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以四维视角看中国IC产业现状和发展

作者:      发布于:2019-05-14      来源:  

  

 三月的上海,中国IC设计界的盛事--2019年中国IC领袖峰会隆重召开。由全球最大的电子技术媒体集团ASPENCORE旗下的《电子工程专辑》、《电子技术设计》和《国际电子商情》三大媒体联合举办的2019年中国IC领袖峰会以“世界都在看中国“为主题,邀请了产业最受关注的本土IC领袖人物走上大舞台向世界喊话,与数百位资深设计工程师、管理精英和技术决策者共同探讨产业的成长和突破之道。峰会演讲嘉宾和圆桌论坛专家从四个维度透视了中国IC设计产业的现状和未来发展。

学术前沿视角:AI芯片需要高效能的深度学习引擎

来自清华大学的魏少军教授总结了AI芯片发展的四个阶段。在AI Chip 0.5阶段,我们利用已有的芯片(如CPUGPUFPGADSP等)来实现AI功能。这一初级阶段要求不高,只要实现AI功能就好。进入AI Chip 1.0阶段,出现了一些AI专用芯片,比如TPUSCNNUNPU等。早期的AI芯片主要集中在云端的训练。

AI Chip 1.5阶段会出现一些半通用、可重购、兼顾训练和推理的芯片,比如ThinkerDPU等。目前这类芯片还不多,我们还处在AI Chip 1.0阶段。从1.01.5阶段开始较多地讨论边缘端与推理相关的内容。AI Chip 2.0阶段会是什么样?我们还不得而知。魏教授认为它应该是通用的,同时也是自适应的。从1.5-2.0阶段应该是云和端、训练和推理兼顾的发展方向。

每个阶段关注的焦点有何不同?0.5阶段主要关注性能,即怎么样能够运算得更快一些。这一阶段经历了从CPU(速度不够快)到GPU(功耗很大)再到FPGA实现的转变。而1.0阶段不仅要关注性能问题,还要关注能耗(能量效率)的问题。1.5阶段除了性能、功耗和能效外,更为关注灵活性。2.0阶段则包括更为重要的智慧化。一言以蔽之,0.5阶段是实现,1.0阶段是应用,1.5阶段是系统,2.0阶段是智慧。

AI芯片进入2.0或更高的阶段需要一个通用的、高效能的深度学习引擎来驱动,而软件定义的芯片是一个比较有前景的未来方向。未来芯片架构的创新在于软件定义芯片,或者称粗粒度可重构架构(CGRA),这个概念就是要同时兼顾硬件可编程性和软件可编程性。

如果我们设计的芯片能像人类的成长过程一样,通过接受教育而变得跟别人不一样,那么芯片将越用越有价值,越用差异化越大。如果能做到这一点,我们就可以通过不断地在使用过程中获取相关参数及学习的内容,从而进一步发展,最终形成芯片的个性化。

EDA视角:AI加速从IC到系统级的电子设计和验证

来自Cadence的中国区技术客户总监冯江总结了AIEDA电子设计的影响,主要表现在四个方面:对算力支持的要求更高、用深度学习攻克设计的复杂度、需要更强大的带宽满足数据传输要求,以及数据存储面临的挑战。从需求的角度出发,又有哪些因素在驱动半导体行业的发展呢?他列出了四个驱动力:特定域的计算、系统公司进入芯片领域、创新公司的出现,以及汽车电子、航空航天、医疗甚至国防等其它领域。

面对AI带来的机遇与挑战,Cadence有什么应对方案呢? Cadence的思路是用大规模的边缘计算去替代人脑,让它们更有效地去做大规模运算。从芯片到系统,Cadence提供了完整的解决方案。

针对同样的AI需求和挑战,Mentor提出了EDA 4.0的概念。Mentor中国区总经理凌琳在演讲中以一个自动驾驶应用的示例展示了如何借助从IC到系统的完整EDA设计和验证工具来实现AI加速和技术创新。

无论车厂还是互联网巨头,系统厂商开始越来越多地涉足芯片设计。在Mentor的系统厂商客户购买的设计工具中,有超过1/3的采购都是针对IC设计的。自动驾驶、物联网、云计算平台和智能家居等应用场景都需要从IC到系统的完整方案,而特定域架构的AI加速芯片可以满足定制化要求。传统的EDA门级、RTL甚至IP级设计都无法满足这种芯片设计的综合、仿真和验证要求。MentorEDA 4.0就是通过3D ICSiP等新的芯片制造技术、ECAD/MCAD协同设计,以及虚拟/物理数字孪生系统设计等来实现AI系统、大数据分析和云计算应用。

晶圆代工视角:高端工艺和特殊制程技术构成中国半导体制造版图

华虹宏力执行副总裁孔蔚然博士介绍了华虹宏力自主开发的超结(SuperJunction)技术, 其原理类似于DMOS,通过深沟槽(Deep Trench)来承受高压,这是华虹一个新的特色工艺。华虹宏力在晶圆代工产能方面采用“8+12”路线:在上海张江和金桥共有 3  8 英寸晶圆生产线,月产能约 16.8 万片,主要用于嵌入式非挥发性存储器 (eNVM)、电源管理芯片、功率元件、射频 (RF)、模拟与混合式信号等器件的生产。落户无锡的12 寸晶圆厂项目总投资约 100 亿美元,第一期规划为每月 12 寸产能为 4 万片,工艺技术以 65~90 纳米为主,预计 2019 年投产。

孔蔚然博士展望未来,认为中国本地的晶圆代工产业显而易见是由中芯国际和华虹集团并肩作战来主导的。中芯国际的梁孟松将力拼高端工艺14纳米和10纳米工艺,而华虹集团则擅长特殊制程技术,两者相辅相成将筑起中国半导体的版图。

本土Fabless公司视角:向国际IC大厂看齐

中微半导体副总经理兼技术总监苗小雨对比了中国本土IC设计公司与国际大厂的差距。就具体的半导体产品类别来说,全球模拟器件的市场规模为550亿美元,TI一家就占据20%,而中国IC设计企业没有一家能够占到1%。再看MCU,全球规模为200亿美元,NXPST等领导厂商占据了超过80%的份额,同样中国IC设计公司没有一家能够占到1%

专注于MCU的中微半导体2018年销售额不到10亿元人民币,而TI的销售额高达158亿美金(约合1062亿人民币),更难得的是其净现金流达到了38.4%TI成功的秘诀在于对自身的优势和短板认识得非常清楚,其战略方向也定得非常明确,重心主要体现在模拟部分和嵌入式方面。

虽然相比国际大厂,国内IC设计公司差距巨大,但苗小雨仍充满信心,因为中国市场足够大,本土IC厂商的增长空间不会因为国际大厂而受到限制,关键还是在于自己的战略定位、技术创新和客户服务能力。



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