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最大的机会:物联网与AI正在重塑半导体业
 
来源:腾讯网    责任编辑:信息编辑部     时间: 2020-12-28
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物联网的碎片化和无处不在的AI几乎是缔造创新的两个最大的机会。在芯片领域,它袭卷了半导体上下游,当然,物联网和AI新格局的塑造,还是要从半导体上游开始。

在2020年到2021年,甚至更长时间里,上游厂商正在做哪些改变,在2020 ICCAD年会期间,笔者采访了多位半导体行业的高管。他们如何前瞻性地看待这两股创新潮流?对于芯片设计和应用创新而言,上游如何布局物联网和AI发展将至关重要。

EDA与超级系统的融合,与AI的嫁接

EDA软件是芯片设计最上游最高端的产业,也最能看到芯片设计的走向。说到疫情对半导体行业的影响,Mentor, a Siemens Business全球副总裁兼中国区总经理凌琳认为,即便现在疫情持续,中国芯片设计的客户也在快速增长。这其中包括从大厂出来的创业团队,也有初创公司,它们的设计需求增多。这说明创新正在蓬勃发展。

中国IC设计企业的数量不断攀升,它们的创新是真创新还是同质化的竞争,这是目前凌琳看到的比较突出的问题。他认为,若只是设计一款与友商类似的产品打价格战,那么导致的结果就是供应链更加混乱,芯片也卖不出好价钱。Mentor更鼓励真正意义的创新,西门子强大的系统支持,不断扩充的工具,能够配合芯片客户的创新设计。

现在,Mentor EDA即将正式更名为西门子EDA,未来将融入到西门子智能制造和工业软件的体系中发挥更大的能量。

今年6月,西门子宣布收购英国IP公司UltraSoC。UltraSoC能够为系统级芯片(SoC)提供内部分析及监测技术,它的嵌入式分析技术可支持产品设计人员去增加先进的网络安全、功能安全性以及性能微调等特性。一个例子是,曾经谷歌服务器中25%的硬盘速度下降了25%,但谷歌20个月后才发现此问题,又花了2年才找到问题所在,如果用UltraSoC的IP,二三天就可搞定。

为什么西门子先后收购Mentor以及UltraSoC?凌琳表示,早期外界看不明白西门子的布局。实际上西门子希望构建一个完整的闭环的平台Xcelerator。Mentor专注于IC和系统设计的软件,对客户而言他的芯片能在系统中表现出效能,而这个子系统又是西门子超级系统的一部分,这个超级系统还包括机械设计、系统热力等数据分析。

这个超级系统也佐证了,西门子所推崇的数字化双胞胎的最终理念是将设计的模型到物理的模型完全影射,对复杂的数据进行有效的管理。那么在这个平台上,客户只需专注业务本质专注产品即可。未来,这个平台还将拓展到晶圆的尖端制造等领域。

EDA融入到超级系统中,是西门子在工业软件领域的战略选择,它代表未来全流程制造的先进数字化管理。

对于EDA的另一个趋势即是AI,现在,国际巨头也好,国产厂商也罢,都不约而同的站在AI这个起跑线上。

在讲EDA与AI之前 ,我们先关注今年国产EDA的融资。9月2日,国微思尔芯宣布完成新一轮数亿元融资。10月、11月、12月连续三个月,芯华章完成三轮各过亿元融资。半导体“卡脖子”的技术EDA已经得到全行业的重视。

显然,国产EDA若是再走三大EDA巨头的研发路径是行不通的,也不符合新设计的需求。那么AI就成为他们研发方向的重要选择。

芯华章科技董事长兼CEO王礼宾将EDA的发展分为EDA1.0和EDA2.0阶段。他认为,过去三十年的EDA行业属于EDA1.0时代,已经形成固有的架构和庞大的客户群。我们正在开创的是EDA2.0时代,这个时期,人工智能、云计算兴起,新兴EDA公司有机会从基础架构开始嵌入AI,并为客户提供云服务等便利。简单来说,EDA1.0实现了EDA的自动化。EDA2.0要实现EDA的智能化。

要实现智能化,王礼宾认为最重要的一点是融合。芯华章招揽了一批相关行业的优秀人才,因为开发EDA软件涉及到物理、数学、微电子、计算机、人工智能等各方面的专业人才。这些专才有些可能不懂EDA,但是他们擅长将其专业领域的知识融入到EDA的设计当中。

智能化所能达到的效果超出想象,举个例子,现在的验证技术有软件仿真、硬件仿真、原型验证等等。那么到底是用软件仿真还是硬件仿真?传统上依赖足够的经验进行判断。智能化后,不再需要人工进行选择,在设计软件中直接直接进行判断。

芯华章还看到一个趋势,即开源。王礼宾强调,鉴于国内EDA人才匮乏,EDA开源平台的建立有利于吸纳更多人才加入、使用以及交流。芯华章的EDA开源平台已经吸引超过1000多人注册。前不久,芯华章将一款开源仿真器的速度提升一倍,得到业界的强烈反响。

芯华章正在打造EDA2.0和开源生态,未来还将推出可能是中国最大的硬件验证云,即由一组硬件仿真器组成的硬件云,服务于客户在验证阶段的峰值需求。

EDA涉及前端、后端、验证,从仿真、综合到版图、工艺制造等等,目前国内EDA企业尚未提供全流程产品,基本从点工具进行突破。

国微思尔芯是业内领先的快速原型验证及仿真系统解决方案提供商,目前有超过500家客户以及-3000多套原型验证工具应用于客户的设计中,全部产品自主研发,拥有多项专利和软件著作权。S2C有一支高效的设计和支持团队,已在美国、英国、以色列、韩国、日本以及中国台湾设立办事处或销售代表处,提供客户服务与支持。

然而国产EDA全流程也在持续打造中。上海国微思尔芯首席执行官兼总裁林俊雄表示,国微集团在整个数字EDA全流程各个方面都进行了很好的布局,不只包含国微思尔芯和鸿芯微纳,还投资了一些公司以及校企合作,不断完善其布署。同时,各兄弟企业之间点面结合,合力发展。

鸿芯微纳是国微集团另一家专注数字芯片全流程设计的EDA企业,其数字电路工具支持逻辑综合、布局布钱,并支持7纳米先进工艺。鸿芯微纳CTO王宇成表示,数字EDA全流程是国产EDA比较短板的环节,鸿芯微纳通过与高校合作培养人才、与客户紧密合作优化工具,高起点发展。

早年国外EDA厂商通过不断的并购整合,逐渐发展壮大,同样国产EDA可以借鉴这样的路径,王宇成认为国产EDA可以对高校的研发成果或者其他在架构上不起决定作用的点工具加以并购整合,的确不需要自己完全开发。这样有利于国产EDA更快地形成完整的体系。

他同时强调,EDA国产化并不是终点,最终的目标是融入全球供应链,参与全球分工,这样就需要研发的前瞻视角,需要和全球领先的技术PK。

“国产EDA的优势是贴近客户,国内很多客户的设计水平已经国际领先,他们的算法或特有的技术,通过我们与客户的共同开发,将其嵌入到我们的数据库或数据模型共享。我们与客户近距离沟通、定制化。这些促成了我们的工具快速迭代。”王宇成说道。

AI是摆在EDA公司的机会,国微思尔芯,鸿芯微纳也不例外,他们已经积极开展一些项目将AI融入到EDA的设计当中,已经取得了一些成果。

打造适合中国广大IC设计企业的IP

安谋中国成立两年间先后发布了周易、星辰、山海、玲珑四大类IP,逐渐完善SoC的计算单元。安谋中国产品研发常务副总裁刘澍表示,目前合资公司的CPU、人工智能、物联网安全、多媒体等一整套IP的设计研发都在中国完成,我们希望通过这种模式不断支持Arm生态在中国的繁荣,支持本土半导体产业的发展和自我和独立创新。

他认为,很多时候,我们学习国外先进的技术,是学习他的管理和设计流程,并不是只学习设计。我们的设计要更多地满足市场,也就是客户的需求。安谋中国自研IP的一个特点即是贴近客户。

在形成完整的计算平台单元之后,安谋中国下一步仍然看重市场前沿的需求。刘澍表示,未来一定是异构计算的发展,这些计算平台也将适用于更多不同的场景,Arm技术已经从手机、消费电子扩展到服务器、汽车自动驾驶等高性能计算的领域。这些应用更需要贴近市场和客户,更需要精细化、定制化。

差异化产品线是中国芯片IP提供商和IC设计企业的机会。锐成芯微Actt专注于超低功耗模拟IP和高可靠性eNVM研发和授权业务,尤其是物联网的需求爆发之时,公司获得了很好的发展机会。

成都锐成芯微科技股份有限公司CEO沈莉认为,物联网的碎片化适合中小企业,他们灵活作战,找准细分市场机会,我们的IP正好可以配合到他们的需求。今年国内IC设计企业数量又创新高(最新数据达到2218家),IP厂商向来对IC设计企业的动态最敏感,的确,锐成芯微的客户数量也有明显增加,芯片项目也在增加,这也佐证了今年IC设计繁荣的趋势。

她指出,很多新兴IC设计公司都瞄准物联网,比如蜂窝类通信,NB-IOT经过这两三年已经发展成熟,NB-IOT水电表的出货在放量。其次,可穿戴产品,例如蓝牙耳机、智能手表手环等,这其中很多触控、语音芯片非常适合中小公司去开发。

此外还出现了不少电源管理芯片的创业公司。由于半导体融资的相对宽容,以及海归、国际公司背景的人士等非常积极,近几年半导体创业公司非常多,这些中小企业促进了国内半导体的发展。

她还表示,IP向来是苦累活,是否产业内能够孵化出一个更创新的发展模式,让IP做起来更快,也让IP公司的价值更高。谈到公司未来的发展,她说锐成芯微将在云端、5G通信设备以及汽车智能化、电动化等方向进展IP业务拓展。

RISC-V在物联网时代被寄予厚望,作为开源指令集架构,避开英特尔和ARM盘踞的PC和手机市场,在物联网市场有望逆袭。

赛昉科技成立两年以来,始终致力于推动中国RISC-V生态、开发本土化的RISC-V产品,据StarFive赛昉科技CEO徐滔介绍,今年有三款重大发布:

首先,今年3月份推出满天星计划,定位于MCU级别,使得业界能够以极低的成本使用RISC-V核。

其次,今年9月份推出芯片平台——惊鸿7100,是全球首款高性能的RISC-V人工智能视觉处理平台,侧重于中高端的应用。

再就是,12月发布天枢系列处理器IP。此前业界普遍认为RISC-V是一个IoT方面的应用,而天枢处理器则是面向高性能计算的CPU IP。它可以应用于数据中心,5G通信、人工智能和机器学习,在Edge端和Cloud端都可以使用。这对于RISC-V生态来说具有里程碑的意义。

目前,RISC-V生态还不齐全,既需要开发板,也需要社区,一块好的开发板能够为整个开源社区的赋能起到极大的推动作用。而赛昉正在积极打造这一应用层面上的RISC-V生态。

RISC-V正在成为众多半导体公司的另一种选择,无论是出于战略还是供应链安全的考虑。在中国RISC-V的发展还处于初级阶段,徐滔认为,最初工程师可能会因为RISC-V便宜而选择它,其实不然,只要对产品和应用场景的软硬件生态理解足够深刻,RISC-V完全能够发挥更大的用处,工程师能够采用RISC-V设计出更好的产品。

和芯微从成立之初的核心定位就是服务中国大量的中小IC设计企业,提供高速高精度数模混合信号集成电路IP核。和芯微提供高速接口、数模转换、电源管理、锁相环和RC振荡器等IP,积累了400多项专利,其中包括美国发明专利80多项,国内的发明专利接近300项。

IPGoal和芯微电子CEO 邹铮贤认为系统厂商包括研究所、渠道商都开始定制芯片,这成为IP公司、设计服务公司未来生存的空间。在当前的机遇和挑战面前,IP公司可以积极融资、快速IPO、下决心培养人才,扩充人力,跨Foundry,多工艺节点,全国布局,近距离服务客户,以及可定制全流程服务能力。

芯片设计公司应掌握自研核心技术,这是其产品的核心竞争力。IP企业尽可能的帮助芯片公司解决非核心竞争力的问题,只有通用的可复制的IP才应由IP公司去做,这样才能发挥出IP的最大价值。

邹总形容中小IC设计企业就像在大洪水中的小舢板一般,若要在大风大浪中不翻船,压力非常大。就拿近期出现的晶圆产能紧缺的问题来说,中小客户面对的最大问题是没有产能。这将直接影响到中小企业的生存,更不用谈创新。

今年8月18日,芯原股份在科创板上市。堪称“中国芯片IP第一股”的芯原目前拥有5大数字处理器IP,包括GPU IP、NPU IP、VPU IP、DSP IP和ISP IP;共计 1400多个数模混合IP和射频IP ,全球范围内拥有有效发明专利128项、商标74项;在中国境内登记集成电路布图设计专有权132项、软件著作权12项以及丰富的技术秘密储备。根据市场分析公司IPnest发布的2019年全球半导体IP厂商的营收排名,进入前十大IP厂商中的中国大陆厂商,仅排名第7的芯原股份一家,市占率为1.8%。

芯原股份董事长兼总裁戴伟民博士谈到万物信联,在边缘计算、云计算上面存在着大量的数据,这些数据如何进行“安全”的联接,信联是当下重要的课题。要让大家相信就必须开源,让所有人都能监督,在国外谷歌一直在做推动信息安全的构建,而芯原作为平台厂商是国内的推动者之一,目标是各方互认的安全数据的传递。

芯原是中国RISC-V产业联盟的理事长单位,戴博士指出,RISC-V目前面临的两个主要问题一是专利,二是生态。专利方面,虽然RISC-V的指令集是开源的,但指令集仅相当于字典中的“字”,“字”虽说是开源的,如果写成“文章”就有可能出现专利问题。生态方面,RISC-V再去进入手机、电脑等市场机会渺茫,毕竟这两个市场已经形成强大的生态。碎片化的物联网市场对RISC-V来说,是个很好的应用空间。芯原也正致力于推动相关产业生态的发展。例如,利用联盟的力量推动开发板、开发软件的开源与共享,通过技术、交流共享等共同促进RISC-V应用的进步。

晶圆代工:从产能扩充的几个方向看未来的增长点

台积电在今年前三季度较去年同期达30%的增长,加上第四季度的良好预期,全年有望实现30%的成长。而上一次业绩有大幅成长还是在十年前,2010年经济从金融危机中逐渐恢复,从而拉动了半导体市场的增长。

不过,TSMC台积电(中国)副总经 陈平博士认为,尽管新冠疫情造成的物流停滞及远程服务需求带来了半导体市场的波动,导致下半年需求集中爆发。但如果今天没有突发的公共卫生事件呢?陈平表示,近年来随着5G、AI以及IoT的发展,市场对芯片的需求进一步迅速提高,因此台积电对今年市场的预估原本就是乐观的,即便没有突发的疫情,半导体市场的表现也会很好。

为了应对这一增长趋势,台积电将以移动计算为主的一个平台,逐渐扩充为移动计算、高效计算、智能车载、物联网这四个平台共同发展。并持续发展先进工艺制程以满足这四大应用平台所需。

陈平同时认为,目前整个行业呈现的产能缺口存在水分,而水分挤掉之后的水位在哪里,还需要大家持续关注。

首先,上半年因疫情很多地区物流阻断,OEM上半年无法正常备货,,另外各类远程办公、教育,以及数据中心扩容造成各类终端市场的需求猛增,所以到下半年,市场的需求在晶圆代工厂这个环节被放大,而缺货的情形进一步造就了市场恐慌,让大家激进囤货,以比正常库存天数1.5倍甚至2倍的规划来建库存以寻求供应安全。结合半导体市场本身就有成长的需求,陈平预测这个水位是在很高的水位进行叠加,因此消除水分需要较长时间。

他对半导体的长期需求非常有信心,5G、AI以及IOT的拉动效应将持续显现。

今年是联电成立四十周年,2017年联电宣布重大业务决策,即放弃12纳米以下先进工艺的投资,专注特色工艺。今年电源管理芯片、驱动IC等供不应求,产能爆满,联电自然成为大赢家。

和舰芯片制造销售副总经理林伟圣告诉记者,国内系统厂商已经将供应链安全放在第一位,那么备货时可能采取比过去积极的做法。受新冠疫情的影响,东南亚的生产链条变得不稳定,反而中国大陆的生产链条健全,因此有部分国内系统厂商的海外加工订单回流。另外,今年5G加速推动终端应用增长。

扩产方面,联电在去年并购日本一座12寸特色工艺晶圆厂。8寸现有晶圆厂扩产设备取得不易,如果有机会合并八寸厂,会是比较适合的方案。未来12寸线以增加28纳米和22纳米的产能为主。

林伟圣分析,纾解八寸产能紧缺,电源管理芯片迭代到12寸,也是值得关注。电源管理芯片的电压供给分三个档次。从低压到30V,30-100V,100-700V,相应的市场规模分别是,低压占60%,30-100V接近22%,100-700V接近18%。在工艺的节点上,粗分三个节点,第一个是现在最大量的8寸0.25微米或者是0.35微米。第二个迭代,目前也在上大量的是0.11微米到0.18微米,第三个是12寸90纳米或者是55纳米。

驱动工艺的迭代,是数字芯片所占的面积,如果数字小于30%,0.25微米-0.35微米够用,30-60%的数字对应的是0.11微米-0.18微米,数字增加到60%,就需要12寸的工艺。

目前国内大部分电源管理芯片都是在0.25微米-0.35微米,有的已经做到0.18微米-0.11微米,这部分都是8寸。目前海外的欧美公司已经在研发12寸的55纳米BCD工艺,做一些高端的电源数字化芯片。

芯片复杂度提高,国内测试业迎头赶上

我们通常将芯片的封测当作同一个产业,其实不然,中国大陆拥有封装三雄企业,在专注测试这个领域的企业却非常少。利扬芯片是国内第三方芯片测试的龙头企业,于今年11月成功登陆科创板。

利扬芯片(LEADYO)首席执行官张亦锋表示,随着芯片设计越来越复杂的趋势,对芯片测试的依赖程度也越来越大,以测试占芯片成本的6%-8%来计算,仅服务于国内芯片设计公司的测试产值就达到250亿人民币。以3000亿美金的芯片进口额来计算,则测试服务未来的市场规模将是一个千亿元的市场,发展潜力巨大。

相对于传统封测一体化企业,利扬芯片更专注于测试服务,事实上芯片测试属于专业化极强的技术服务行业。利扬芯片主要专注于数字类和大数小模等中高端芯片的测试,为客户提供增值的芯片测试服务。目前已经建立33大类芯片测试解决方案,量产测试的芯片超过3000多种。今年晶圆代工、封装厂都开启了涨价模式,利扬芯片并没有随之涨价,反而会借助募投项目的实施,计划增加更多新的产能服务中国芯。

未来利扬芯片将关注几个重点研发方向,分别是传感器、存储器以及人工智能高算力芯片等。利扬芯片将提供极具竞争力测试解决方案,以软硬件组合和大数据分析提供芯片设计公司增值服务。正因为有严格精准的测试为芯片产品交付把关,可以根据不同的性能指标为芯片产品分档,使得芯片物尽其用,减少残次和报废品,从而提高产品的有效利用率。以利扬芯片为龙头的专业测试服务公司为中国芯保驾护航。

打造产业生态,助力IC设计尤其是中小企业快速发展

摩尔精英(MooreElite)最近完成了新一轮数亿元融资,围绕其核心使命“让中国没有难做的芯片”的生态构建又更进一步。

摩尔精英董事长兼CEO张竞扬分析了为什么要打造为中小芯片公司服务的芯片设计和供应链平台的原因。

他认为,产业链的供应商,不管是晶圆代工,封装测试还是EDA/IP厂商,营收体量普遍在10亿人民币以上,比90%的芯片公司都大1-2个数量级,没有门当户对,就很难平等合作。而中国前13%的芯片公司,覆盖80%的销售额,供应商理性的选择就是把资源专注在这前13%的公司身上,所以有很多中小公司得不到合理的价格、及时的技术支持和公平竞争的机会,创业团队没有能够发挥出来自己的优势,反而被供应链和运营的短板拖累,功亏一篑。

对于中小芯片公司来说,一颗芯片的产品化过程中,产业链的Offering和自己的需求之间有一道难以跨越的鸿沟,因为规模的问题,经验的问题,中小公司很难用好这些顶级的供应商,太多精力浪费在试错和踩坑。

摩尔精英希望成为一座桥梁,以芯片“设计云、供应链云、人才云”三大业务板块为抓手,以芯片公司的需求为中心,用解决方案整合供应商的产品和服务,帮助中小芯片公司跨过这道鸿沟,提升产业链各环节协作的效率、同时降低风险。

中小芯片企业在物联网市场的优势与痛点并存。

从宏观看,未来的十年,联网的设备数量会增长20倍,新增高达7万亿美金的市场。这些智能联网设备的背后是大量的芯片机会。今天全球的芯片产值4500亿美金,只占全球GDP的不到0.6%;随着物联网设备在全球的铺开,这个比例会大幅提升,这是属于所有半导体人的机会。

对中小公司而言,张竞扬认为小公司面对碎片化市场有优势,他们很敏锐,可以比大公司早很多年,提前一个数量级的时候就进入市场,积累优势,整合资源,当市场达到一定体量,大公司想要进入的时候,会遇到小公司的精准狙击。他认为未来10年这里面会诞生很多物联网细分领域的芯片龙头,大公司要么放弃这些细分市场,要么收购细分龙头公司完成市场覆盖。

几乎每个行业都会经历一个从传统的,封闭的,线性的供应链,走向开放的价值协同网络的过程,这中间有巨大的效率提升空间,张竞扬表示,因此摩尔精英打造了一站式芯片设计和供应链平台,希望服务好每一位中国芯创业者,长远目标是实现芯片产业链的在线化,智能化和协同化,提升新产品研发的效率,进而解决物联网芯片的碎片化痛点。

ICisC南京集成电路产业服务中心是一个服务平台,类似于原来的ICC,以公共技术服务为基础,以开放创新和人才培养为特色,从而建设专业服务能力,打造产业生态,助推集成电路产业的发展。ICisC南京集成电路产业服务中心副总经理、南京集成电路大学校长助理吕会军在接受采访时介绍道,目前在公共技术服务方面,ICISC推出了EDA服务,测试服务等,开放创新服务助力江北新区争创国家级技术创新中心,成立了产业协同创新学院,今年在地方政府的主导下,又成立了南京集成电路大学。

吕会军认为,国产半导体产业的发展主要在于人才和生态的打造。科技创新以人为本,当针对人工智能、大数据等新兴产业高校还没有相关系统化、专业化的课程来匹配时,南京集成电路大学的成立正是为了搭建这样的开放式平台,向相关人才提供多学科、交叉融合的学习机会。

此外,生态的打造方面,南京ICisC助力江北新区在EDA方面进行生态建设的布局,联合华大九天、芯华章等厂商开展大学计划,培养EDA人才共同打造生态。南京集成电路大学的运作,机制灵活。与高校相比,更强调个性化,依据高校的薄弱环节进行有针对性的训练,以案例课程和项目实践课程为主。邀请来自于资深的工程师、行业专家做师资。它将不是一所传统意义上的大学,更像一个衔接高校和企业,推进产教融合的一个开放性的平台。它是高校教育的一个重要补充,同时也是企业选材的一个主要来源。

南京发展集成电路有着不同于其他城市的特色,首先是发挥国际龙头企业包括台积电等落户江北新区的引领和带动作用。其次,围绕信创工程,推进“芯机联动”,实现芯片和整机的良性发展。再者,要以EDA设计方法学为切入点,通过技术驱动,赋能企业创新,形成南京集成电路高质量发展的局面再者,要以EDA设计方法学为切入点,通过技术驱动,赋能企业创新,形成南京集成电路高质量发展的局面。

物联网和AI给半导体的各个环节带来了新的机会,例如面向中小企业的供应链正在建立,国内厂商有机会补短板,也有机会将新的技术融入到新的架构当中。国产IC设计业数量的不断增长除了竞争加剧也是产业繁荣的象征。半导体上游正在助推这一繁荣的到来。

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