02.29 手機芯片的設計有多難?為什麼目前世界級的製造商只有那麼幾家?

絕世神僧大輪明王


難於登天!

1、首先是人才

芯片的設計需要大量的人才。

  • 首先要有EDA軟件。EDA軟件是一系列軟件,涵蓋了 IC 設計、佈線、驗證和仿真等所有方面。而目前主流的EDA軟件幾乎都是國外的,如美國的Synopsys、Cadence 和西門子的 Mentor 。這需要大量的數學、物理理論方面有深入研究的人才。
  • 其次是微架構的設計。需要綜合考慮性能、功耗、面積等個方面,芯片系統、算法類、半導體開發、邏輯涉及類的人才必不可少。
  • 電路設計。包括不限於模擬電路、射頻電路、數字電路、數模混合電路等。

2、錢

  • 既然是人才,薪水也是不低的,這是第一筆開銷。

  • 開發過程中各種測試儀器,錢也是不少花的。

  • 設計出來後要流片,更是要花錢

誰也無法保證,設計出來的就一定能滿足市場需求,有可能要進行幾代的研發,才能具有競爭力。也有可能在形成競爭力之前,就已經堅持不下去了。


十二里的路


拋開製造不談,國產CPU的設計大致有以下幾種:

破解、打磨別人的CPU,典型的如漢芯,大家可自行網絡搜索;獲得別人授權,加入自己的設計,如華為海思,獲得ARM授權再自行設計。蘋果、三星、高通和聯發科也是如此,但蘋果、高通的二次改造能力要高一些。直接買全套方案,代表有超算太湖之光用的申威系列CPU。購買結構授權,再從上到下自主設計,比如龍芯CPU,雖然不是完全自主研發設計,但絕大部分是自己的東西;

可以看出,國產芯片真的不容易,這也是我國每年進口芯片的總額超過原油的原因。

現在,回到下一個問題:為什麼完全自主研發芯片那麼難?

一、難在構建市場生態

造得出芯片不是本事,能帶著一大幫人陪你玩形成生態才是真厲害。英特爾之所以成為X86架構CPU霸主,關鍵是因為它成功構建了X86架構的生態系統,競爭對手想另起爐灶搞其它架構的CPU,沒有人陪你玩,產品賣不出去,賺不到錢,企業只能關門。

這也是國產芯片需要購買授權的原因,加入對方市場生態。

二、製造芯片門檻高

芯片只要加入市場生態,設計就不算難,全球芯片設計公司最多曾超過100家,經過優勝劣汰,現在也有五六十家。而芯片製造的廠家,現在不超過十家,第一梯隊三家:英特爾、臺積電和三星,基本形成寡頭壟斷格局。

國產芯片的短板不在設計、封裝和測試,就在生產上。和臺積電等巨頭相比,國產芯片生產製程工藝至少落後三代,在芯片代工生產市場,落後一代就意味著淘汰,落後三代……大家自行腦補。

三、瓦森納協定協定卡脖子

全球五大半導體設備製造商:

AM公司,全球領先的半導體、平板顯示和太陽能光伏行業精密材料工程解決方案供應商;

ASML,為半導體生產商提供光刻機及相關服務;Lam Research,電漿蝕刻設備為全球銷售之冠;KLA-Tencor-專精製程良率和提供製程控管量測解決方案;Dainippon Screen--專職研究開發各項半導體設備、液晶生產設備及專業級印刷設備;

臺積電、英特爾和三星等巨頭,要生產芯片,必須向上述五大設備製造商採購設備。為保證拿到最先進的設備,三星還入股ASML。

但中國的廠商向五大設備製造商下單,由於瓦森納協定限制,拿到的卻是技術落後五年的設備。所以有時候並不是芯片設計難,而是有多方面因素決定你的芯片能否應用到市場。以上是我的個人觀點,希望我的回答可以幫到你。


囉嗦的老鄔


芯片,作為集成電路的載體,是集成電路經過設計、製造、封裝、測試後的結果。我們熟悉的高通和聯發科屬於知名IC設計廠商,而臺積電則屬於製造代工領域。

芯片的製造是最大難題

首先,芯片行業是高度技術密集型、資本密集型行業,如果沒有足夠的技術積累,僅僅有錢也是造不出來的,因為一個小小芯片裡面包含的是幾十億、幾百億甚至幾千億個很小的晶體管,並且還有相當複雜的電路結構。

現在投資“一條”芯片生產線需要的資金高達170億美金或以上,產線建成時間多達2年或以上!

全世界能生產納米處理器核心技術的企業並不多,美國的英特爾和AMD是製造電腦處理器的,幾乎處於壟斷地位,而手機處理器的生產工藝要求更高。

蘋果研發了自家手機處理器,但因為生產處理器的工藝非常高,一條生產線至少要上百億美元投入,於是選擇代工廠生產。世界上掌握了核心機密生產技術只有三星、臺積電等為數不多的公司。這些公司能夠生產手機芯片,工藝可是有幾十年的技術積累。

芯片如何產生?

芯片最主要的就是工藝,還有一個就是技術專利,工藝是指量產製造,技術專利則是芯片的研發設計。整個半導體行業從上游到下游,基本可以分為芯片設計、芯片製造、芯片封裝測試三大塊,其中芯片製造這個環節屬於最為複雜,難度最大的環節。

設計相比製造來說算是投入較小也較為輕鬆,目前國內已經有很多頂尖的芯片設計公司可以設計出7或10nm製程的芯片,比如華為等,但是國內並沒有一家代工廠可以做出這個製程來,因此只能求助於臺積電等其他代工廠!

放在全球也是,頂尖的半導體公司,比如高通、博通,甚至是蘋果公司,都是可以設計出來,但是公司自身並沒有製造能力,在相當長的時間內也只能委託臺積電來代工!

我國芯片設計與製造與國外均有較大差距

芯片和商用飛機一樣,被視為製造業強國的代表產品,我國雖然有龍芯、飛騰等老牌芯片設計單位,也有在商業上比較成功的海思、展訊等廠商。

但是國內芯片產業從規模、技術水平、市場份額等方面都與上述國際領軍企業有較大差距,特別是在壁壘較高的高端芯片設計和製造上。

我國目前芯片上不去的一個主要原因不是薪片人才缺乏,而是不能人盡其才。每年幾十萬人才由於芯片領域得不到重視,待遇工資等條件的侷限,很大一部分芯片人才都轉移到網絡電腦等領域。

我國從上世紀80年代中起就開展芯片國產化攻關,但是,在半導體產業鏈上,我國的技術基礎相對薄弱,創新環境有缺陷,一直被認為赤腳都趕不上美國英特爾等芯片研發企業,產品設計、研發、製造都還受制於國外。


窮Sao


第一:芯片的製造工藝非常複雜。一條生產線大約涉及50多個行業、2000-5000道工序。需要先將“砂子”提純成硅,再切成晶元,然後加工晶元。
第二:晶元加工也包含前後兩道工藝,前道工藝分幾大模塊——光刻、薄膜、刻蝕、清洗、注入;後道工藝主要是封裝——互聯、打線、密封。前後兩道工藝等繁瑣的程序,每一道工序都缺一不可,每一項都非常關鍵。
第三:芯片生產時,一條生產線大約涉及50多個行業,其中許多工藝都在獨立的工廠進行,而使用的設備也需要專門的設備廠製造;工藝的複雜也註定了製造成本的高昂,而成本讓許多不太龐大的製造工廠望而卻步,不敢去嘗試,這也是芯片製造困難的一個重要原因。

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芯片製造首先要把沙子變成晶圓,也就是硅,晶圓切割後通過納米制程,在裡面集成了上億萬個晶體管和層層電路,封裝後成芯片,就像神話中點石成金,把沙子變成智能芯片你說難不



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因為手機芯片研發難度非常大,需要強大的技術實力和資金投入才能完成。並且因為研發週期長,成效慢,迫使大多數科技公司不得不放棄自研或者推遲研發,從而選擇直接購買這條捷徑。目前全球手機芯片主要集中在:高通 聯發科 蘋果 華為 三星 這幾家科技公司。


手機批發小亮哥


我舉個例子:圓珠筆的筆頭,當時中國就造不出來,美國也不行。

再舉個例子:病毒以前都看不到它的樣子。

說這些有什麼用,它和芯片有什麼聯繫,其實本質是一樣的,你就知道為什麼這麼難了。

點擊播放視頻:

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好奇豬Vlog


手機芯片設計有難度,但大多數企業為什麼不做呢?還是供給關係的問題,我們現在爭論更多的是cpu和5g芯片。主要核心部件,大企業是不會採用別人企業的方案的,主要就是會涉及到安全問題。其他不是特別重要的芯片還是會採用別人現成方案的,因為要考慮到成本問題。

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四十不惑性情中人


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