2021年，美國，韓國、日本、歐盟等已經(jīng)陸續(xù)提出“芯片自主”規(guī)劃，均在計劃加大投資，想要實現(xiàn)本國半導體或者本地區(qū)的獨立自主能力。聚焦國內(nèi)，芯片產(chǎn)業(yè)長期處于科技行業(yè)的短板，這使得包括華為在內(nèi)的國內(nèi)智能設備制造商始終受制于人。

疫情常態(tài)化下，國際經(jīng)濟競爭環(huán)境和態(tài)勢快速變化，芯片產(chǎn)業(yè)中核心技術的自主可控，逐漸成為各國在新時期弱化外部供應依賴，穩(wěn)定內(nèi)部經(jīng)濟市場，持續(xù)發(fā)展民生、增強國力的關鍵因素。隨著萬物互聯(lián)時代開啟，多樣化的芯片需求驅(qū)動產(chǎn)業(yè)鏈加速發(fā)展，國產(chǎn)芯片如何把握機遇盡快實現(xiàn)自主可控?

一、小芯片背后的大產(chǎn)業(yè)

1987年，臺積電開創(chuàng)了晶圓代工(Foundry)模式，大批的中小微芯片設計公司(Fabless)應運而生，全球半導體業(yè)進入紅海競爭。2000年開始在政策的支持下，我國芯片設計企業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)，并迅速崛起。在2021年ICCAD上，魏少軍博士在主旨報告《實干推動設計業(yè)不斷進步》中指出，經(jīng)中半?yún)f(xié)統(tǒng)計，國內(nèi)集成電路設計業(yè)2021年銷售預計為4586.9億元，比2020年的3819.4億元增長20.1%，增速比上年的23.8%降低了3.7個百分點，按照美元與人民幣1:6.5的平均兌換率，全年銷售約為705.7億美元，預計占全球集成電路產(chǎn)品銷售收入的比例會有所提升。隨著先進工藝節(jié)點不斷演進，芯片的線寬不斷縮小，單顆芯片上可容納的晶體管數(shù)量也快速增加，單位面積性能得以相應提升，促使晶體管的單位成本快速下降。然而，芯片規(guī)模呈指數(shù)性增加、芯片復雜度不斷增大，提升了芯片的設計成本和設計風險，特別是中小微芯片企業(yè)獨立完成一款復雜芯片的難度隨之加大。對于本土IC企業(yè)而言，有一件“令人羨慕的事”，那就是在中國乃至亞洲有較多優(yōu)秀的Foundry廠商，設計相關從業(yè)人員能夠更方便地與Foundry廠進行溝通，如此可大大提高效率。Foundry廠商如何幫助IC企業(yè)化繁為簡，且縮短開發(fā)周期成為設計企業(yè)的重要考量。芯師爺了解到，眾多IC設計企業(yè)會參考Foundry的方案，且關心Foundry可以提供哪些IP方案。一個芯片制造企業(yè)所擁有的IP核數(shù)量和質(zhì)量已成為其市場競爭力的核心。對此，F(xiàn)oundry企業(yè)把帶有IP的方案推薦給客戶，為客戶縮短了開發(fā)時間，能更有效地獲得客戶。這也成為Foundry與IP企業(yè)之間互惠互利的模式，因此Foundry把IP廠商視作他們最重要的生態(tài)伙伴之一。同時，IC企業(yè)也更愿意選擇成熟可靠的IP方案實現(xiàn)某項功能，可以降低風險和成本，并快速將芯片推向市場。得益于IP開發(fā)和IP復用技術，IC設計企業(yè)根據(jù)市場需要，及時開發(fā)出各種功能的系統(tǒng)級芯片(SoC)、人工智能(AI)芯片、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)芯片等,進而推動了國內(nèi)IC設計業(yè)的高速發(fā)展，帶動了我國新一代信息技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

二、自主的關鍵：所有IP全國產(chǎn)化

半導體IP無處不在，它就好比建筑行業(yè)的預制件。根據(jù)美國電子行業(yè)戰(zhàn)略咨詢公司IBS報告，以28nm工藝節(jié)點為例，單顆芯片中可集成的IP數(shù)量為87個，5nm工藝中單顆芯片可集成的IP數(shù)量將超過200個。IBS曾預計，全球半導體IP市場將從2018年的46億美元增至2027年的101億美元，增長率高達120%，年均復合增速9.13%。

當前，在全球范圍內(nèi)使用最廣泛的IP內(nèi)核來自Arm、Synopsys、Imagination以及Cadence等海外企業(yè)。據(jù)行業(yè)機構IP Nest的數(shù)據(jù)顯示，作為龍頭的Arm在2020年獲得了超40%的市場份額。海外企業(yè)先發(fā)優(yōu)勢明顯，在IP市場積累多年，體量大且布局全面，擁有品牌知名度及信任度，給進軍這一領域的后來者造成了很大壓力。顯然，IP仍然是一個被海外廠商高度壟斷的市場，國內(nèi)IP企業(yè)市場份額相對較低且自給率低。本土IP廠商實現(xiàn)國產(chǎn)替代的道路并非坦途，特別是在先進工藝領域，國產(chǎn)IP尚存差距。要實現(xiàn)芯片產(chǎn)業(yè)自主可控，提升IP設計行業(yè)的整體水準、孵化本土IP領先企業(yè)勢在必行。不過，半導體產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化具有較大空間，ICCAD數(shù)據(jù)顯示，預計2027年我國半導體市場自給率有望達到31.2%。自2016年以來，我國芯片設計相關企業(yè)的數(shù)量不斷攀升。根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，截至2020年底，我國共計2218家芯片設計企業(yè)，同比增長24.6%。源源不斷的芯片設計項目給國產(chǎn)IP廠商帶來龐大的市場需求。

三、存儲IP：本土廠商差異化的突破點

中國這幾年在半導體IP領域逐漸崛起，一些有特色的IP公司，比如芯原、芯動、納能等公司進入大家的視野。這些公司圍繞接口類IP、圖形/圖像處理IP重點布局，也實現(xiàn)了一些突破。在全球前十大IP供應商中，有兩家公司是以嵌入式非揮發(fā)性存儲IP為主營業(yè)務的，分別是美國的SST以及中國臺灣的力旺，這兩家公司業(yè)務發(fā)展穩(wěn)定，長期占據(jù)前十大的兩席;而中國大陸的存儲IP供應商里，有一家公司，銳成芯微，在嵌入式非揮發(fā)存儲領域耕耘多年，已為國內(nèi)設計公司提供多種成熟、可靠、有競爭力的方案。嵌入式非揮發(fā)存儲IP是非常細分的一個領域?！胺菗]發(fā)存儲”，意思是其保存的數(shù)據(jù)，在外部斷電后仍然保持很長時間;嵌入式，則意味著存儲模塊和其他功能模塊，比如模擬、數(shù)字、控制等在同一顆芯片中。相對于片外的存儲器，片內(nèi)嵌入式存儲具有更寬的總線、更快的讀取/寫入速度、更強的安全性。這些嵌入式非易失性存儲器IP，一般會用來存儲重要的數(shù)據(jù)和程序，比如出廠ID信息、校準的系數(shù)、協(xié)議、算法、上電時序等。針對不同的產(chǎn)品需求和應用場景，銳成芯微開發(fā)了多種嵌入式非揮發(fā)存儲IP。對于需要多次重復擦除/寫入，存儲容量中等的產(chǎn)品，銳成芯微推出了LogicFlash® MTP IP。該技術平臺工藝兼容性強，開發(fā)時不需要額外光罩，同時操作起來類似閃存，能實現(xiàn)1千次到1萬次的擦除/寫入操作，非常適合電源管理芯片，無線充/快充類芯片等產(chǎn)品應用。對于既需要多次重復擦除/寫入，存儲容量又比較大的產(chǎn)品(比如大于128Kbyte)，銳成芯微推出了LogicFlash Pro® eFlash IP。該技術通過增加3～4張額外光罩，將MTP存儲單元面積減小70%，并將重復擦除/寫入的能力提高10倍，適用于復雜的電機驅(qū)動+MCU的SoC芯片或BMS的控制芯片。對于不需要重復擦除/寫入，只需要保證寫入的數(shù)據(jù)能夠長久保存的場景，銳成芯微推出了LogicFuse® OTP IP。該技術在不增加額外光罩的前提下，可以將MTP存儲單元面積減小30%以上，適用于功能簡化、成本要求高的產(chǎn)品，比如面板驅(qū)動類芯片等。銳成芯微的嵌入式非揮發(fā)存儲IP，經(jīng)過十多年的技術積累和迭代，已得到國內(nèi)外芯片設計公司的認可。銳成芯微通過差異化路線，幫助芯片廠商加速產(chǎn)品上市時間，迅速占領市場，得益于其在性能、良率、可靠性以及出貨量方面表現(xiàn)突出，已廣泛應用于消費類、通信類，以及工控和汽車電子等領域。

四、寫在最后

“中國芯”正處于轉(zhuǎn)折前夜，世上沒有速效救“芯”丸，夯實內(nèi)功是目前的重中之重。IC企業(yè)的崛起將為全產(chǎn)業(yè)鏈帶來海量的國產(chǎn)化需求，以IP為核心的自主研發(fā)成為關鍵因素。

國產(chǎn)替代愈加迫在眉睫，快速破局的方式在不斷打磨，以IP為出發(fā)點充分發(fā)揮本地優(yōu)勢，加強關鍵核心技術和重大短板的攻關，以銳成芯微為代表的IP供應商也將推動本土化浪潮向前邁進。