隨著大數(shù)據(jù)AI處理和智能交互需求的提升，部分設(shè)備智能化升級(jí)過(guò)程中，原MCU方案將被SoC代替，或者SoC與MCU配合使用，其中SoC運(yùn)算處理數(shù)據(jù)，MCU負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)與簡(jiǎn)單控制。

市場(chǎng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)：2017年全球SoC市場(chǎng)規(guī)模為1318.3億美元，預(yù)計(jì)2023年增長(zhǎng)到2072.1億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為8.3%。

什么是SoC

SoC（Systemon Chip）即片上系統(tǒng)，是智能設(shè)備的大腦，是將系統(tǒng)關(guān)鍵部件集成在一塊芯片上，可以實(shí)現(xiàn)完整系統(tǒng)功能的芯片電路?？删哂蠱PU、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和/或圖形處理單元(GPU)的組合，用于執(zhí)行快速算法計(jì)算，以及用于驅(qū)動(dòng)顯示器和HDMI或其他音頻/視頻輸入/輸出技術(shù)。

20世紀(jì)90年代后期，隨著半導(dǎo)體加工技術(shù)跨入深亞微米時(shí)代，可提供晶體管門(mén)電路在百萬(wàn)以上的設(shè)計(jì)和加工能力，使SOC的概念有了實(shí)現(xiàn)的可能。

作為ASIC (Application Specific IC) 設(shè)計(jì)方法學(xué)中的新技術(shù)，SOC始于20世紀(jì)90年代中期。

1994年Motorola公司發(fā)布的FlexCore系統(tǒng)(用來(lái)制作基于68000和PowerPC的定制微處理器)和1995年LSI Logic公司為SONY公司設(shè)計(jì)的SOC，是基于IP(Intellectual Property)核完成SOC設(shè)計(jì)的最早報(bào)道。由于SOC可以充分利用已有的設(shè)計(jì)積累，顯著地提高ASIC的設(shè)計(jì)能力，因此發(fā)展非常迅速。

相較于獨(dú)立器件，SoC在性能、成本、功耗、可靠性以及生命周期與適用范圍各方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。

▲ Raspberry Pi 4 Model B

▲ AMD Am286ZX/LX, SoC 基于 Intel 80286

進(jìn)入21世紀(jì)，標(biāo)志著ASIC設(shè)計(jì)時(shí)代結(jié)束，嶄新的SOC時(shí)代的到來(lái)。

為了適應(yīng)科技發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者不斷尋求更短的上市時(shí)間，更高的性能和更低的成本，所有這些都是推動(dòng)SOC需求的主要因素。世界SOC市場(chǎng)1998年只有57億美元，而到2003年已經(jīng)達(dá)到了265億美元，市場(chǎng)保持36％的年增長(zhǎng)率。

作為IC設(shè)計(jì)技術(shù)和未來(lái)市場(chǎng)的走向，SOC也逐漸受到了國(guó)內(nèi)IC行業(yè)的重視。SoC的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)將是SoC、MEMS和SiP這三者技術(shù)融合。

國(guó)內(nèi)SoC公司以及和國(guó)際對(duì)比

正如大家所見(jiàn)，芯片是世界上最難掌握的核心技術(shù)之一，也是衡量一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。雖然我們知道，芯片其實(shí)就是沙子做成的。但我們更應(yīng)該知道，從一顆沙子到一顆芯片，經(jīng)歷的每一個(gè)步驟都非常不易。

從整體上來(lái)說(shuō)，芯片的研發(fā)和制造包括IC設(shè)計(jì)、IC制造和IC封測(cè)三大環(huán)節(jié)。這三個(gè)大環(huán)節(jié)里面，又包括了很多小環(huán)節(jié)。例如，像硅片制造，就包括了100多道工序。

▲ 芯片制造的大致流程

芯片行業(yè)的企業(yè)分為兩種模式，分別是IDM模式和Fabless模式。IDM模式，就是芯片的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、封裝和檢測(cè)都是自己做。Fabless模式，就是無(wú)晶圓廠(chǎng)的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，專(zhuān)注于芯片的設(shè)計(jì)研發(fā)和銷(xiāo)售。而實(shí)物產(chǎn)品的晶圓制造、封裝測(cè)試等環(huán)節(jié)，外包給代工廠(chǎng)（稱(chēng)為Foundry）完成。放眼全球，只有英特爾、三星、TI（德州儀器）等極少數(shù)幾家企業(yè)能夠獨(dú)立完成設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)所有工序。大部分芯片企業(yè)，選擇的是當(dāng)一個(gè)Fabless，也就是專(zhuān)門(mén)從事芯片設(shè)計(jì)。例如華為、MediaTek、高通，都是Fabless。而負(fù)責(zé)代工生產(chǎn)的Foundry，主要有TSMC（臺(tái)積電）、格羅方德、聯(lián)華電子等企業(yè)。

中國(guó)目前沒(méi)有IDM模式的企業(yè)，我們主要走的是Fabless模式。也就是說(shuō)，我們有很多的Fabless（芯片設(shè)計(jì)企業(yè)），也有很多的Foundry（晶圓制造企業(yè)、封裝測(cè)試企業(yè)）。這些企業(yè)很多都在全球排名前列。

就拿現(xiàn)在最火的5G終端芯片來(lái)說(shuō)吧。全球有能力推出產(chǎn)品的，一共只有5家企業(yè)，其中有3家是中國(guó)的，分別是華為海思、MediaTek和紫光展銳（三家都是Fabless）。另外2家是高通和三星。

世界上最厲害的幾家Foundry代工廠(chǎng)中，臺(tái)積電和聯(lián)華電子就是中國(guó)的。中國(guó)大陸的中芯國(guó)際，也有一定的實(shí)力。據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備材料產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SEMI）公布的數(shù)據(jù)顯示，到2020年，全球?qū)⑿陆?2座晶圓廠(chǎng)，其中26座將落戶(hù)中國(guó)，占比高達(dá)42%。

不過(guò)我們還是應(yīng)該清楚認(rèn)識(shí)到我們和國(guó)外半導(dǎo)體名企之間的差距。根據(jù)知名咨詢(xún)機(jī)構(gòu)Gartner發(fā)布的2018年全球半導(dǎo)體營(yíng)收25強(qiáng)榜單（不包括Foundry），只有MediaTek和華為海思名列其中。

眾所周知，芯片產(chǎn)業(yè)一直以來(lái)都遵循著摩爾定律的節(jié)奏快速發(fā)展，工藝制程從微米到納米，再?gòu)?0納米、65納米一直發(fā)展到現(xiàn)在的10納米、7納米、5納米。對(duì)芯片企業(yè)來(lái)說(shuō)，不管是Foundry還是Fabless，從來(lái)都沒(méi)有停下來(lái)歇口氣的機(jī)會(huì)。

曾經(jīng)有人總結(jié)了做芯片的四大成功要素，相信很多人也都聽(tīng)說(shuō)過(guò)，那就是——砸錢(qián)、砸人、砸時(shí)間，看運(yùn)氣。

2018年芯片禁運(yùn)事件爆發(fā)之后，很多公司動(dòng)輒信誓旦旦地說(shuō)自己要拿幾十億搞芯片，好像很有魄力很有決心的樣子。其實(shí)別說(shuō)幾十億，就算幾百億，對(duì)芯片產(chǎn)業(yè)投資來(lái)說(shuō)，也并不算多。目前隨便一款28nm芯片的研發(fā)設(shè)計(jì)，都是好幾億起步。就像華為的麒麟980，研發(fā)費(fèi)用就達(dá)到了3億美元。一條28nm工藝集成電路生產(chǎn)線(xiàn)的投資額就更驚人了，約50億美元。

再舉個(gè)例子，1997年成立的MediaTek，一直都從事芯片的研發(fā)。近三年來(lái)，每年的研發(fā)投入都在550億新臺(tái)幣（約125億人民幣）以上。過(guò)去的16年里，研發(fā)投入達(dá)150億美元以上。尤其是這兩年，因?yàn)榧哟罅?G方面的研究，MediaTek的研發(fā)費(fèi)用占總營(yíng)收比重達(dá)到了驚人的24%。

▲ 數(shù)據(jù)來(lái)自企業(yè)歷年財(cái)報(bào)

搞芯片，還離不開(kāi)大量的芯片技術(shù)人才，這也不是簡(jiǎn)單花錢(qián)就能很快“買(mǎi)”來(lái)的。根據(jù)《中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)人才白皮書(shū)（2017-2018）》顯示，到2020年前后，我國(guó)集成電路行業(yè)人才需求規(guī)模約72萬(wàn)人，現(xiàn)有人才存量只有40萬(wàn)，缺口將達(dá)32萬(wàn)。

如果想要研發(fā)人才，企業(yè)必須認(rèn)真做好選拔、培養(yǎng)和磨合，努力建設(shè)完善人才梯隊(duì)。目前芯片企業(yè)在這方面都投入巨大，聯(lián)發(fā)科技16000名員工中，有9000人是研發(fā)，由此可見(jiàn)芯片產(chǎn)業(yè)對(duì)人才的重度依賴(lài)。

搞芯片就是逆水行舟，不進(jìn)則退。企業(yè)需要不停地投入資源，不斷更新?lián)Q代，才能避免自己在激烈的追逐中落后。如果落后，就意味著淘汰出局。

發(fā)展如何

隨著AI和IoT的發(fā)展與融合，MCU的設(shè)計(jì)也更加復(fù)雜，逐漸從傳統(tǒng)單一功能的微控制器轉(zhuǎn)向集成更多功能特性、計(jì)算性能更強(qiáng)的系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）。

因?yàn)槟壳皣?guó)家非常重視國(guó)產(chǎn)MCU的發(fā)展，出臺(tái)了許多對(duì)行業(yè)有力的政策，而且由于目前行業(yè)人才空缺巨大，很多地方都出現(xiàn)無(wú)人可用的情況，更多公司都愿意給出更高的薪酬來(lái)吸引人才。行業(yè)內(nèi)SoC設(shè)計(jì)工程師平均月薪為31.5k，30k-50k占比為60.1%。部分公司甚至提出60k-90k的高薪。

但時(shí)來(lái)易失，赴機(jī)在速。

大家對(duì)SoC/MCU設(shè)計(jì)領(lǐng)域感興趣，想要進(jìn)入這個(gè)行業(yè)話(huà)就要快點(diǎn)抓住現(xiàn)在這個(gè)機(jī)會(huì)了哦。別著急，這邊為你們了解到一門(mén)來(lái)自移知教育的高品質(zhì)的在線(xiàn)課程《SoC設(shè)計(jì)入門(mén)——Arm Cortex-M3 MCU實(shí)戰(zhàn)》，感興趣的同學(xué)快快了解一下吧。

SoC芯片無(wú)處不在，小到家電控制的MCU，大到手機(jī)芯片，我們都會(huì)接觸到。如今大部分芯片設(shè)計(jì)公司都在開(kāi)發(fā)SoC芯片，因此掌握SoC設(shè)計(jì)技術(shù)是芯片前端工程師的一個(gè)必備技能。