中国半导体生态现实与变革思路

自2016年以来的这一波景气周期已经持续了两年左右，市场调研机构IC Insights最新预测，2018年全球半导体增长仍将维持两位数，销售额有望突破5000亿美元。从历史数据来看，虽然半导体有明显的波动周期，但平均增长率还是远高于全球GDP增长率，过去三十年，全球GDP增长了4倍，而半导体市场规模增长超过10倍。华登国际投资合伙人容志诚表示，半导体相对GDP的高增长还将延续，到2030年“全球半导体市场规模将达一万亿美元，占全球GDP的比例将从2018年的0.5%提升到1%。”

华登国际投资合伙人容志诚

不过，全球半导体生态发展极其不均衡，作为全球最大的电子制造基地，中国的芯片供应仍有大半需要依靠国外，如容志诚在2018中国（成都）半导体生态合作峰会上演讲时提到，2017年中国集成电路进口额为2600亿美元，占全球集成电路总产值过半。事实上，如果从整个产业生态来看，芯片的自给率并不是最低，半导体产业上游的开发验证工具、材料与设备等，国内都很落后。以工具为例，国内EDA市场95%以上被外资占据，“三大EDA厂商占国内超过90%的市场份额，剩下的市场还有ANSYS等这种国外公司来分，”华大九天董事长刘伟平告诉TechSugar，国内厂商的市场份额需要一点一点地从国外厂商手中去抢。

局部突破

从国内EDA行业发展，可以管窥整个半导体产业生态。前身是华大集团EDA部门的华大九天，虽然2009年才成立公司，但在EDA行业的经验，可以追溯到1980年代的熊猫系统，在国家正式启动EDA系统开发时，华大九天团队就已经参与进去。“从熊猫EDA到现在已经有30年，一方面扎根EDA是蛮艰辛的一个过程，另外一个方面，我们做得也不够理想，到今天才有一点小成果出来，离产业界期望还很远。”刘伟平说道。

华大九天董事长刘伟平

华大九天的成果，主要体现在三方面。首先，华大九天有一套完整的模拟电路（或者说全定制电路）设计平台。“做模拟电路设计，用我们这套系统，基本可以从头到尾做下来，”刘伟平表示，华大九天的模拟设计平台上电路仿真模拟工具（Spice）性能非常出色，比三巨头的工具还要“快很多，性能好很多，客户用了我们的产品之后很惊讶。”

第二，华大九天为SoC设计提供优化工具平台。不像在模拟与混合信号领域有全流程工具，华大九天的数字电路工具尚不完整，不过华大九天可以提供优化平台，为用户设计完成时序与功耗优化，“这套平台有很多想法与概念是我们最早在产业里面提出来的，现在一些国外大公司，也开始采用类似的概念来实现。这套工具我们做得还不错，国内市场占到80%。”

第三，华大九天有针对显示器面板的全流程设计工具。“面板要用薄膜晶体管来控制每个像素的工作状态，所以面板是一个大的晶体管阵列结构形态，有点像存储器的结构，这个市场比较特殊，全世界就华大九天专门针对这个市场做了全流程工具。京东方、华星光电、熊猫、彩虹、天马、惠科，还有维信诺，以及群创、友达等都是我们的客户。”

差距在哪里

虽然在局部形成了突破，但与全球领先的三大EDA厂商相比，国产EDA厂商差距非常大，而且差距并不只是体现在销售额上，用刘伟平的话说，国内EDA厂商还“没有能力全面支撑产业发展。”

相比三巨头，国内厂商第一个短板就是工具不够全。刘伟平介绍，只看集成电路产业所需的EDA工具，华大九天已有的产品线占集成电路所需工具的三分之一左右。“还有三分之二的东西我们没有，这是最大的问题，”刘伟平呼吁，在补齐工具链方面，国内厂商应相互配合，一起把工具做全，“如果做不全，就没有能力支撑产业。”

其次，国内EDA厂商与先进工艺结合比较弱。“设计与工艺对接的纽带就是EDA，如果EDA和工艺结合不够好，就很难起到纽带的作用。”刘伟平解释道。在与工艺结合方面，三大EDA公司有天然优势，它们在新工艺开发阶段就与晶圆制造厂合作，因此对工艺理解很到位，反过来可以更好地改进工具以支持先进工艺，而国内EDA厂商只能在工艺开发完以后拿到部分数据。另外，EDA工具与工艺结合的重要支撑是工艺设计套件（PDK）。作为工具基于工艺开发的一整套基础支撑环境，PDK包含了器件的模型、结构、设计规则检查以及库等，开发非常复杂，需要较大投入，目前国内EDA厂商都比较缺乏PDK基础。国内EDA产业与先进工艺结合不够的原因，与中国整个半导体生态不够成熟直接相关，“我们的生产技术还在突破14纳米，人家都已经做到7纳米了。”

第三个因素是缺人。据刘伟平估算，国内做EDA研发的人大约有1500人，其中约有1200人在国际EDA公司的中国研发中心工作，真正为本土EDA做研发的人员，只有300人左右。“我们有150个人，国内还有还有一些小的EDA公司，以及高校与研究所，总共只有300人，全球最大的EDA公司，研发人员大约有7000人，其中5000多人做EDA工具。”刘伟平强调，人才缺乏是所有问题的根本，“几十倍的差距，力量对比悬殊！”

缺人背后的主要原因是投入不足。刘伟平算了一下，从成立到现在，近十年时间，华大九天总投入不到5亿人民币，而“全球最大的EDA公司一个月投入就是5亿，一年投入11亿美元，差距确实很大。”投入不足，在招人留人方面就难以发力。

变革思路

半导体产业链上每一个环节要想发展好，都离不开持续稳定的投入。芯原微电子创始人、董事长、总裁兼CEO戴伟民就表示，京东方在成都的发展历史表明，一个产业要想做成功，需要以穿越半导体波动周期的眼光来定战略，在执行环节，更要以极大的勇气与耐心去看待市场波动，不能遇到困难就半途而废。他特意指出，在更换管理层之后，市场上有传闻称格芯（GlobalFoundries）将放弃在FD-SOI工艺上继续投入，实际情况并非如此，“格芯官网刚公布一则新闻，宣布FD-SOI已经拿到的订单金额超过20亿美元。”戴伟民认为，发展FD-SOI工艺对于丰富国内半导体产业生态，增加设计公司工艺选择机会，以及培育半导体自主供应链，都有比较重要的意义。

芯原微电子创始人、董事长、总裁兼CEO戴伟民

对EDA产业也是如此。华大九天成立还不到十年，但其在EDA领域的积累有三十年，前面二十几年虽然弱小，但保留了种子，积蓄了力量，当产业大形势转好时，发展就开始提速。“去年EDA相关业务翻了一番，今年预计还会有40%到50%的增长，业务已经逐步成长起来，进入了快速发展通道。”刘伟平说道。

限制产业发展速度主要因素，不外乎人才、资金、技术专利布局及产业格局。资金方面，在政府支持与大基金带动下，与前些年投入严重不足的局面相比有一定改善；技术布局方面，除了自主研发，与国外公司进行合作不可避免，包括必要的并购；在产业格局上，中国电子制造业对芯片自主可控的重要性已经达成共识，如何提升供应链安全性是全产业的问题，下游产业需要在市场化机制下对上游关键环节进行扶植。

作为智力密集型产业，半导体归根结底还是人才的竞争，中国工程师团队基数很大，但与美国等发达地区相比，高级人才数量仍然偏少，而且相比互联网等新兴产业，电子半导体对年轻人才的吸引力在持续下降。在中西部地区设立研发中心，通过区域经济差异来形成对人才的吸引力是一种应对方法，但不是长久之计。对整个产业而言，要想发展好，就必须做好人才梯队建设，没有持续高质量人才输入，没有让工程技术人员能够安心长期开发技术的环境，产业即便一时繁荣，也是空中楼阁。