近年來(lái)我國(guó)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，行業(yè)增速遠(yuǎn)超國(guó)際平均水平，華為海思已經(jīng)達(dá)到7nm先進(jìn)制程，在5G芯片技術(shù)上也走在世界前列。比特大陸、寒武紀(jì)科技等在ASIC芯片領(lǐng)域獨(dú)樹(shù)一幟，讓中國(guó)在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域彎道超車(chē)成為可能。

圖片來(lái)自“123rf.com.cn”

作為亞洲數(shù)字芯片設(shè)計(jì)業(yè)Fabless的旗艦，海思布局了：

麒麟980采用7納米制程工藝、麒麟985將采用7nm+EUV工藝；

天罡芯片——業(yè)界首款5G基站核心芯片；

昇騰的“達(dá)芬奇架構(gòu)”，是全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)全棧全場(chǎng)景的AI芯片；

巴龍基帶DSP芯片，吊打蘋(píng)果Intel三星聯(lián)發(fā)科；

除華為以外，以寒武紀(jì)、嘉楠耘智為首的AI獨(dú)角獸也在ASIC芯片領(lǐng)域領(lǐng)先世界：

寒武紀(jì)——2016年就發(fā)布了世界首款商用深度學(xué)習(xí)專用處理器寒武紀(jì)1A；

嘉楠耘智——挖礦用的ASIC芯片已經(jīng)達(dá)到全球領(lǐng)先的7nm制程。

百度、阿里、小米也加入了造芯隊(duì)伍：

百度——發(fā)布了云端的昆侖芯片

阿里——成立了平頭哥公司

小米——松果和大魚(yú)布局IoT芯片

但是，看到輝煌的同時(shí)，也該看到我國(guó)芯片設(shè)計(jì)業(yè)的軟肋：

（1）除海思外，缺乏穩(wěn)定居于全球Top 10的芯片設(shè)計(jì)巨頭

（2）芯片設(shè)計(jì)的生態(tài)需要完善，目前依賴海外ARM、MIPS等架構(gòu)授權(quán)

（3）EDA設(shè)計(jì)軟件被Cadence、Synopsys等世界巨頭壟斷

除海思這艘航空母艦外，fabless的突圍需要國(guó)產(chǎn)艦隊(duì)的支持：

韋爾股份：豪威科技是世界CIS巨頭 

匯頂科技：消費(fèi)電子芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)軍  

圣邦股份：模擬芯片設(shè)計(jì)稀缺標(biāo)的 

卓勝微：通信射頻芯片自主可控 

兆易、瀾起、君正的存儲(chǔ)芯片設(shè)計(jì) 

另外，紫光微、景嘉微、復(fù)旦微、國(guó)科微、富瀚微、富滿微的細(xì)分芯片設(shè)計(jì)也提供了強(qiáng)大的fabless自主可控生態(tài)。

芯片設(shè)計(jì)在產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)重要位置，技術(shù)壁壘高，需要大量的人力、物力投入，需要較長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)沉淀。目前在全球集成電路設(shè)計(jì)市場(chǎng)中美國(guó)企業(yè)占據(jù)了半壁江山，中國(guó)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)在核心架構(gòu)與EDA工具方面仍然依賴國(guó)外授權(quán)。但近年來(lái)我國(guó)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，行業(yè)增速遠(yuǎn)超國(guó)際平均水平，華為海思已經(jīng)達(dá)到7nm先進(jìn)制程，在5G芯片技術(shù)上也走在世界前列。比特大陸、寒武紀(jì)科技等在ASIC芯片領(lǐng)域獨(dú)樹(shù)一幟，讓中國(guó)在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域彎道超車(chē)成為可能。

代工廠的出現(xiàn)大大促進(jìn)了半導(dǎo)體設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展

芯片的設(shè)計(jì)過(guò)程主要分為四個(gè)步驟：一、根據(jù)所需功能選擇相應(yīng)的芯片架構(gòu)與IP模塊；二、編寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的HDL代碼，并放到EDA tool中反復(fù)運(yùn)行測(cè)試，直到功能正確為止；三、將測(cè)試成功的代碼放入另一套EDA tool中進(jìn)行電路布局與繞線并檢測(cè)電路運(yùn)行情況；四、自底層開(kāi)始，逐層為設(shè)計(jì)好的電路圖制作光罩，最終形成期望的芯片。

上世紀(jì)60年代，早期企業(yè)都是IDM運(yùn)營(yíng)模式（垂直整合），這種模式涵蓋設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)等整個(gè)芯片生產(chǎn)流程，這類(lèi)企業(yè)一般具有規(guī)模龐大、技術(shù)全面、積累深厚的特點(diǎn)，如Intel、三星等。隨著技術(shù)升級(jí)的成本越來(lái)越高以及對(duì)IC產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率的要求提升，促使整個(gè)產(chǎn)業(yè)逐漸向設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試分離的垂直分工模式發(fā)展。這種垂直分工的模式首先大大提升了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的運(yùn)作效率；其次，將相對(duì)輕資產(chǎn)的設(shè)計(jì)和重資產(chǎn)的制造及封測(cè)分離有利于各個(gè)環(huán)節(jié)集中研發(fā)投入，加速技術(shù)發(fā)展，給新玩家一個(gè)進(jìn)入行業(yè)的切入點(diǎn)，例如技術(shù)水平較低的封裝檢測(cè)、設(shè)計(jì)突出的Fabless等。

自代工模式出現(xiàn)之后，全球集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)一直呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)的勢(shì)頭。從營(yíng)收增速角度來(lái)看，IC設(shè)計(jì)市場(chǎng)出現(xiàn)過(guò)兩次大規(guī)模增長(zhǎng)。第一次是在2003-2004之間，主要由于Windows XP發(fā)布后帶來(lái)的個(gè)人PC換機(jī)潮。其次是2010年智能手機(jī)滲透率的加速提升帶來(lái)IC設(shè)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模的大幅提升。雖然當(dāng)下智能手機(jī)、筆記本電腦等終端產(chǎn)品進(jìn)入成熟期，增量放緩，但是物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興領(lǐng)域仍處于技術(shù)積累階段，市場(chǎng)規(guī)模較為有限，因此在2015年左右全球IC設(shè)計(jì)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模出現(xiàn)小幅萎縮，2016年全球IC設(shè)計(jì)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模再次實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)，2018年全球IC設(shè)計(jì)行業(yè)銷(xiāo)售額為1139億美元。

我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)市場(chǎng)份額低，核心架構(gòu)和EDA工具受制于人

從IC設(shè)計(jì)市場(chǎng)區(qū)域份額來(lái)看，美國(guó)集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)處于全球領(lǐng)先地位，2017年行業(yè)銷(xiāo)售額占全球集成電路設(shè)計(jì)業(yè)的 53%；中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)占16%，位居第二；中國(guó)大陸地區(qū)IC設(shè)計(jì)銷(xiāo)售額占比較低，原因之一在于類(lèi)似海思半導(dǎo)體、中興微電子和大唐微電子等國(guó)內(nèi)IC設(shè)計(jì)巨頭多數(shù)IC產(chǎn)品僅供自用，因此轉(zhuǎn)移它們自用的IC產(chǎn)品之外，中國(guó)大陸直接向市場(chǎng)供應(yīng)的IC產(chǎn)品銷(xiāo)售額僅占11%。

從IC設(shè)計(jì)企業(yè)實(shí)力來(lái)看，我國(guó)大陸缺乏全球性的IC設(shè)計(jì)企業(yè)。根據(jù)拓墣產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2018年全球前十大IC設(shè)計(jì)企業(yè)中，美國(guó)擁有6個(gè)，中國(guó)臺(tái)灣擁有3個(gè)，德國(guó)有1個(gè)。而且前兩名博通和高通2018年?duì)I收分別為189和164億美元，兩者營(yíng)收之和占據(jù)了全球前十大IC設(shè)計(jì)企業(yè)營(yíng)收的50%。中國(guó)大陸目前還缺乏從營(yíng)收體量上進(jìn)入全球前十的IC設(shè)計(jì)巨頭。

從研發(fā)支出角度來(lái)看，國(guó)內(nèi)IC設(shè)計(jì)企業(yè)與國(guó)際大廠有很大差距。根據(jù)IC Insights數(shù)據(jù)，2017年全球投入研發(fā)資金最多的前10大半導(dǎo)體廠主要為英特爾、高通、博通、三星等全球半導(dǎo)體巨頭。除了高通和東芝的研發(fā)開(kāi)支相比2016年出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)，其他廠商均呈現(xiàn)同比提升態(tài)勢(shì)。國(guó)內(nèi)IC設(shè)計(jì)廠商目前還沒(méi)有研發(fā)開(kāi)支超過(guò)10億美元的，因此大陸IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的投資力度與其他大廠相比還存在一定差距。

從技術(shù)角度來(lái)看，我國(guó)IC設(shè)計(jì)的技術(shù)難題主要是核心架構(gòu)與EDA工具受制于人。

在核心架構(gòu)方面，高度依賴海外公司的IP授權(quán)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)主流IC設(shè)計(jì)商采用購(gòu)買(mǎi)國(guó)外CPU的IP授權(quán)，并借助現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)開(kāi)拓市場(chǎng)。例如華為海思從2009年的K3到2018年的麒麟980，在國(guó)產(chǎn)SoC芯片領(lǐng)域取得較大突破，但是，華為手機(jī)SoC的麒麟芯片和服務(wù)器的鯤鵬芯片的架構(gòu)與指令集依然依賴ARM公司的授權(quán)，不僅許可費(fèi)高昂，而且每次授權(quán)期限僅僅4-5年，還被限定使用范圍。

ARM的授權(quán)模式分為三個(gè)等級(jí)：授權(quán)等級(jí)最低的是使用層級(jí)授權(quán)，擁有使用授權(quán)的用戶只能購(gòu)買(mǎi)已經(jīng)封裝好的ARM處理器核心，而如果想要實(shí)現(xiàn)更多功能和特性，則只能通過(guò)增加封裝之外的DSP核心的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。大多數(shù)缺乏研發(fā)設(shè)計(jì)能力的初創(chuàng)企業(yè)都選擇購(gòu)買(mǎi)這種授權(quán)；授權(quán)等級(jí)較高的是內(nèi)核層級(jí)授權(quán)，指可以一個(gè)內(nèi)核為基礎(chǔ)然后在加上自己的外設(shè)形成MCU，例如三星、德州儀器(TI)、博通、飛思卡爾、富士通等等；授權(quán)等級(jí)最高的是架構(gòu)/指令集層級(jí)授權(quán)，指可以對(duì)ARM架構(gòu)進(jìn)行大幅度改造，甚至可以對(duì)ARM指令集進(jìn)行擴(kuò)展或縮減，例如蘋(píng)果的A系列、高通的驍龍系列、華為的麒麟系列。

如今，我國(guó)80%的信息產(chǎn)業(yè)都是建立在他人的芯片平臺(tái)基礎(chǔ)上的。目前，國(guó)內(nèi)僅有中科院的龍芯和總參謀部的申威擁有自主架構(gòu)，前者用于北斗導(dǎo)航，后者用于神威超級(jí)計(jì)算機(jī)，民用領(lǐng)域基本是空白。從革命的角度看，申威比龍芯更具革命性，龍芯為了生態(tài)兼容了MIPS指令集，并在MIPS的基礎(chǔ)上擴(kuò)展形成了LoongISA，而申威則獨(dú)立開(kāi)發(fā)了SW64指令。申威432大約與龍芯3A4000同一時(shí)期完成，在主頻和工藝上比龍芯3A4000更強(qiáng)，但在微結(jié)構(gòu)可能是龍芯的更好，兩者的性能可能會(huì)在伯仲之間。與申威432采用同一款內(nèi)核的服務(wù)器CPU，申威3232，這款芯片可以達(dá)到英特爾主流服務(wù)器的60%—70%。

在芯片設(shè)計(jì)的EDA工具方面，我國(guó)芯片設(shè)計(jì)公司也離不開(kāi)Cadence、Synopsys等海外EDA軟件公司的授權(quán)。

EDA工具是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation）的簡(jiǎn)稱，利用EDA工具，工程師將芯片的電路設(shè)計(jì)、性能分析、設(shè)計(jì)出IC版圖的整個(gè)過(guò)程交由計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理完成。在集成電路動(dòng)輒需要上億晶體管的今天，手工布線已然不可為，因此EDA已經(jīng)成為IC電子行業(yè)必備的設(shè)計(jì)工具軟件。到目前為止，全球EDA行業(yè)基本形成了三家鼎立的格局。這三家公司分別是，美國(guó)的新思科技（Synopsys）、同樣是來(lái)自美國(guó)的楷登電子科技（Cadence）、2016年被德國(guó)西門(mén)子收購(gòu)的明導(dǎo)國(guó)際（Mentor Graphics）。僅2017年里，全球EDA行業(yè)的總收入中有70%被這三家公司瓜分。國(guó)內(nèi)的EDA企業(yè)主要有華大九天、概倫電子、廣立微、芯禾科技等。雖然近年來(lái)發(fā)展迅速，但與國(guó)外巨頭的技術(shù)與投入差距仍然較大。

我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)業(yè)發(fā)展迅速，有望在5G和ASIC芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車(chē)

從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來(lái)看，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)正在不斷優(yōu)化。2011年，我國(guó)主要以技術(shù)含量較低的封測(cè)業(yè)為主，封測(cè)占比高達(dá)50.46%，超過(guò)設(shè)計(jì)和制造占比之和。2018年，我國(guó)的設(shè)計(jì)業(yè)成為集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中占比最大的分支，占比高達(dá)38.57%，超過(guò)封測(cè)業(yè)的33.59%。我國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)開(kāi)始不斷優(yōu)化，以設(shè)計(jì)和制造為主的技術(shù)密集型企業(yè)占比正不斷提升。

從市場(chǎng)份額來(lái)看，我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)市場(chǎng)份額增速領(lǐng)先行業(yè)平均水平。自2010年以來(lái)，最大的無(wú)晶圓集成電路市場(chǎng)份額增長(zhǎng)來(lái)自中國(guó)供應(yīng)商，10家中國(guó)無(wú)晶圓廠公司被列入2017年的無(wú)晶圓IC供應(yīng)商前50名名單，而2009年僅有一家。自2010年以來(lái)，最大的無(wú)晶圓集成電路市場(chǎng)份額增長(zhǎng)來(lái)自中國(guó)供應(yīng)商，2010年占據(jù)5%的份額，但占2017年無(wú)晶圓IC總銷(xiāo)售量的11%。Unigroup（紫光）是2017年中國(guó)最大的無(wú)晶圓IC供應(yīng)商（也是全球第九大無(wú)晶圓供應(yīng)商），銷(xiāo)售額達(dá)21億美元。

從公司數(shù)量來(lái)看，我國(guó)IC設(shè)計(jì)企業(yè)數(shù)量增長(zhǎng)迅速。自2012年以來(lái)，中國(guó)IC設(shè)計(jì)企業(yè)逐年增加，2015年底IC設(shè)計(jì)企業(yè)為736家，2016年實(shí)現(xiàn)脈沖式跳躍至1362家，增長(zhǎng)率高達(dá)85%。2018年再次實(shí)現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，增加至1698家，增長(zhǎng)率高達(dá)23%。

在ASIC芯片領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)廠商已經(jīng)取得了一定成績(jī)。以比特大陸、嘉楠耘智為代表的礦機(jī)廠商采用的ASIC芯片已經(jīng)達(dá)到了7nm制程，在國(guó)際中處于較先進(jìn)地位。寒武紀(jì)科技推出的寒武紀(jì)1A處理器（Cambricon-1A）是世界首款商用深度學(xué)習(xí)專用處理器，面向智能手機(jī)、安防監(jiān)控、可穿戴設(shè)備、無(wú)人機(jī)和智能駕駛等各類(lèi)終端設(shè)備，在運(yùn)行主流智能算法時(shí)性能功耗比全面超越CPU和GPU。同時(shí)，國(guó)內(nèi)各大科技互聯(lián)網(wǎng)巨頭都在投資布局ASIC芯片。2018年9月阿里巴巴成立平頭哥半導(dǎo)體芯片公司，其開(kāi)發(fā)的自主嵌入式CPU在語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)、無(wú)線連接、工業(yè)控制和汽車(chē)電子等領(lǐng)域已得到規(guī)?；膽?yīng)用，終端產(chǎn)品累計(jì)應(yīng)用已超10億顆。2019年4月，小米公司將旗下子公司重組，成立大魚(yú)半導(dǎo)體，專注于AI和IoT芯片與解決方案的技術(shù)研發(fā)。隨著未來(lái)人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的潛能釋放， ASIC芯片將打開(kāi)更大的市場(chǎng)空間。

在5G技術(shù)方面，我國(guó)已經(jīng)走在了世界前列。2019年1月華為發(fā)布了全球首款5G基站核心芯片“華為天罡”及5G多模終端芯片“Balong5000”。華為天罡可支持200M運(yùn)營(yíng)商頻譜帶寬，可實(shí)現(xiàn)基站尺寸縮小超50%、重量減輕23%、功耗節(jié)省達(dá)21%，安裝時(shí)間比標(biāo)準(zhǔn)的4G基站7.5小時(shí)的安裝時(shí)間節(jié)省一半，有效解決站點(diǎn)獲取難、成本高等挑戰(zhàn)。Balong5000則是全面開(kāi)啟5G時(shí)代的鑰匙，可以支持多種豐富的產(chǎn)品形態(tài)，除了智能手機(jī)外，還包括家庭寬帶終端、車(chē)載終端和5G模組等，將在更多使用場(chǎng)景下為廣大消費(fèi)者帶來(lái)不同以往的5G連接體驗(yàn)。