中国的芯片产业的机遇与挑战

中国芯片产业的机遇

与挑战

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移动计算和物联网时代，庞大的终端电子设备市场背后是集成电路设计和制造的无限商机，但由于这些设备对高性能、低功耗、小体积的三大眼科要求，集成电路设计和制造的技术水平需要快速提升，产生了高价值的先进技术、高成本投入与终端产品低成本设计二者之间的矛盾，。集成电路设计与制造已经不再是单打独斗的年代了，面对机遇与挑战，IC产业链的上下游需要开放合作，打破传统，才能应对产品快速迭代、多功能/高性能发展的要求。

移动计算和物联网时代下，集成电路设计与制造产业拥有很多的机会，反之强劲的市场需求同时带来了对芯片更高性能、更低功耗、更小体积等的要求，也带来的是对芯片制造工艺和设计水平的挑战。

1、应用市场需求带动IC技术发展

根据BI Intelligence的市场调研数据显示，2013年全球平板电脑、只能手机、PC三大消费类电子设备的总体出货量超过了40亿部，预计2018年将达到接近80亿部的市场规模。庞大的市场背后蕴藏了巨大的集成电路设计与制造发展与想象的空间。

智能手机、平板电脑、PC三者占了集成电路设计和制造非常大的比重，这些市场会带来很多技术需求，移动设备处理器的运行和处理速度会越来越快，工艺越来越精密，CPU从32位扩充到64位，SOC芯片内部集成的晶体管数目翻倍增多，CPU内核从双核、四核发展到现在的八核；对图形处理的精密度一级速度要求更高；对电池的续航能力以及快充能力的需求更强烈等等。针对这些技术性能的需求，集成电路的设计与制造厂商只需要针对这里面的其中一点找出最佳解决方案都一定会有非常大的市场。

除移动计算，物联网（IOT）对技术的需求会更高。从图1我们可以看到，

图1 2018年全球的物联网设备与智能电子产品的总体出货量

2014年全球物联网设备总量甚至快要比智能手机、平板电脑、PC三者的需求还要多。据BI Intelligence预计，2018年全球的物联网设备与平板电脑、智能手机、PC的总体出货量将达到180亿部，到2020年甚至会攀升到500亿部，这为集成电路设计以及制造开拓了一个更大的发展空间。

物理网与移动计算最大的不同在于传感器，物联网时代传感器的使用是无处不在的。从个人脉搏、血压、血糖的测量，家中所有电器设备连接，到智能交通、无人驾驶汽车等，这些都需要使用到传感器。

无数的传感器采集到的大量数据，需要连接到处理器，需要有一个很好的互联网端支持，这就要求高速度和低功耗的设计，以满足未来智能物联的需求。未来是一个全面智能的社会，智能城市、智能家庭是发展趋势，未来集成电路的集成技术、制造工艺会朝着这个方向发展。

预计2020年以前，物联网的总体收入将达到1.9万亿美金，全球移动流量会达到127EB以上，APP应用下载量将超过2680亿，云端存储/大数据存储甚至会超过3500PB，这些海量的数据背后，就是IC产业链上厂商们的机会，他们的主要任务就是用先进技术去实现这些海量数据的应用带来的价值。

2、IC性能、功耗、体积、成本带来的挑战

对性能、功耗、体积的要求可以从图2看到，性能方面，每一颗芯片上的

图2从性能、功耗、体积三方面看IC设计发展

本地时钟的性能将从2013年的4.05GHz提升到2025年的6.483GHz；性能方面，高性能（配备散热器）情况下允许的最大的功耗值将从2013年149W降低到2020年的130W；体积/面积方面，在一个面积为858mm2大小的ASIC芯片内，2013年能集成近292亿个晶体管，到2025年将增加至超过4671亿个晶体管，同时集成电路里面的MPU/ASIC金属层的间距将从2013年的27nm减至2025年的6.7nm，对应的金属层堆叠层数将从2013年的13层发展到2025年的16层，为晶体管腾出更多地方。由此可以看出，一部手机或者PAD并不像他们外表看起来那么简单，他们是需要大量的研发才可以做出来。

出了性能、功耗、体积方面带来的挑战外，产品上市的时间和数量、产品的质量和可靠性等都是IC设计和制造厂商必须面临的问题，产品上市越早，掌握的资源越多，上市的量够快够多，将比竞争对手提前抢得商机，IC厂商需要将性能、功耗、体积都进行整合和优化，而不是单独优化，这样才能实现最优，同时还要保证整合后的高质量和高可靠性，这些都是IC设计和制造公司需要挑战的难题。

最后，还有非常重要的一点是成本问题，随着工艺制程的下降，所需的IT人

力成本翻倍上升。根据IBS的数据显示，如果以65nm制程工艺需要的IT人力成本为基线，看作是1，那么40nm所需的IT人力就相当于65nm的1.5倍，28nm 相较65mn需要增加2.2倍的人力，20nm则是65nm的3.9倍，16nm则需要高于7.7倍的人力才能够将产品设计出来。

不只这些，在IC制造方面也面临同样的问题。从6英寸到8英寸、12英寸、18英寸，所增加的成本比工艺制程从65nm到16nm所增加的7.7倍还要多，6英寸到18英寸需要增加25倍的城北，包括投入的设备、厂房等各方面成本，一直在往上增加。以设计一个产品为例，采用32/28nm工艺的时候，设计成本需要5000万~9000万美金，采用22/20nm则需要增加至1.2亿~5亿美金，同时对应的光刻成本将从200万~300万美金增加到500玩~800万美金，根据IBS的统计数据，2013年全球前十大晶元厂设计公司的平均净收入为13.97亿美金，那么当要投入20nm或者28nm工艺生产的时候，需要从净收入中支付上述成本，一旦产品上市时间不够快、上市量不够好，时间上被对手赶超了，那这对于设计公司来讲是一个很大的伤害，公司运作就会出问题甚至难以运作下去。由此可以得知，一个关键的问题是，付出昂贵的设计费之后，产品如何比竞争对手抢先一步上市，并实现盈收和资金回流，让公司继续更好营运，这也是集成电路企业的风险和挑战所在。