产业做出了不小的贡献。十年来,华大九天已经在全球发展了300多家客户。“在EDA市场,光靠国产情怀和便宜的价格是无法参与竞争的,也不可能得到客户的认可,核心和关键还是要技术创新,以客户需求为导向,做有竞争力的、符合市场需求的产品才能得到市场的认可、客户的认同。”董森华认为。华大九天在模拟方面已经拥有自己的全流程产品,现在数字设计方面也开始加强自己的核心技术和产品方案,并正在积极研发和布局更多的核心工具产品。yAiesmc

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左至右:Arm中国产品研发副总裁刘澍、华大九天副总经理董森华、Silvaco全球副总裁及中国区总经理Sharon Fang、Silvaco CEO Babak Raheri、北京芯愿景联合创始人兼董事总经理张军yAiesmc

然而,中国EDA的基础还比较薄弱,发展到今天也只有十几家EDA公司,且规模都较小,这是目前本土EDA产业的现状。yAiesmc

2018年被国微集团收购的S2C是一家专注于FPGA快速原型验证的EDA供应商,S2C CEO林俊雄认为本土小型EDA公司在匹配客户需求和市场动向方面比EDA巨头反应更快,通过技术和市场的差异化可以在中国庞大而快速增长的半导体市场找出独特的发展之路。“本土EDA厂商要通过收购兼并才能快速发展起来,但目前适合兼并的本土EDA公司很少,希望有更多业界人士加入EDA行列,以共同发展和推进中国IC产业发展。”他表示。[!--empirenews.page--]yAiesmc

葛群以新思的发展历史为例,给出了发展中国本土EDA行业的建议。新思成立30多年来,通过自身技术积累和收购90多家EDA和IP相关公司才发展到今天的规模。“这个行业不是赚快钱的行业,需要技术的积累和沉淀,并且要始终专注于自身优势和客户需求的变化而做出适当调整,才能发展壮大,”他强调,“明年是新思科技进入中国的第25年,新思将继续与合作伙伴一起努力,推动中国半导体产业的发展。”yAiesmc

IP:越来越得到中国厂商的重视

中国IC设计厂商的知识产权意识在急剧增强,而且,过去10年来IP细分市场的年复合增长率超过10%,高于全球EDA和半导体业的增长率。yAiesmc

按照IPnest统计,2018年全球IP业务额约36亿美元,其中Arm公司占据了16.1亿美元,可谓半壁江山。yAiesmc

在ICCAD年会上,Arm中国产品研发副总裁刘澍对媒体明确阐述了Arm和Arm中国的立场:Arm架构是当今世界半导体产业最为成熟的、应用最广泛的计算架构,Arm公司一直致力于保持技术的中立性。而作为独立运作的Arm中国的使命不但要将Arm架构及产品和技术顺利引入中国,以满足中国客户的芯片设计需求,同时还要在中国研发具有中国特色的技术和产品。到目前为止,Arm中国已经发布了三款在本土开发的产品,包括周易AI计算平台、星辰处理器IP,以及山海安全方案。其中,山海安全方案就是物联网安全机制PSA的具体实施,而且符合国密算法规范。yAiesmc
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作为一匹黑马,RISC-V不断在释放新的活力。yAiesmc

得益于碎片化的IoT市场千差万别的应用需求,开源而灵活的RISC-V内核IP找到了用武之地。在ICCAD高峰论坛和媒体采访中,SiFive全球CEO Sherwani博士充满激情地为业界同仁描绘了RISC-V生态的美好前景,以及为快速发展的中国半导体行业带来的活力和价值。作为RISC-V开源芯片设计革命的领导者,SiFive特别重视中国市场,因此2018年与中国本土团队合作成立了上海赛昉科技有限公司,以便将SiFive的RISC-V IP产品和技术进行中国本土化的移植。赛昉科技CEO徐滔先生还透露,未来最高端的RISC-V 内核将会在中国的研发中心开发,以满足中国芯片设计市场的强劲需求和高性能要求。yAiesmc

“首先RISC-V ISA在指令集上有根本的优势。Intel x86有4500条指令,Arm有1500条,而RISC-V只有53个指令。RISC-V不仅仅是开源的,同时也是非常简洁的。全球范围的很多大学老师和教授都愿意采纳和教授RISC-V相关教程。“Sherwani博士表示。yAiesmc

赛昉科技总经理徐滔表示赛昉科技是一家独立的公司,立足中国市场,把SiFive技术本土化,推动本土生态发展。“从我的观念来看,RISC-V目前没有遇到太多的阻力,发展非常迅速,远远超出了当时SiFive发明人以及投资人的预期。而且到目前为止还未出现碎片化和专利的问题。对于碎片化,不同的事情可以用不同的方式来解决。SiFive技术特点之一就是可以按照不同的应用,做不同的东西。另外SiFive的另一个优势就是生态。目前来看没有一个力量要把RISC-V碎片化,因为一旦碎片化,反而自身就无法壮大和发展。” 徐滔在回答有关RISC-V专利和碎片化的问题时说到。yAiesmc

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左至右:摩尔精英董事长兼CEO张竞扬、赛昉科技总经理徐滔、SiFive全球CEO Naveed Sherwani博士、Cadence南京凯鼎电子副总裁刘矛yAiesmc

Chiplet和Design Lite

Chiplet(芯粒)类似于IP,但不是以软件形式出现,而是以裸片(die)形式提供。Chiplet可将不同工艺节点、不同材质、不同功能的裸片封装在一起,可以缩短芯片开发周期,降低芯片设计总成本。那么,Chiplet可否在后摩尔时代成为业界通用的IP模式,从而继续提高集成度并降低成本呢?yAiesmc

芯原微电子董事长兼总裁戴伟民博士认为是芯片设计的昂贵和长周期这些问题驱动业界寻求像Chiplet这类新的模式,因为采用Chiplet方式可以复用IP,成本也低。芯原微电子提出了IP as a Chiplet(IaaC)理念,旨在以 Chiplet实现特殊功能IP的“即插即用”,可以将图像处理(ISP)、VIP(NPU)、VPU(视频)和GPU等内核IP以不同工艺节点的 Chiplet实现,然后与CPU和片上缓存互联,最后形成系统级封装(SiP)芯片。yAiesmc

索喜科技(Socionext)中国事业部总经理刘珲从技术属性上给出了解释:数字比模拟信号要跑得快,不同的功能模块采用不同工艺和材料做成裸片,但可以按照Chiplet通用互联标准集成封装起来,从技术可行性和经济性方面都预示着Chiplet是业界可以接受的可行方案。yAiesmc

Chiplet的理念也可映射到设计业的一个趋势:从Fabless到Design Lite。半导体产业在经历了地域变化以及设计和制造分离直至发展到今天,Fabless模式也开始承压,尤其在5G+AI+IoT融合的时代需求下。yAiesmc

除了传统的fabless公司外,整机厂商和互联网公司现在都在尝试做自己的芯片,而以AI芯片为首的芯片设计初创公司也希望低成本、高效率地开发特定领域专用的芯片。像芯原、摩尔精英、索喜科技这类提供芯片设计专业服务的公司已经看到了这样的需求趋势,在设计和服务理念上也在做出相应的改变,从“重设计(Design-heavy)”到“轻设计(Design-lite)”理念浮出水面。[!--empirenews.page--]yAiesmc

“对芯片设计初创企业来说,‘轻设计’是很自然的选择,因为尽量选择芯片设计服务公司提供的标准IP、软件工具和设计服务,可以降低风险和成本,并快速将芯片推向市场。当然,自己核心的技术是不能外包的,否则就失去了市场竞争力。“戴伟民表示,”对于系统厂商和互联网企业,‘重设计’还是‘轻设计’就要慎重选择。这类客户设计芯片不是对外销售,而是满足自己特定的需求,芯片不是其核心业务和技术,很多行业通用的IP、软件和最佳实践没有必要从头再搞。”yAiesmc

保护知识产权:“宁缺毋滥”还是“宁滥勿缺”?

北京芯愿景公司有两块主要业务:设计服务以及知识产权分析服务。yAiesmc

“可能大家对芯愿景公司印象更多的是反向分析。实际上近10年来,公司也同时在开展设计服务工作,现在每年大概有150个设计服务项目。同时,这150款芯片产品并不都是从零开始,更多地是基于自身的核心IP不断演化而来。” 北京芯愿景总经理张军介绍了公司的业务。借助于积累的丰富经验和自主研发的EDA工具,该公司早已进入到设计服务领域,并具有强烈的知识产权保护意识。yAiesmc

按照他的分享,随着集成电路行业在中国的飞速发展,近几年专利侵权和诉讼活动变得活跃起来,对知识产权分析的诉求越来越强烈。yAiesmc

“这两年知识产权诉讼案子确实比原来多很多,其中有如下几个变化:第一:中美贸易战开始之后,美国对中国知识产权提出了很强的要求,其中最重要的诉求点有两个:强制授权以及商业秘密。”针对不断增加的案件,他建议到:“一是招聘员工的时候要做到合法、合规,避免给公司和个人带来不必要的麻烦,二是在产品规划和研发阶段,要做好知识产权检索,不是要‘宁缺毋滥’而是要‘宁滥勿缺’,只有全面调查相关专利尤其是竞争对手的专利,这样在面对纠纷的时候,才不至于因为没有采取预防措施而被动。第二个变化是:近几年布图设计权的侵权诉讼明显增多,预计今年会有20个这类诉讼案件,但是考虑到布图设计相关法律成熟程度较低,可借鉴的典型案例不多,因此设计公司在涉及布图设计侵权时,建议要知法善用、选择合适的鉴定单位,同律师做好充分沟通,避免因法律理解不到位或沟通不充分而造成的误判损失。”yAiesmc

张军还提到,公司应该建立自己的专利战略,把专利的调查、申请、交易和攻防等同公司的市场和竞争结合起来,形成一个完整的知识产权保护战略。“很多国内中小公司缺少专利和法律方面的专业人员,从公司长久发展来看,是非常不利的,一个公司发展到一定规模的时候,束缚公司最终成为行业翘楚的关键通常不是技术本身而是无法逾越知识产权雷区。”yAiesmc

“在设计服务上我们可以最终做到芯片产品,但芯片产权、商标和市场都是属于客户的。现在不少使用芯片的系统公司将业务安全性摆在很重要的位置,愿意更多尝试本土芯片产品,这是国内设计公司的机会。”张军表示。yAiesmc

晶圆代工:与时共进

自从格芯和联电宣布退出7nm工艺开发后,目前全球仍在研发7nm及更小工艺技术的厂商仅剩台积电、英特尔和三星,而且研发5nm/3nm以下工艺技术的难度和成本成倍增加。yAiesmc

除了巨额投资以外,台积电南京公司总经理罗镇球表示,如何运营和处理客户订单难度更大。“在全球经济不稳定和半导体产业变幻不定的大环境下,准确把握市场走势不是简单的科学,而是一门艺术。半年前整个半导体行业弥散着下滑、衰退和不确定的气氛,接单都很困难,但现在已出现产能吃紧的情况。如果一家代工厂现在还说订单难接的话,恐怕经营就比较麻烦了。无论市场和外部环境如何变化,关键是要清楚自己的方向。”他间接表达了代工业目前景气的现状。台积电于2017年在南京投资建厂,2018年11月量产,现在已经实现盈利。yAiesmc

5G时代的来临将带动半导体产业从设计到制造整个产业链的发展。罗镇球表示代工厂早就做好了准备。“5G标准和技术已经发展多年,现在就要进入大规模商用阶段。其实从EDA和IP供应商,到晶圆代工厂,整个产业链上下游都已经准备好,以便为5G手机的爆发和网络系统的全面部署提供充足的产能和产品供应。最先进的7nm 5G手机应用处理器芯片的量产出货是晶圆代工厂商与上游EDA/IP合作伙伴紧密协作的最好例证。”yAiesmc

国产替代引发晶圆代工产能吃紧

下半年出现了晶圆代工产能吃紧的情况,哪些需求在驱动呢?和舰芯片制造(苏州)公司销售副总经理林伟圣给出了答案。yAiesmc

“传统工艺和特殊工艺的产能吃紧,国产替代是最大驱动力。由于中美贸易摩擦,今年上半年半导体前景还十分黯淡,但现在很多应用的需求都变大。”他说到,“由于国产芯片替代的全面启动,模拟IC和电源管理器件的需求明显变强。从具体应用来看,蓝牙TWS需求上升,IoT芯片和OLED驱动器需求也加大,80/55/40nm的产能都开始出现紧缺,估计28产能需求也将在2020年趋热。另外,图像传感器等特殊工艺的可用产能也吃紧。总之,中美贸易议题加速带动国产芯片替代,使得产能趋向饱和。”[!--empirenews.page--]yAiesmc

林伟圣在ICCAD年会的高峰论坛演讲中提到,目前全球电子和半导体产业正在经历巨大变化,从需求面来看,5G、8K和AI等新兴应用正在加速展开,而供给面的产业供应链多个环节也面临全球范围内重组。在供应和需求两方面都快速变化的情势下,Fabless行业面临诸多挑战,但对能够准确把握发展趋势的公司来说也是难得的机会。作为芯片设计公司的合作伙伴,Foundry企业可以从两方面加强对fabless客户的服务支持:首先,持续本地化制造路线,加深与fabless客户运营协作的紧密度;其次,扩大研发投入,除了继续提供经过验证的基础IP、接口IP和其它产品外,还要以丰富的工艺简化客户运营管理流程,提高供应链的弹性,这样可以降低设计公司的研发成本。yAiesmc

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