集成电路产业是国民经济中基础性、关键性和战略性的产业，被誉为“工业粮食”。对于5G、人工智能、物联网、自动驾驶等创新应用，集成电路都是必不可少的基础。在国家产业政策的大力支持下，最近几年，国内集成电路产业取得了长足的进步。但是在高端产品，尤其是CPU、FPGA、存储器等对电子信息产业发展至关重要的产品上与国际领先水平仍存较大差据，中兴、华为、晋华之殇，使中美贸易摩擦因“芯片”再度升级，也反过来激起了“中国芯”的昂扬斗志。
“中国半导体产业发展经历了反向设计（抄）到正向设计的孵化阶段，廉价替代到利用低成本优势的学习阶段，进入到如今提高附加值的成长阶段，结合贴近市场、自主创新产生价值的优势，未来有望走进引领市场的成熟阶段。”华登国际合伙人金伟华指出。
如何改善我国集成电路产业缺“芯”少“魂”的局面？来自以下几个集成电路热点核心领域的讨论，或许可以给我们一些启示。
作为集成电路的基石，国产EDA如何自主创新？
集成电路是工业粮食，是信息革命核心技术和主要推动力，而EDA与装备、材料一起构成集成电路产业发展的三大战略支撑基础，直接影响芯片性能、质量、生产效率和成本。可以说，没有EDA就没有集成电路产业发展。由于我国长期以进口举措发展IC业，EDA已成为“卡脖子”问题，随时存在断供危险。
全球EDA行业呈现出来寡头垄断的格局。Synopsys、Cadence、Mentor三大巨头占据全球80%的市场份额，拥有完整的、有总体优势的全流程产品，在部分领域有绝对优势，营收总额超过10亿美元。第二梯队的ANSYS、SILVACO、PDF等拥有特定领域全流程，在局部领域技术领先，这部分EDA厂商约占去阿牛市场15%份额，营收规模在2000万美元至2亿美元之间。第三梯队则是50家左右以点工具为主的的厂商，营收小于2000万美元。
再来看国内EDA产业格局，以华大九天为领头羊，初步具备较完善的模拟设计全流程系统工具、数字后端分析优化系统工具、生产制造点工具、平板显示设计全流程工具等。其余厂商则分别以某个单点工具为主。“华大九天将自己放在了第二梯队，但自身以及整个国产EDA行业还存在很大差距。”北京华大九天软件有限公司副总经理栾昌海指出，“首先是缺乏全流程EDA平台。在集成电路领域，EDA工具多达数十种，国内EDA工具能提供的只有一半左右。尤其是在数字设计关键领域缺失关键软件，导致无法形成完整的数字全流程EDA解决方案。其次，缺乏对先进工艺的全面支撑。国产额达工具对先进工艺的的支撑，还存在较大差距，无法全面满足先进工艺下的芯片设计需求。最后，缺乏对制造、封测的全面支撑，目前制造、封测领域的国产EDA工具较少，缺乏Foundry、封测厂商的有力支撑。”
进入到5G时代，对终端芯片提出了严苛要求，集成度预计高达百亿晶体管级别，版图数据大小超过1TB量级，必须使用先进的纳米级工艺节点进行设计。此外物联网芯片集成度大大提高。复杂性额随之大幅提升，时序问题变得令人无法容忍，对设计工具的时序优化和时序签核等方面要求更高。在汽车和工业控制芯片领域则对可靠性要求极高，要求设计工具更严谨的建库、建模和仿真。这些都是新时代、新应用对EDA工具提出的挑战。
“然而EDA产业技术壁垒极高，属于典型的投资周期长、见效慢的基础性产业，需要建立产业生态圈，得到产业链上下游的全力支持，同时对人才的依赖性高。中国从事EDA研发的人才有2000多人，但其中从事国产EDA研发的只有500多人。”栾昌海表示，“中国所有EDA公司中，员工超过100人的只有华大九天一家。为了支持华为，今年新招了30%~40%的人才，目前华大九天团队有400多人，接下来还要继续扩招，但是EDA人才是真的难找。”
自1988年中国启动国产EDA工具“熊猫系统”开发工作以来，在较长一段时间内没有获得国家的重视，直到近两年，几家国产EDA公司获得大基金、投资机构等资本市场认可，才重又回到国家和市场关注的焦点上来。“事实上，EDA公司之间的并购整合是产业发展的重要手段。如果国内EDA厂商形成合力，产品也是能覆盖大部分设计流程的。只有支持信任国产工具，国产EDA工具才能变得更好，因此希望产业链能够寄予更多机会。”栾昌海表示。
国产FPGA厂商“破局之路”
2018年，全球FPGA市场规模已达63亿美元，预计2025年可达到125亿美元。然而，与广阔市场形成鲜明对比的是，FPGA是一个高度集中的行业。从2018年全球市场来看，Xilinx占比为49%，Intel（Altera）占比为32%，Lattice 与Microsemi（Actel）分别占据了全球市场的6%。而国产FPGA仅占据全球市场2%的份额，其中应用最为广泛的是通信行业。在高集中度的市场中寻求突围是一件困难的事情，这也愈加凸显国产FPGA厂商“破局之路”的重要性。
中国FPGA发展从1990年学术界率先开始，产业界则从2012年左右才开始，包括上海安路、紫光同创、广东高云、西安智多晶、京微齐力（原京微雅格团队）等企业。产品主要应用在通信、工业、数据中心、消费电子等领域，在汽车电子领域还是空白。2%的市场是怎么来的？上海安路科技副总经理黄志军指出，这是得益于2017年开始的国产化热潮，通信行业刚需加速了国产化整体进程，以低价替换的策略在消费电子的手机维修屏市场、工控的传统显示控制卡市场等领域取得一定份额。“但是行业内一直以来的‘低价’竞争并不是良性可持续的，‘最优性价比’的口号往往是低价、廉价的美化用语，要真正打入国际市场，仅靠低价替代并不是一个一劳永逸的方案。不管是消费电子，还是工控产品，都需要应对客户需求，提高性能，提供帮助客户实现创新的差异化产品才是我们的目标。”他强调。
在技术方面，不论是制造工艺、容量规模、硬件架构或是软件能力、产品阵容和应用市场，国产FPGA与国际主流都存在一定差距。就拿业内最领先的赛灵思对比来看，在制造工艺方面，国产厂商目前达到28nm，但赛灵思已达7nm；硬件架构方面，赛灵思已经推出ACAP异构NOC，而国产厂商仍然是传统FPGA阵列架构+单核CPU；在软件能力方面，国内目前只有两家具有商用软件全流程技术、其他都需要外购逻辑综合工具，而赛灵思的vivado软件是工业界最高水平；在产品丰富度方面，国产厂商基本都只有3个系列10余款芯片，而赛灵思已经发展到第10代，拥有30个系列、数百款芯片；在应用领域，国产厂商仅进入通信设备、工业控制、消费电子的部分领域，而赛灵思已经实现大部分领域通用。
在高云研发副总裁王添平看来，国内FPGA厂商开发的产品集中在低密度或中密度领域，出货集中在中低密度，相互竞争激烈，但对国外产品有一定压力。部分芯片性能接近或部分超出国外同类产品，单颗芯片出货累计百万、千万，在行业中仍然是屈指可数，量产良率、可靠性管控随着出货量上升得到了有效提升。排名前几的厂商自主FPGA软件基本可用，但是人才方面，有经验的研发、市场人才缺乏，大多通过挖角或培养。
“器件规模相对偏小，需要先进工艺、循序渐进的经验积累；硬件功耗性能、软件性能又一定差距，需要软硬件不断迭代提升；量产管理、可靠性监控、风险管控等需要在批量出货中逐步提升；现有产品综合优势不明显、价格战激烈；软硬件研发、市场、质量管控人才缺乏且人才分散。”王添平指出，“但是随着越来越多FPGA领域的优秀国际人才进入国产FPGA初创企业，强劲的国产替代需求以及国产芯片接受度大大提高，给国产FPGA产业提供了千载难逢的机遇。切入门槛较低的中低密度市场有利于国产厂商快速立足，而足够大的存量市场，利于初创企业产品的快速迭代和稳定发展，5G、AI、汽车电子等市场的崛起给国产厂商提供了潜在的爆发机会。政策、资本市场的扶持和倾斜，以及芯片制造工艺、封测整体水平的提升，也有助于国产FPGA抓住机遇窗口。”
他建议，鼓励公司创新、国际国内专利申请逐步形成竞争力，提升芯片核心模块、接口IP开发能力，加快应用IP开发。此外他还呼吁规范市场行为，公平竞争，改善恶性竞争，加大新人队伍培养以及公司兼并。
黄志军认为，国产FPGA想要取得成功，需要从突破质量瓶颈与技术瓶颈两方面入手，以“质量第一”为目标，当中国FPGA产业进入“质量取胜”的时代时，胜利也就来了。“技术方面，工艺要逐步从28nm推进到16nm，并进一步朝国际水平7nm靠拢；规模要逐步从500K发展到1M、2M逻辑单元，利用TSV技术做3D Chip的挑战；架构方面，逐步实现CPU+FPGA+AI等多种架构的整合，以及Fine+Gain计算架构等。”他表示，“质量方面，国产FPGA需要提升可测性设计和可靠性设计、高于国际标准的测试、量产管理等方面，去突破国产的质量瓶颈。总而言之，用技术+产品+管理，才能使中国FPGA产业进入‘质量取胜’的时代。”
存储芯片市场，战略格局以及“小而美”市场都要抓
如同钢铁、石油是工业时代的“粮食”一样，存储芯片是半导体产业发展最重要的“粮食”。在这领域，三星、SK海力士、美光三家制造商总以绝对优势垄断了存储芯片市场。东芯半导体助理总经理陈磊指出，DRAM、NAND、NOR占据了所有存储芯片市场规模的98%以上，存储芯片市场高度垄断，主要参与者是韩国和欧美企业。“我国在存储芯片上的进口总额高达880亿美元，对外依赖度超过90%，DRAM、NAND自给率几乎为零。”他表示，“目前国产厂商在存储市场上话语声并不大，但却有一定要有发展存储芯片的决心。”
发展国产存储器早早地就成为了国人的共识，目前我国逐步形成了紫光集团与武汉、南京及成都合作展开的NAND与DRAM项目（长江存储），兆易创新与合肥合作的DRAM项目(合肥长鑫)，联电与福建省合作的DRAM项目(福建晋华)三大存储项目。
存储芯片虽在半导体产业中属于基石般的存在，但其本身产业体系同样庞大。DRAM内存这样的主流消费市场虽然庞大，但前行阻力与压力也极大，通过细分市场切入，实现研发、生产的积淀后再弯道超车成为不少国产存储芯片企业的选择，例如东芯半导体就将目标瞄准了中小容量存储芯片市场。
新一代万亿蓝海物联网设备需要大量的数据存储和传输，中小容量存储芯片将更合适物联网发展的需要。“目前全球NAND闪存行业正处在2D到3D的过渡期，几大巨头都将重点放在了3D的比拼上，未来没有计划增加2D的产能，并有可能进一步降低2D的生产比重。也就是说，存储巨头将逐步放弃中小容量存储芯片市场。”陈磊表示，“中小容量存储芯片市场规模预计将保持在120亿至200亿美元规模，其中低容量NAND约为60亿至100亿美元，NOR约30亿美元，低容量DRAM约70亿美元。物联网和智能终端的快速发展将不断扩大对中小容量存储芯片的需求。行业格局的演变，为东芯这样专注中小容量存储芯片的半导体公司创造了历史性的发展机遇。”
对人才的需求也是存储芯片市场的一大挑战。陈磊指出，存储芯片对设计能力和制造工艺都提出了极高的需求，是人才、资金、技术高度密集的行业，进入门槛高，因此有相关经验的人才比较少，导致整个存储产业上下游都面临着人才匮乏的窘境。
RISC-V，中国芯实现弯道超车的历史机遇？
RISC-V的发展时间不长，但可以用“百舸争流”来形容。据统计，中国有300家以上单位正在关注RISC-V或以RISC-V指令集进行开发，已有10余家单位加入了RISC-V基金会。“在RISC-V开源架构下，没有了知识产权的制约，谁都可以做芯片，中国企业有机会依托RISC-V获得更多创新。” 对于RISC-V的未来，中国开放指令生态系统（RISC-V）联盟理事长、中国工程院院士倪光南如是认为。
RISC-V在中国蓬勃发展的背后，是以往x86的知识产权被英特尔和AMD所垄断，而Arm的授权费又十分昂贵，中美关系紧张的时候还会被卡脖子。这是由于IP市场持续增长并影响着整个集成电路大产业。
“研究机构数据显示，2018年IP市场规模约为49亿美元，2024年预计将达到65亿美元年，并影响着数千亿美元规模的集成电路产业。其中处理器IP占整个IP市场规模约40.6%，如果算上GPU和DSP则超过50%，是整个IP产业的半边天，其他主要IP类型包括接口和存储。”芯来科技创始人兼CEO胡振波指出，“但是国产IP长期得不到重视成为中国芯最薄弱的环节之一。”
胡振波表示，国内IP市场约为6亿美元，但Arm、Cadence、Synopsys等国际巨头占据了超过2/3的市场，国产IP市场份额所剩无几，包括占了IP半边天的处理器领域，国产率几乎为零。“究其原因，虽然IP行业资金投入需求并不高，但技术壁垒高、回报周期长、处于行业最上游而远离大众视野，所以长久得不到资本和政策的重视，于是IP成了中国芯最薄弱的环节之一。”
由于处理器在IP产业份额比重超过半数，那么，能否通过把握RISC-V契机，以点带面重塑国产IP产业呢？
在胡振波看来是非常有希望的。AIoT的丰富应用场景催生了领域特定架构以及应用定义芯片，基于领域的架构设计理念逐渐成为趋势，越来越多的互联网公司和系统公司开始根据客户需求定义自己的芯片。因此，面向领域特定架构以及定义芯片的核心就是软硬件协同开发，指令集架构作为软硬件的接口其开放性和灵活性成为了成功的关键，RISC-V开放指令集架构可以说适逢其会。
“在过去，国产处理器的指令集架构由于小众而难以形成繁荣的产业生态，RISC-V的特性在短时间内吸引了大量企业、学校和个体主导参与，生态发展速度惊人，解决了生态建设中的最核心问题。”胡振波表示，“RISC-V在创新性、成本和话语权等方面的优势，是中国集成电路产业实现超越的机会，应该抓住。”（校对/ Jurnan ）
