伴随着数字化转型和“双碳”目标的确立,以及疫情常态化、半导体行业进入后摩尔时代,这一系列变化将对半导体行业带来哪些变革?当前产业内有哪些技术趋势与芯片设计开发者需求变化?从这些问题出发,新思科技全球资深副总裁兼中国董事长葛群先生,通过数字化转型根技术提供者的视角,分享中国半导体产业的未来发展轨迹。
第一问:数字化转型打破半导体行业周期性发展规律?
疫情给全球芯片供应链所带来冲击显而易见,由于各国家及地区疫情恢复程度不同,供给侧产能受到不同程度的制约。与此同时,疫情暴发刺激了并加速了全球数字化的发展,导致芯片制造产能达到峰值,面对旺盛的需求,供需端不平衡造成需求缺口。Gartner在今年二季度发布的报告中指出全球半导体库存指数小于0.9,预示全球市场处于半导体严重短缺时期。
新思科技全球资深副总裁兼中国董事长葛群指出,事实上,过去数十年来,半导体产业一直呈现极强的周期性发展规律。“尽管业内早已开始讨论本轮半导体周期的顶点将会于何时出现,产能紧缺导致的缺芯何时能缓解,但是我认为,随着数字化转型带来更大的半导体刚性需求,‘缺芯’可能在未来五年都是绕不开的话题。”
葛群表示,数字化的进程不仅能重塑产业逻辑与经济形态,更将进一步释放技术创新活力、开辟新型经济的增长点。由此而诞生的数字经济相关产业的地位有望进一步提升,人工智能、5G通信、云计算、元宇宙等领域将获得充分的政策支持,技术进步和行业高速增长,给人才提供了巨大的舞台,也为资本市场提供了优质投资赛道与宝贵投资机会。
“数字化转型是把真实的物理世界投射在数字世界的过程,未来更将原来已经存在的几十年、上百年的传统产业融入数字化技术后再进行优化,最终使得生产效率、生产力变得更高,让产业体量变的更大。把传统的产业进行数字化改造是中国产业升级最核心的工作,而且中国毫无疑问在这方面走在了全球前列。”他指出,“在数字化转型过程中初期一定会阵痛,有很多技术挑战,也会产生不适应,生态链的发展也会有不平衡。作为支撑数字经济成长的基石,芯片的重要性不言而喻,反过来数字经济也给芯片带来了更多的市场需求。”
葛群解释,如果简单描述一项数字化的任务,包括了感知——传输-云端/边缘处理——通信下发任务到端——端控制动作。在感知环节,需要大量的各种类型的传感器支撑;在传输环节,需要WiFi、蓝牙、5G/6G、甚至类似星链等新兴网络连接技术;在计算和处理环节,需要各种算力强大或节能的CPU、GPU、DPU、存储器等,如果在这个环节进一步挖掘所产生的数据,还需各种AI推理、训练和加速芯片;在最后数据处理完成后,要通过通讯下发到终端去执行操作,反映或指导人类的生活,就需要各种精确的控制器等。“所以数字经济时代,人们生产、生活的每一个环节都离不开芯片,这将为芯片行业创造指数倍数量级的市场容量。”
在数字化浪潮下,无论是生活物资的制造,还是汽车的电气化,整个社会已经无法回到离开芯片还能运转的状态。数字化趋势已经改变了社会结构,而且爆发点还未到来,因此他认为这种可预见的更为庞大的需求将改变以往几十年半导体行业周期性的波动,并且近段时间全球各地新建的芯片制造产能需要2~3年才能投入量产,为此预计在5年内芯片的需求都无法全部得到满足。
第二问:创业+跨界造芯,谁将掌握未来芯片设计?
日益庞大而多种多样的应用需求,推动了芯片产业的蓬勃发展。市场研究机构IBS预测,2030年全球集成电路产业规模将超过1万亿美元,是2020年的2.6倍。这一预计还趋向保守,没有考虑数字化大跃进带来的新增需求。芯片设计创业公司如雨后春笋般涌现,同时各种互联网、汽车、手机等系统厂商也跨界进入了“创芯”的行列。
葛群曾在近日新思科技的开发者大会上分享了2021年的调查报告,指出市场及资本最为关注的六个芯片创业赛道,包括汽车MCU、自动驾驶ADAS、GPU、WiFi 5/6、DPU、AIoT。另外,随着互联网、手机及汽车等系统厂商规模壮大及竞争日趋激烈,催生了他们对于差异化定制芯片的更高需求,越来越多的企业走上自研的“创芯”道路。
“中国是全球唯一拥有联合国产业分类中所列全部工业门类的国家,具备了最强的系统能力。在最大的市场需求及系统能力支撑下,以往根据现有芯片功能去设计终端系统的方式转变为根据终端系统要求去定义芯片功能,在这种需求越来越无法满足的情况下,很多系统和互联网公司就走上了自研芯片的道路。”葛群表示,“背后的逻辑是差异化的需求,促使系统厂商通过自己实现芯片,来巩固其对终端市场的把握能力。”
无论是芯片创业者,还是跨界造芯者,产品上市时间都是芯片开发者们最大的挑战。与此同时,随着芯片制造工艺演进和系统级架构的改变,芯片设计的规模和复杂度都呈几何级增长。葛群指出,作为芯片设计的基石,新思科技等EDA及IP提供商将在这种转变中发挥越来越重要的作用。
“例如新思科技推出的解决方案就是把芯片设计思路抽象化,将底层细节和经验都归并至工具形成一个设计方法学,芯片设计工程师可以使用高级硬件描述语言编写代码来实现芯片功能,功能验证后再通过逻辑综合工具将硬件描述语言转换成逻辑电路图,最后进入制造环节。这极大地提升了芯片设计的效率,引发了芯片设计行业的流程变革。”他表示,“新思科技一直在引领芯片设计从抽象描述变成具体实践的工具创新,未来将进一步提高芯片设计的抽象层次,用更高层的语言描述系统和芯片并将之后变成芯片,以解决系统级的复杂度,这就是我们提出的‘SysMoore’的概念,从更高的维度来思考解决半导体行业挑战的设计方法学。”
新思科技的目标是,一方面通过融合设计工具以及芯片全生命周期管理平台,解决对于不同工艺尤其是硅工艺的建模和抽象难题,使得人类能更好地利用不同工艺,尤其先进工艺进行创新。另一方面充分利用AI、云、大数据等技术,让EDA的算法变得更强大,增强EDA性能,降低芯片设计门槛,能够让更多的人参与到芯片设计当中来。
那么问题来了,在新需求下,系统厂商、芯片厂商和EDA厂商,未来谁将能主导芯片的设计?
对此葛群认为,系统厂商的优势在于对自己的终端、对客户的需求很了解,但是对众多的芯片架构/微架构的了解不如传统芯片公司,也不熟悉如何去高效运转一个芯片设计公司。“系统公司研发产品的习惯和逻辑与芯片研发有巨大的差别,例如系统公司的终端产品更新周期快,需要尽快上市,如果软件有bug,可能一晚上就要调试完,但是一颗芯片从设计到生产出来需要18个月左右。”他指出,“国内前几年就有系统公司、软件公司尝试做芯片,他们面临的最大挑战就是面对众多芯片架构,他们不知道要实现自己的需求,哪一种是最合适的,哪一种制造工艺最合适。”
而芯片设计公司的优势是对芯片架构的了解,能够以合适的工艺,以最优的成本按时间窗口把芯片做出来,但缺乏的是对系统、终端应用的深入了解。芯片设计公司需要找到好的系统公司合作深入挖掘需求,以提供灵活的、能适应多个终端应用的通用芯片。
面对这两类客户,新思科技提供的是完全不同的服务。葛群表示,对于系统厂商,目标是通过各种IP模块和设计工具帮助他们解决芯片架构和工艺的选择;对于芯片公司,目标是通过仿真验证、快速原型等更快、更易用的工具,使芯片生产出来之前就能模拟出实际的性能、功耗等表现,节约成本和设计周期。“从某种意义上来说,EDA公司的目标是将此前的芯片设计经验积累下来,使之数字化,以便将过往的经验快速高效地复用到今后的芯片设计中。这就是新思科技DSO.ai的概念,它是行业内第一个用自主AI系统帮助客户进行芯片设计的解决方案。融合设计+DSO.ai可以帮助客户用AI的系统进行芯片设计和开发并达到最佳效果,设计流程和上市速度也是最快。”
除此之外,这两类客户在晶圆厂等产业链的资源和支持方面也是全新的领域。对此葛群强调,新思科技一直致力于一个越来越大的产业链合作伙伴,通过“朋友圈”的力量使客户的每一种系统场景、每一个细节的需求都能满足。“新思科技的优势是能够从最底层的工艺优化、芯片优化到软件优化推动全流程优化,从而做到更高层次的优化、更高层次的抽象。我们有很多合作伙伴,可能在某个细分领域已经深耕多年,但是缺少像新思科技这样拥有一个最完整的工具链;新思科技也发现有些本土的EDA公司在某些点工具上非常有亮点,因此新思也非常积极的跟本土的产业链上下游,甚至同行进行合作互补,目标都是为了给客户提供更好、更完善的工具和服务。”
比如新思科技与芯和半导体在先进封装领域的合作,客户使用新思科技的设计工具导出芯片的版图数据后,就可以直接导入到芯和的封装设计工具中进行下一步设计,不用再重新迭代数据。“这是一个很好的合作典范,让我们的中国客户能够不改变现在的生态工作流程,又能够享受到芯和最先进的基于2.5D/3D的封装设计和分析工具。”他强调,“新思在中国产业链中挑选的合作伙伴都能够进行很好的互补,我们合作不是口号,而是真正能让双方共同客户享受到合作带来的价值和收益。”
第三问:国产EDA能否借鉴新思科技的发展经验?
近期,国内呈现EDA企业数量快速增加、融资案例量次齐增的局面。据不完全统计国内EDA企业到6月底已有64家,资本热捧下融资活动也十分频繁,融资规模更大。在资本、政策的倾斜下,有一些成立才1-2年的公司打算借由并购的捷径来迅速壮大,表面繁荣之下不乏隐忧。那么新思科技的发展经验,国产EDA厂商能否借鉴?
葛群指出,能借鉴的是新思科技发展里始终坚持的“长期主义”这一底层逻辑。
他强调,首先必须重视人才培养。EDA是实现技术创新的源头,是集成电路产业的根技术。EDA技术自身的创新显得尤为重要,但目前EDA人才市场情况却不容乐观,且从高校课题研究到能够真正实践从业,EDA人才培养周期往往需要十年的时间,因此如何培养EDA人才、以人才确保创新需要重视。新思科技十分注重人才培养和人才梯段的建设,每年30%+的研发投入,包括详细的人才培养计划,建立联合实验室、培训中心和新思智库,举行国际会议和境外培训,并联合高校进行课程适配等。
第二,持续研发并尊重半导体行业的发展规律。EDA公司应该尊重半导体行业的发展规律,并持续投入研发。在研发过程中要重视与下游领先芯片设计公司、晶圆厂甚至封测厂商展开全方位的合作,EDA公司才能第一时间了解到最新工艺相关信息及数据,从而更新EDA和IP产品,以满足下游客户的最新需求。新思科技就近30年来一直与台积电、英特尔、三星、Arm等全球领先的产业链企业保持合作关系,持续开发适用于最先进工艺的IP产品。但是葛群强调,保持前沿技术的投入一定会有风险,并不是每次投资都会成功,但这是公司成为领导者的必经之路。
第三,要树立以客户为主的观念,全方位赋能客户成功。新思科技进入中国26年来,一直秉持与中国半导体行业共同成长的理念,立足本土市场发展情况和产业需求,提供相应的技术支持。在不同的时期、不同的阶段及时调整方向和策略,做到始终以客户的需求为中心。比如,经过20今年的发展,中国半导体行业进入新的发展时期,资本对于技术和产业的推动作用逐渐凸显。因此,我们开始在中国成立新的战略投资基金,作为母基金通过与中国本地企业和投资机构携手合作,不仅在资本上支持芯片技术和最新科技创新,还借助新思技术的力量赋能创新企业快速成长。
第四,并购壮大的前提条件是自身的产品和市场能力足够强大。由于EDA工具技术要求高,涉及环节多,至今仍未有本土企业做到全流程覆盖。诚然EDA的发展史就是一部并购史,但是仅仅依赖资本收购并不能有效解决本土EDA产业技术积累相对较浅的问题。葛群强调,新思科技马上要迎来成立35年的里程碑,但是公司的大部分并购是发生在新思成立10年后。他指出,“我们相信中国巨大的市场一定会孕育出优秀的EDA企业,但是成长起来靠的是企业扎扎实实地打牢技术和产品基础,先获得本土客户的信赖和认可,才有能力去消化和并购。”
结语
葛群强调,数字化带来的市场机会和技术挑战并存,半导体产业链可能会随时面临各种不确定因素,但是相信“芯片人”有足够的韧性去适应这样的高动态的市场和产业变化。“新思科技作为中国半导体产业中重要的一份子,目标是针对中国产业提供更完善、更智能的工具。”他提出“+新思”的说法来倡议建立芯片产业命运共同体,“这个新思一语双关,不是一定要用新思科技的工具,而是更希望所有的合作伙伴和客户都能够拥有更多新技术、新的思想、新的思路,希望中国半导体产业大家庭在‘新思’的帮助下得到更高质量和更高速度的发展。”
