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致力更多从0到1的破局,芯耀辉如何让国产IP突出重围?

来源:爱集微

#芯耀辉#

#IP#

09-14 07:21

集微网消息,数字经济正迅速成为中国产业升级、变革的驱动力,数字产业会和产业数字化转型对半导体带来更大的刚性需求。“十四五”规划和《2035年远景目标纲要》中均提到,“打造数字经济新优势,聚焦高端芯片、操作系统、人工智能算法、传感器等关键领域;加快布局量子计算、量子通信、神经芯片、DNA存储等前沿技术。”芯耀辉产品技术支持总监刘好朋指出,“真正制约数字经济的是芯片,并且不是短期内能解决的,需要长期规划和短期使用的结合。中国芯片产业的突破,离不开IP等上游核心支撑技术的短板突破。

国产芯片在变革中机遇与挑战并存,IP等产业短板亟待解决

数字经济时代意味着海量数据处理需求,各种类型的芯片承担着数据的收集、识别、存储、处理和传输,毫无疑问,芯片是数字经济发展的基石,数据也显示,中国早已成为全球最大的芯片市场,2021年的芯片消费量超过4300亿美元。但是一个不争的事实是,我国在芯片领域的发展水平与其他国家相比仍有较大差距,美国波士顿咨询公司的报告指出,中国市场最终消费了全球23%的半导体,但其中仅有14%能够由国内芯片企业供应,相比之下,美国供应了全球半导体45~50%的需求。

在产业变革与中美博弈不断升级的大势下,中国芯片设计企业迎来了机遇与挑战交织的局面。

刘好朋指出,作为全球最大的半导体消费市场,中国内需市场潜力十足,政策和资本的助力为产业发展提供了广阔市场空间,推动芯片设计企业在近年来蓬勃发展。

来源:中国半导体行业协会集成电路设计分会年会 2021

“中国半导体行业协会数据显示,尽管受到趋近饱和的消费市场和疫情的影响,2021年国内芯片设计企业数量和销售额仍有高达20%的增长。去年设计企业数量达到2810家,同比增长26.7%;实现销售额4586.9亿元,同比增长20.1%。伴随着上游EDA、IP、设备、材料和下游制造、封装的协同发展,全球竞争格局得到一定程度改善。”他表示,“同时我们也要看到,国内设计企业仍然存在体量小、竞争力有待提升的问题。全球十大IC设计厂商仍主要由美国企业占据,甚至IC Insights数据显示去年国内设计公司份额从2020年的15%下降到2021年的9%,而美国厂商份额则从64%提升到68%。”

除了全球产业格局变化,架构、应用创新和半导体技术的升级换代也使国内设计公司在变革中觅得良机。

刘好朋举例说,从计算模式来看,芯片设计正从通用架构走向专用架构;从同构转向异构;从串行转向并行;从中心计算转向边缘计算。从技术实现手段来看,硅基工艺正在从FinFET走向GAA FET或MBC FET等新型制程架构;摩尔定律放缓使Chiplet等先进封装重要性日益凸显;量子计算、光子计算等替代硅材料的前沿技术探索加速。此外还有算力中心化转向数据中心化、开源从软件平台向硬件设计扩展等等。

在上述技术变革下,单个芯片产品集成越来越多的功能、单个芯片集成越来越多的IP、先进代工厂和工艺越来越集中,协议标准又不断快速演进,芯片设计复杂度、成本和风险持续提高,使得先进工艺签核流程日益复杂,良率爬坡过程越来越长。对于芯片设计企业而言,从16nm切换到7nm意味着架构从设计到后端都要做很多改动,尤其模拟相关的的设计,设计周期和人数也成倍增加。

“机遇与挑战并存的局面,使我们需要在EDA、IP、设备、材料等产业链各个环节合力才能使整个产业良性发展。作为芯耀辉所处的IP环节,随着设计公司越来越多地使用经过验证的半导体IP,并寻求专业化的定制服务以降低设计风险和成本,IP产业也扮演着越来越关键的角色。”刘好朋强调。

后摩尔时代,芯片设计复杂化推动IP重要性提升

半导体IP的诞生源于芯片设计不断复杂化下对重复设计的再利用以提高设计效率,因此随着摩尔定律的持续演进,芯片单位面积可容纳晶体管数量不断增多,芯片设计难度水涨船高,IP在芯片设计过程中的重要性也在不断增强。

刘好朋表示,IP的导入降低了设计公司研发成本和产品周期,加速了产品上市,随着芯片设计日益复杂,单颗芯片中可集成的IP数量正随着工艺演进迅速增加,例如28nm时,单颗芯片中可集成的IP数量平均为87个,5nm时攀升至218个。“SoC设计导入IP,可以补充中小型设计公司在专业、开发资源和经验等方面的短板,补充跨界造芯厂商在芯片技术、开发资源和经验方面的短板,经硅验证的IP大大降低了研发风险,加快技术产业化周期提升灵活性,并降低设计公司运营成本,使其能够专注于自身核心竞争力的发展。”

如今以IP复用为基础的SoC设计逐渐成为主流,占比达到90%以上,热门细分市场SoC均已广泛采用IP核,百花齐放的时代来临。IPNest数据显示,2020年全球IP市场同比增长16.7%,远超设计业4%的同比增速。在各类IP的成长趋势中,接口IP全球市场占比持续攀升,成长最快,IPNest预测2026年将达到30亿美元,有望超过CPU IP市场规模。其中中国接口IP产业近年来增速超过40%,但国外厂商占据近90%份额,国产替代空间巨大。

值得注意的是,Chiplet的异军突起为IP产业带来了更多市场潜力。

“通过采用不同功能、不同工艺的IP分别生产再集成,灵活实现功能模块的最优配合,Chiplet可以解决芯片设计复杂度、不同工艺集成等衍生问题,也增加了IP可复用性、可配性和产品生命周期,使IP供应商得以拓展新的商业模式和发展空间。”刘好朋指出,“今年三月份成立的UCIe联盟对Chiplet的发展具有重要的推动作用,为Chiplet的发展确立一个统一的Chiplet间的互连标准,定义了Chiplet中各类接口的物理、电气特性以及传输单元的结构、序列、差错处理、流控等等,有望使Chiplet理念更容易落到实际的芯片设计中。”

在他看来,创新且完整的IP解决方案是后摩尔时代芯片发展的重要支点。在延续摩尔定律的路径上,我们需要更完整的国产先进工艺IP解决方案;在扩展摩尔定律的路径上,我们需要具备与国际大厂兼容与国产定制配置的Chiplet接口IP方案;在超越摩尔定律路径上,我们需要系统级IP与新一代协同自动设计的战略布局。

多点开花,芯耀辉一站式解决方案树立国产IP里程碑

由于半导体IP行业极高的技术壁垒与生态壁垒,国内IP产业还处于初级阶段,规模很小,技术和竞争力较弱。但是,伴随着本土产业链的完善,设计企业数量激增以及系统整机、互联网厂商跨界造芯的需求,为国产IP厂商插上了腾飞的翅膀,如今已涌现了一批优秀的IP创新创业企业,它们驰骋市场、积极布局、打造生态。

成立于2020年6月的芯耀辉不到两年就凭借IP产品质量好、稳定性高、兼容性强、跨工艺、可移植等独特的价值和优势,以及强大的本地化支持服务,一步一个脚印,稳扎稳打成长为国内专注先进工艺的IP领先企业。

芯耀辉目前已具备完整的、全面的国产foundry的IP产品组合,在PCIe、DDR、USB、MIPI、HDMI、Storage以及多协议的IP上均有完整产品组合的布局,并提供底层制程定制化,集成设计自动化赋能到系统验证产品集成等全流程的支持,具备了非常丰富的可以量产跨工艺、多产品、多应用验证的IP,完整前后端服务,凸显差异化特性的经验和能力。

刘好朋告诉集微网,今年以来,尽管遭遇了上海疫情封控的不利影响,芯耀辉仍然在新产品研发、交付,客户拓展以及生态建设等方面取得了多点开花的突破,树立了国产IP突破的里程碑。

在新产品方面,今年芯耀辉完成了完全自主研发的基于中芯国际14/12nm工艺的DDR5/4、LPDDR 5X/5/4X/4和MP20G的首批交付,可应用于各类SoC设计,加速客户设计流程,提供芯耀辉绝无仅有的可靠性、兼容性及稳定性。

他补充说,当前DDR5逐渐成为主流,但是DDR4是一个长尾市场,两者将会在很长时期内并存。针对这一市场特点,芯耀辉将两个协议结合在一起,以“combo PHY”的形式提供给客户,既可以兼容DDR4,也可以支撑有DDR5需求的客户。芯耀辉目前的IP解决方案,基本都基于现实的应用需求,采用这种“combo PHY”的设计,虽然开发这样的IP周期比单协议的IP要长,但是开发完成后的产品生命周期会更长,非常适合存在协议过渡阶段的产品。

此外,芯耀辉今年完成了14nm车规级IP的研发,助力国产车规级SoC芯片的发展,同时更先进工艺的IP也在进行中。刘好朋解释,车规级接口IP是汽车电子SoC设计的重要基石,在芯耀辉的6大类IP产品中,基本所有的消费级IP都拓展到了车规级,在中芯国际14/12工艺上,不论是消费级,还是车规级IP,芯耀辉都能提供一站式接口IP解决方案,赋能各个应用领域SoC的国产浪潮。

随着汽车电动化和智能化,车载芯片的使用量激增,带动了汽车IP的增长,包括接口IP、处理器IP以及安全IP等,出于汽车功能安全、可靠性的考虑,车规级IP在结温、工艺可靠性、测试覆盖率、EM/HCI/BTI验证、ESD设计、Latch-up设计等方面,都比消费级有更高的要求,并且同样需要通过IATF 16949、AEC-Q100与ISO 26262等标准认证,从生产、测试和功能安全方面确保产品安全。

尽管车规级IP通过标准认证需要花费较长的周期,但是一旦通过,客户会更有信心选用芯耀辉的产品,并且采用经过硅验证的IP化开发模式,既能提升开发效率,加速芯片上市时间,满足车规芯片性能与功耗要求,使用通过汽车行业标准的IP来组合SoC,也可提高芯片的可靠性与功能安全,将成为大型车规芯片开发的主流模式。采用这样的车规级IP,芯片设计公司也可减少SoC在车规认证过程中的风险和耗时。

“新能源汽车、自动驾驶的蓬勃发展推动单辆汽车中半导体的量价齐升,去年以来缺芯严重冲击了全球汽车行业,而今年消费市场的疲软更使得汽车市场在未来很长时间内成为更大的成长动能,这也是芯耀辉进入汽车IP市场的原因,我们预计未来汽车IP的成长潜力和速度将远超消费类IP。”刘好朋指出。

Chiplet近年来成为半导体行业最为瞩目的焦点,而3月份UCIe产业联盟的成立有力推动了Chiplet生态的迅速发展。作为首批加入UCIe组织的本土IP厂商,芯耀辉将结合自身完整的先进高速接口IP产品的优势,为推动中国半导体产业先进工艺、先进技术的发展及应用做出积极贡献。

事实上,刘好朋表示公司一直积极投入研究Chiplet技术以解决后摩尔时代对芯片新型架构的挑战及国产化落地问题,积极参与到国际化行业组织中,将进一步增强芯耀辉在国产先进工艺完整的接口IP解决方案,推进与国际大厂兼容且匹配国产定制需求的Chiplet接口IP解决方案。

致力于从0到1的突破,突破国产IP发展怪圈

数字经济、国产化的浪潮正推动众多锐意创新、技术实力居行业前沿的领先企业勇立潮头,2022年对于芯耀辉来说注定是充满收获同时也是至关重要的一年,众多自主技术研发的里程碑式成果是其致力于攻坚“卡脖子”技术的最好回馈。

刘好朋坦言,目前国产IP仍然面临着小型设计公司不愿意用,怕出问题,大公司又达不到要求的发展怪圈。确实国内用户对IP的顾虑更多,因为它要集成到芯片中去,如果出了问题,整颗芯片设计就可能要重来。但对于IP公司而言,产品如果不真正用于实际芯片设计中去进行迭代,就很难升级。

对此,芯耀辉从IP产品差异化特性和质量、与客户合作开发以及提供优于国外厂商的定制服务等三个方面来吸引更多的本土客户。

一是,所研发的产品要向国际顶尖厂商靠齐,在性能指标上要达到领先水平甚至超过他们。他提到,客户感兴趣,愿意评估、使用的IP是能够给自己技术或产品规划带来优势的。芯耀辉最新自研的DDR5性能在14/12nm工艺上超越了全行业最高速率,并且在面积、功耗上也进行了大量优化,客户使用芯耀辉的IP就能带来性能上的收益,实现接口层面的差异化。

二是,在客户愿意选用一个新的IP产品的情况下,也面临成熟度的问题,没有量产记录。在这种情况下,芯耀辉在整个开发周期会与客户保持紧密的合作,并与客户同步IP的开发过程,让其了解开发过程中各个环节质量的度量和结果,以达到客户的期望。

三是,围绕IP产品提供专业的设计服务。国外厂商在国内IP市场虽占据绝对份额优势,但是普遍存在不接地气的问题,国内的客户通常需要一些定制的差异化功能,但国外厂商无法承接。芯耀辉作为本土的IP供应商,更愿意贴近、满足客户需求,结合自身SoC的专长为客户做定制化,包括子系统、IP硬化、SIPI分析、后期的芯片调试等,为客户提供更好的体验。

“对于一家新兴公司而言,快速地占领市场是1到100的过程,但真正能体现公司的市场价值是实现从0到1的突破,今后芯耀辉也会做更多从0到1的开创性工作。”刘好朋对未来发展信心满满地表示。(校对/萨米)

责编: 张轶群

朱秩磊

作者

微信:AileenZhu

邮箱:zhuzl@lunion.com.cn

作者简介

爱集微资深分析师,专注半导体产业。邮箱zhuzl@lunion.com.cn

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