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中国IC设计业的魔力

文章来源 : 中国工业新闻
2022年06月13日 11:43

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  编者按:自1956年中国将半导体作为国家重要的发展领域后,今年是第66个年头。回望66年的发展,从无到有、从小到大,半导体产业经历了风雨坎坷同时又迸发出无限的生机。在中国“十四五”提出数字经济发展规划,瞄准集成电路等战略性领域之际,半导体产业纵横推出“国产化进程”系列专题,讲述当今中国半导体各领域发展进程,解析国产化最新态势。本期为“国产化进程”专题半导体产业链篇第三篇文章:半导体设计。
  半导体产业纵横编辑部
  近年来,中国IC设计业正飞速发展。
  IC设计是IC制造流程里面利润最高的一个环节,而且自垂直分工的商业模式成熟以来,IC设计(Fabless公司)由于没有下游的晶圆制造厂和封装测试厂资本投入大、空置风险高,其利润率和风险远优于其他环节。目前国内IC设计产业已超越封测成为IC产业链中占比最高的环节。
  据中国半导体行业协会数据,2021年设计业销售额为4519亿元,同比增长19.6%;制造业销售额为3176.3亿元,同比增长24.1%;封装测试业销售额2763亿元,同比增长10.1%。三业占比分别为43%、30%、26%,较2014年的产业比例(35%、24%、41%)趋势愈加合理(全球三业合理占比约为3:4:3)。
  中国IC设计厂商地域布局
  我国集成电路产业的聚集度较高,主要集中在长三角、珠三角、京津环渤海及部分西部省区。
  

 

  数据来源:ICCAD,制表:半导体产业纵横
  从城市来看,上海是2021年IC设计业规模最大的城市,紧随其后的是北京、深圳、杭州、无锡、南京、西安、成都、武汉、珠海。
  从区域来看,以上海为中心的长三角洲地区2021年销售额达到了2383.3亿元,同比增长48.9%;京津环渤海地区2021年销售额为984.3亿元,同比增长76.7%;中西部地区2021年销售额为573.7亿元,同比增长40.3%。只有珠三角地区销售额在下降,2021年销售额为936.2亿元,同比下滑了36.9%。
  长三角地区是中国集成电路产业基础最扎实、技术最先进的区域,产业规模占全国半壁江山,设计、制造、封测、装备、材料等产业链全面发展。中芯国际、华虹宏力、韦尔股份、复旦微、澜起、长电科技等公司均成长于长三角地区。
  2021年IC设计企业数量为2810家,比2020年的2218家增加了592家。
  而今年一季度,很多上市的IC设计公司都交出了比较不错的成绩,业务整体仍保持增长。澜起科技、国民技术营业收入更是同比增长超过200%。
  但是,也有一部分公司的营业收入在同比下降。例如,汇顶科技、恒玄科技、瑞芯微等。
  

 

  中国IC设计厂商的伤疤
  虽然厂商数量在两年内大幅度增长,但国内IC厂商仍需面对摆在面前的一些现实问题。
  设计能力不足
  国内的IC设计企业在一些细分领域有一定的成长。比如内存接口IC、AIOT IC、CIS等。
  内存接口IC是服务器内存模组的核心逻辑器件,位于CPU到DRAM内存颗粒的命令地址总线通路和数据总线通路上,其主要作用是提升内存数据访问的速度及稳定性,满足服务器CPU对内存模组日益增长的高性能及大容量需求。2021年10月29日,澜起科技宣布其DDR5第一子代内存接口及模组配套芯片已成功实现量产。英特尔与澜起科技在内存领域已密切合作了十多年。
  AIOT IC领域,多媒体SoC芯片主要应用于智能机顶盒、智能电视以及AI音视频系列等终端产品中,国内外SoC芯片技术相当。目前国内SoC芯片制程和解码能力已和国外达到同一水平,且在智能机顶盒芯片领域,国内以12nm的先进制程能力胜于国外的28nm制程。晶晨股份的多媒体SoC已经被中兴通讯、创维、小米、阿里巴巴、Google、Amazon等众多国内外知名厂商广泛采用。
  CIS领域,据市场研究机构Counterpoint最新报告预测,2022年韦尔股份CIS业务全球市占率12.9%,稳居全球前三。手机CIS方面,2021年,韦尔股份推出了应用于智能手机的2亿像素全球最小0.61微米像素尺寸产品。
  然而,中国IC设计企业在高端芯片的设计水平,仍旧赶不上国际大厂。
  在CPU领域,X86架构CPU主要由Intel、AMD两家厂商垄断,合计份额近100%。我国对CPU的高度依赖已成为数字化经济的巨大软肋,国产CPU例如华为鲲鹏、龙芯、兆芯虽然在工艺、性能、生态建设等多个层面不断取得突破,然而规模还比较小。智能手机AP领域,中国台湾联发科、美国高通、苹果三家厂商占据行业80%以上份额,虽然中国大陆海思、紫光展锐也在智能手机AP市场有立锥之地,但海思受美国制裁影响,份额已由20Q4的7%下滑至21Q4的1%。
  总的来说,国内的PC、服务器领域应用的CPU、GPU对国外厂商的依赖度还是比较高,国内玩家数量少,且目前在性能和商业生态上同国际巨头还存在一定差距。
  存储领域,长江存储虽然已经量产128层NAND Flash,但是DRAM、NAND Flash国产化率也不足1%。
  剖析其原因,中国集成电路设计业成长的历程非常短暂,而国际集成电路设计行业有30年以上的发展历程。而国外在这领先的30年里,积累了大量的人才与资本,形成了良性循环,商业壁垒与护城河建立。半导体行业技术更新迭代迅速,行业命题不断变化,积年累月,国外大厂就形成技术天堑。
  此外,很多国内的IC设计厂商创始者,都出身于国际大厂,他们的产品很有可能只是停留在优化改进的阶段,而不是真正的创新和迭代发展。
  资本研发投入不足
  国内企业的资本研发投入不足,研发占比基本都在10%~20%之间,国外IC企业则在20%左右。而国外大厂营收远远高于国内企业,这就意味着可能有些国内IC设计公司的研发投入还不如国外大厂的零头。在半导体这种高投入的产业中,IC投入越高,企业的长远前景更好,且成本也会越来越低。
  产业人才基数小且分散
  国内半导体产业人才本就不多,去年,清华、北大相继建立集成电路学院,算是培养半导体产业人才的大动作。业内常常有人说,IC从业者要坐得住“冷板凳”。按照半导体行业的规律,从业者要在一线连续埋头苦干十年,才能成为某一领域的专家。但是很多人可能没有“熬成”专家,就调岗或者跳槽。现在的很多半导体产业猎头及投资人,都有半导体从业经历。
  另外,部分龙头企业的技术骨干业选择离开龙头公司自主创业。近年来,从中芯国际、紫光展锐等国内龙头企业出走的人就不在少数。这也会导致国内整体IC产业链竞争力的下降。
  费用支出过多
  半导体产业链上的每个公司都需要砸重金,IC设计公司也不例外。
  流片费用
  Fabless模式下,IC设计企业存在一个巨大的研发费用黑洞就是晶圆厂流片费用。目前,5nm的流片费用就需要3亿人民币,这还只是是生产,万一流片后的芯片无法达到预期的性能,这个设计方案就要修改或者直接不使用,这就意味着还要再进行流片。以小米为例,据悉,截止2019年年底,澎湃S2流片一共失败了六次,每次费用高达几千万元,而直到现在,澎湃S2仍然没有推出。
  2. 专利授权费用
  不同的IP核心代码授权、指令集授权的报价在数十万至上千万美元之间,有些情况下会更高,但具体的成交价格也有相当的浮动空间。一般来说,指令集和核心代码授权的费用是与芯片的最终产量无关的,所以对于芯片厂商来说这是一项固定的成本。
  拥有核心技术和知识产权是IC企业发展的核心竞争力,如Intel因为X86架构可以控制全球绝大部分PC处理器市场,而移动终端处理器方面,ARM则比较吃香。国内众多IC公司在研发和生态积累上比较薄弱,因此其IC产品大多也是用的是国外IC巨头企业的架构和IP。
  3. 开发工具费用
  以EDA工具的行业领导品牌Synopsys为例,其销售的EDA工具软件一般是按照功能的多少来定价的。每个功能模块的报价都在数万至十几万美元/年。一款复杂芯片的设计过程中需要的EDA功能模块动辄几十上百项,因此仅仅是购买这套工具每年的花费就会有几百万乃至千万美元以上。
  繁荣并不“虚假”
  国产替代为国内半导体产业提供机会
  近年来,美国频频对国内半导体公司进行制裁,而当前我国集成电路自给率较低,随着政府及企业的持续投入,我国集成电路产业会有巨大的市场空间,尤其是进口替代市场,自主可控将成为我国集成电路产业发展的关键因素之一。5月26日,深圳发布《关于促进消费持续恢复的若干措施》,除了提及电子产品、汽车等消费品进行补贴外,在第五条明确提出“扩大信创产品市场规模”。新增关键信息基础设施中信创产品的采购比例,党政机关、国资国企不低于40%。
  除此之外,集成电路行业从中央政府到各地方省市都出台了各种支持集成电路产业政策扶持。2022年6月6日,深圳市发改委、深圳市科技创新委员会、深圳市工信局、深圳市国资委发布《深圳市培育发展半导体与集成电路产业集群行动计划(2022-2025年)》,《计划》指出,到2025年,产业营收突破2500亿元,形成3家以上营收超过100亿元和一批营收超过10亿元的设计企业,引进和培育3家营收超20亿元的制造企业,集成电路产业能级明显提升,产业结构更加合理。
  此外,国家大基金为集成电路企业提供长期稳定资金,科创板设立则为高科技企业提供了多样化的融资手段。
  打入国内外终端厂商的供应链
  很多国内IC设计厂商的客户遍布全球,也从一定程度上说明了产业对其的认可。以紫光展锐为例,据Counterpoint,紫光展锐继续在LTE产品组合驱动的低频段(<99 美元)中获得份额。紫光展锐在99美元以下的份额从2021年第一季度的20%增长到2022年第一季度的 47%。随着realme、HONOR、摩托罗拉和三星推出搭载展锐Tiger系列SoC的手机,紫光展锐扩大了客户群,并进入了三星Galaxy A系列。
  还有卓胜微,卓胜微初始业务为数字电视、移动电视芯片,2010年后,以LNA以及射频开关为切入点,开始转型射频前端芯片的研发和销售,2012年后形成完善的布局,陆续推出了包括GPS LNA、WiFi开关、天线调频开关tuner、射频通信LNA等产品,逐渐打入三星、小米、OPPO、vivo、华为等主要安卓品牌厂商的供应链。
  种种迹象表明,国内IC设计业正在真实的繁荣着,这也要求国内的IC设计公司能够更加努力。随着我国经济的高速发展和战略性新兴产业的兴起,集成电路产业将获得更加广阔的市场和创新空间,将出现更多层次的市场需求。中国IC设计企业应该加大研发投入,选择合适的细分领域,努力打造大型企业和龙头企业,做世界集成电路产业的领头人。(澎湃新闻)
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