如何实现集成电路“中国梦”?

01 8月 2017

前不久惊闻日本马桶遭国人哄抢以致断货的消息,近日单价人民币5000元的日本书包再度引发国内家长的疯狂追捧,诸如此类荒谬可笑的事件为人们增添了茶余饭后的谈资。然而惊讶之余冷静思索,此类事件背后透视出的不正是当前国内芯片制造业和设计业所面临的艰难窘境吗?

一、国内芯片行业现状分析

1、核心技术缺乏且对科研投入不足

工欲善其事,必先利其器。要设计出好的芯片,好的设计工具当然必不可少,芯片的设计工具俗称EDA软件。凡是做IC设计的大都知道国内业界所谓的三座大山,他们的EDA软件占据了国内90%的市场。虽然国内也有企业雄心勃勃力求有所突破,但是不论规模还是品质,都存在很大差距。

也许对于很多设计人员而言,看到的更多是这些EDA工具华丽的表面,只要按扭一按,想要执行的结果就出来了。可是,大家是否想过,这里面隐藏着的恰恰是来自于电路设计相关部门知识的积累和技术的整合。

目前,我国在模型这一领域几乎是一片空白。作为IC设计中的核心部分之一的模型协会,至今也没有一家中国内地企业参与其中,而这恰恰是国内非常缺乏的可利用资源。当然,这其实并不是我们的错。因为国内本来起步就晚,也没有Intel、TI、TSMC等巨头的资金和技术储备资本,大家都只能把公司的生存放在第一位。

美国的CMC大发展,得益于欧美大批的半导体厂、IDM和EDA厂商的支持。国内的困境主要有两方面原因:一是除了屈指可数的半导体厂(SMIC,HHGrace等)外,几乎没有大的IDM,而设计公司基本是Fabless运作模式,使用流片服务。这样一来,对模型建设感兴趣的参加者就寥寥无几了。

另一个更深层的原因则是短视性和对R&D的轻视。国内半导体乃至整个高新技术产业,大都以销售为主导,模型属于后端的工程部门,短期内无法产生效益,公司对此缺乏足够的耐心。即使是前端设计技术团队,其地位和资源也十分有限。国内目前半导体厂缺乏吸引力的原因之一是IP的缺乏,很多公司不轻易转单过来的原因,模型就是一个重要因素,因为模型不准,导致流片失败或者不达要求。根据最新的调查报告,28%的国内设计企业觉得缺乏足够的IP是和半导体厂合作的主要障碍。

2、管理体制存在缺陷

就国内的情况来说,国家层面的投资不可谓不多,出发点也非常好,但是国内拿项目的人不做项目,做项目的人拿不到项目,就是非常尴尬的状况。有的项目所有者只考虑身边的一些关联企业,并不是让市场去选择。所以,市场就用脚投票,不买你的产品,造成恶性循环。而国家也会不解,投下去的资金换来的效率为何如此之低呢。

另外,在立项和投资上,我们也必须谨慎再谨慎。有些走下坡路的,或者国外淘汰的东西,比如国内还有在开发24Ghz雷达传感器的业者,其实这在欧盟早就禁止了。目前占主流的是77GHz雷达传感器,其功能更强劲,目标识别率是24Ghz雷达传感器的三倍,测速和测距的精准率提高了三至五倍,在汽车领域也更安全。

可想而知,这样的落后项目怎么会有好的回报。还有些项目,更是纯粹为了迎合自己所在部门的考核,没有考虑市场情况下的项目申请,这个几百万,那个几百万,没一会工夫,国家一大笔钱就没了。所以,国家要把钱用在刀刃上,集中力量打歼灭战。

3、半导体产业资源整合不足

国家在多地成立了集成电路促进中心和孵化基地,为中小企业提供场地、流片、测量的一些服务。这个出发点非常好,可是IC设计是聚集很多KNOW-HOW的工程,属于知识密集型企业,一旦有一个地方知识点缺乏,就容易形成瓶颈,甚至溃败。

我曾经在和客户的接触中了解到,很多公司对采用哪个工艺实现芯片功能的问题上就非常迷惑,而这一步非常关键,需要有专家给予指导。因为,芯片经历的每一个环节都可能产生问题,如工艺、测试、设计、模型。如果出现了良率问题,该怎么分析并解决;如果出现了可靠性问题,应该用什么手段去检测、解决等。对中小公司,特别初创企业,如果没有各个环节上的支持,他们很容易在这么多的陷阱面前中招倒下。所以,半导体产业资源平台的建立,以及给中小企业以指导性的支持是非常重要的。这个我们在后面会具体分析如何改善。

二、欧洲芯片的研发分析

我们先来看看欧洲是怎么实现一个芯片项目的研发,解析整个项目流程,从立项、管理、资源整合,最后到项目成功验收各个环节,从而学习它们在项目中的优点,获取内涵的东西。

德国在技术上的开发分三个环节。第一是完全的基础研究,即材料、物理、化学等,比如我们比较熟悉的MAX-PLANK,俗称马普所;第二是和产业界比较相关的FRAUNHOFER研究所,主要做一些产品的原形,它和工业界联系比较密切;第三是我们比较熟悉的INFINEON公司,实现产品量产和市场大规模应用。一般来说,前沿的超大项目是以市场的前瞻为主导的,所以,通常是首先通过公司反馈给国家层面的科技部门进行立项,然后通过资源合理分配,共同开发新课题。

图中的项目背景是太赫兹的应用。它立项的原因是要实现富有挑战性的、低成本的、紧凑和高效的太赫兹信号源和接收器发展,推动完全整合的低成本电子太赫兹解决方案。市场定位也很明确,主要是为了满足商业和其他非军用市场中对相关的高性能电路和系统的成本、外形设计和能源效率的要求,主要应用在有高速度的通信领域(100Gb每秒)、120GHz的工业传感器、汽车防撞雷达,以及用于安全扫描、人体健康和生物方面的毫米波影像和检测等。

确定一个芯片要实现的功能和指标,整个项目就必须分工明确。首先要研究目前哪个工艺是最有效率开发这款芯片的,如果有困难,工艺上怎么改进。其中,制造环节的评估是非常重要的,这是一个大方向,如果对了则事半功倍。接下来,是进行EDA环境下的仿真,比较一下模拟结果和指标之间的差距,如果不符,则要进行工艺参数的调整来不断接近指标。等到模拟结果达到要求就开始流片,而工艺起始参数的参考则来自于仿真的结果。在理想状况下,流片后器件的结果就是模拟的结果,如果不是,那么还要通过许多轮工艺的调试,取得最后成功的流片结果。

来源:慧聪电子网

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