1965年，中國的第一塊硅基數(shù)字集成電路研制成功。
2019年，中國自研的華為鯤鵬920與華為麒麟正式發(fā)布，達到世界頂尖水平。
中國芯用了54年的時間，從無到有，從弱到強，從迷茫探索到堅定進擊，這一路稱得上是一部磨難史。
而這場磨難，還遠沒有結(jié)束。因為輸在起跑線上的中國，在全球半導(dǎo)體競賽中，依舊落后。
目前中國國內(nèi)的半導(dǎo)體自給率水平非常低，特別是核心芯片極度缺乏，國產(chǎn)占有率都幾乎為零，芯片國產(chǎn)自主化迫在眉睫。
中國在半導(dǎo)體的市場；（來源：波士頓2019年報告）
而西方國家在技術(shù)、設(shè)備、人才等方面的封鎖，更是嚴重阻礙著中國芯的發(fā)展。眼下，跨越前方的大山和大海，成了國產(chǎn)芯片崛起的唯一答案。
第一步：跨越IC設(shè)計
國產(chǎn)IC設(shè)計公司超1700家，華為啟用“備胎計劃”
和美國及其他半導(dǎo)體發(fā)達的國家和地區(qū)相比，中國大陸集成電路產(chǎn)業(yè)仍有很大的差距，除了技術(shù)本身的落后之外，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也不夠合理。國產(chǎn)芯片仍然大量集中在附加值和技術(shù)含量較低的市場，大家一起打價格戰(zhàn)，互相廝殺。過低的利潤難以讓企業(yè)通過健康的研發(fā)投入來提升產(chǎn)品的市場地位，導(dǎo)致惡性循環(huán)。在制造方面也相對分散，不容易聚集財力和人力辦大事。
根據(jù)集邦咨詢旗下拓墣產(chǎn)業(yè)研究院最新統(tǒng)計，2019年全球前三大IC設(shè)計業(yè)者是博通(Broadcom)、高通(Qualcomm)及英偉達(NVIDIA)，均為美系企業(yè)。整體來看，美系企業(yè)主導(dǎo)著全球IC設(shè)計產(chǎn)業(yè)，排名前十的超威(AMD)與賽靈思(Xilinx)也都屬美系。
另外，三家中國臺灣IC設(shè)計企業(yè)聯(lián)發(fā)科(Mediatek)、聯(lián)詠(Novatek)和瑞昱(Realtek)在2019年的表現(xiàn)皆不俗。
回到中國大陸，近幾年，中國芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，目前中國大陸的芯片設(shè)計公司已超過1700多家！設(shè)計從業(yè)人員超16萬。就芯片設(shè)計而言，國產(chǎn)IC設(shè)計企業(yè)已掌握了芯片設(shè)計的核心技術(shù)，漸漸拉近了與外國的距離，甚至開始與國外企業(yè)競爭。
其中華為海思，國內(nèi) IC 設(shè)計企業(yè)毋庸置疑的龍頭，其芯片技術(shù)已經(jīng)可以和高通、蘋果一較高下。盡管華為在2019年五月受到美國實體清單政策沖擊，但對其全年整體表現(xiàn)影響有限，搭載Kirin處理器的智能手機出貨依然強勢，壓縮其他品牌的表現(xiàn)。同時，為免被卡脖子，華為未雨綢繆啟用“備胎計劃”——華為一直在其基站、企業(yè)IT設(shè)備和手機上使用的芯片方面，采取兩條腿走路的策略，即國際合作/外購與自主研發(fā)同時進行。
總體而言，在芯片設(shè)計領(lǐng)域，中國與國外技術(shù)的差距并不算太大。
第二步：跨越晶圓代工
中芯國際采用N+1工藝制造7nm芯片，繞過ASML光刻機壟斷
晶圓代工有著高資本壁壘和技術(shù)壁壘，行業(yè)十多年沒有新的競爭者出現(xiàn)且越來越多現(xiàn)有玩家放棄先進制程追趕。目前，全球晶圓代工老大為臺積電，三星次之，而國內(nèi)最有實力追趕的當數(shù)中芯國際。
1998年，華晶與上華合作生產(chǎn)MOS圓片合約簽定，開始了中國大陸的Foundry時代。
2000年，中芯國際在上海成立，中國大陸的晶圓代工進入加速發(fā)展階段。
2008年，第一批45納米產(chǎn)品成功通過良率測試。
2015年，中芯國際28納米產(chǎn)品實現(xiàn)量產(chǎn)。
2019年，中芯國際開始14nm中端芯片的量產(chǎn)。
如今，全球真正量產(chǎn)的先進制程是7nm，但由于多方阻力，中芯國際沒能從荷蘭引進7nm制造工藝的光刻機，故國產(chǎn)高端芯片代工仍需依賴臺積電。
芯片技術(shù)包括設(shè)計和制造兩個環(huán)節(jié)，在設(shè)計上我國并不落后，但在制造上與國際差距很大，這個差距就是被“光刻機”卡住了脖子。
目前，國際光刻機技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了第五代，高端光刻機全部來自荷蘭ASML公司。荷蘭第五代極深紫外光刻機禁止向我國出口是眾所周知的事實。2018年中芯國際耗資1億歐元訂購的我國唯一一臺第五代極深紫外光刻機，原定于2019年初交付，但至今也沒有到貨。
但近日，中芯國際傳出重大好消息，稱可繞過ASML光刻機，采用N+1工藝制造出接近7nm工藝的芯片，并將于2020年底量產(chǎn)。如果中芯國際能成功量產(chǎn)7nm工藝芯片，無疑將會讓國產(chǎn)芯片掌握越來越多的話語權(quán)。
另據(jù)悉，中國在2008年就已經(jīng)啟動國產(chǎn)化第五代極深紫外光刻機的研制計劃，希望在2030年實現(xiàn)目標。該計劃瞄準的是第五代極深紫外光刻機，但是荷蘭ASML公司目前已經(jīng)啟動了新版本第五代極深紫外光刻機的研制，并計劃于2022年對外供貨。新版本第五代極深紫外光刻機可實現(xiàn)2納米光刻工藝，可制造的芯片密度是舊版本的2倍以上，也就是說我國的第五代極深紫外光刻機還沒有國產(chǎn)化成功，技術(shù)就已經(jīng)落伍了。
但是，針對這一點，國內(nèi)有技術(shù)團隊正在研發(fā)第六代雙光束超分辨光刻機，希望通過解決納米光刻分辨率需要采用短波長紫外光源的關(guān)鍵難題，取得了繞過國際原有紫外光刻技術(shù)路線的突破。
最后，從國產(chǎn)晶圓代工整體來看，根據(jù) gartner 預(yù)測， 2019 年中國大陸晶圓代工市場約 2149 億元， 中國大陸集成電路產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將繼續(xù)由“小設(shè)計-小制造-大封測”向“大設(shè)計-中制造-中封測”轉(zhuǎn)型，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將更趨于合理。
第三步：跨越EDA
加大EDA共性技術(shù)投資，共同打磨“鐵三角”
半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)，除了IC設(shè)計公司和代工廠外，還有EDA軟件也是主要的參與者。最早從加州大學(xué)伯克利分校的實驗室開始起源，EDA多年來與集成電路行業(yè)共同發(fā)展，到今天已經(jīng)涵蓋了設(shè)計、制造和IP核。由于EDA為集成電路行業(yè)提供了方法學(xué)，因此隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，EDA越來越大有用武之地。IC設(shè)計、代工廠和EDA軟件三者之間呈鐵三角關(guān)系，對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)非常關(guān)鍵，如果要想磨合工藝套件，就必須三家一起打磨。
中國有全球頭部的IC設(shè)計公司，中國有全球最多的代工廠，截止到2019年，中國大陸光晶圓廠，就達到86座。同時還有全球最大的半導(dǎo)體消費市場，達到了60%。這樣的一種制造和消費格局，應(yīng)該會誕生相應(yīng)的國產(chǎn)EDA公司，但實質(zhì)上中國EDA行業(yè)已經(jīng)落后得太遠，而當前國內(nèi)的芯片設(shè)計公司和代工廠，給與國產(chǎn)EDA軟件的重視，甚至還不如臺積電。
過去的十年，是中國集成電路產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的十年。與之形成鮮明對照，EDA行業(yè)幾乎顆粒無收，步履蹣跚。除了在少數(shù)領(lǐng)域有廠商在某些產(chǎn)品上做到全球前列，實現(xiàn)自主替代，絕大多數(shù)工具和技術(shù)都是依賴進口。
目前EDA產(chǎn)業(yè)霸主依然是明導(dǎo)、鏗騰、新思這三巨頭。離開了代工廠，還有其他的代工廠可選；而離開了EDA三巨頭，幾乎沒有其他工具可選。
而在近兩年發(fā)生的“中興事件”和“華為事件”刺激下，人們更加意識到軟件斷供的危機，更直觀地感受到國產(chǎn)半導(dǎo)體卡脖子之痛——EDA是卡位最高的傷之一。
因此，想打破國產(chǎn)芯片的困境局面，IC設(shè)計、代工廠和EDA軟件這三家必須聯(lián)手，才有希望破局。
芯片設(shè)計公司的基本邏輯是，設(shè)計完成后，需要去代工廠做流片。這里面有兩個風(fēng)險，一是設(shè)計品未必能流片成功；二是成功后未必符合要求。一般而言，這是靠整個EDA流程保證的。而現(xiàn)在，由于EDA全流程都掌握在三巨頭手中，想打破僵局只能另辟蹊徑。
中國EDA破局之術(shù)，最需要改變現(xiàn)狀的，恰好是中國代工廠。中國EDA工具的發(fā)展，應(yīng)該朝著“如何提高這些代工廠的產(chǎn)能，如何提高代工廠支持客戶的能力，怎么將只能在國外流片的高端芯片拿回來......”這些方向走。因此，我們需要加大對EDA共性技術(shù)投資，以消除晶圓代工廠中工藝流程中的風(fēng)險。
從投資角度來看，EDA快要算成夕陽產(chǎn)業(yè)了（在美國已經(jīng)有近20年沒有EDA軟件上市公司），因為EDA軟件的產(chǎn)值看起來太小了，可能只有IC公司的1%，代工廠產(chǎn)值的千分之一。但中國半導(dǎo)體的崛起，將給發(fā)展EDA軟件帶來新的希望。
2019年全球電子設(shè)計領(lǐng)域最具有影響力的DAC大會上，華大九天、廣立微、概倫電子、芯禾科技四家中國EDA廠商聯(lián)袂出場，向世界展示了EDA領(lǐng)域的中國力量。而在2019年底，概倫電子則收購博達微，進一步整合優(yōu)勢資源。這都是中國力量春筍竄節(jié)的聲音。
而與此同時，隨著5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、區(qū)塊鏈等領(lǐng)域的興旺，提出了很多特色鮮明的、尚未被EDA工具滿足的IC設(shè)計需求，這恰是EDA工具廠商的新機會。
結(jié)語：
最近有報道稱，華為將把 14nm 自主芯片的生產(chǎn)從臺積電轉(zhuǎn)移到中芯國際。如果國產(chǎn)最強IC設(shè)計與最強晶圓代工真的實現(xiàn)雙叕聯(lián)手，必能一定程度上會促進國產(chǎn)芯片的發(fā)展。期待未來IC設(shè)計、代工廠和EDA軟件三管齊下，國產(chǎn)芯片盡早取得跨越式突破。盡管發(fā)展的道路從來不是一帆風(fēng)順，但筆者堅信國產(chǎn)芯片崛起的決心不會動搖。
