02.29 手机芯片的设计有多难?为什么目前世界级的制造商只有那么几家?

绝世神僧大轮明王


难于登天!

1、首先是人才

芯片的设计需要大量的人才。

  • 首先要有EDA软件。EDA软件是一系列软件,涵盖了 IC 设计、布线、验证和仿真等所有方面。而目前主流的EDA软件几乎都是国外的,如美国的Synopsys、Cadence 和西门子的 Mentor 。这需要大量的数学、物理理论方面有深入研究的人才。
  • 其次是微架构的设计。需要综合考虑性能、功耗、面积等个方面,芯片系统、算法类、半导体开发、逻辑涉及类的人才必不可少。
  • 电路设计。包括不限于模拟电路、射频电路、数字电路、数模混合电路等。

2、钱

  • 既然是人才,薪水也是不低的,这是第一笔开销。

  • 开发过程中各种测试仪器,钱也是不少花的。

  • 设计出来后要流片,更是要花钱

谁也无法保证,设计出来的就一定能满足市场需求,有可能要进行几代的研发,才能具有竞争力。也有可能在形成竞争力之前,就已经坚持不下去了。


十二里的路


抛开制造不谈,国产CPU的设计大致有以下几种:

破解、打磨别人的CPU,典型的如汉芯,大家可自行网络搜索;获得别人授权,加入自己的设计,如华为海思,获得ARM授权再自行设计。苹果、三星、高通和联发科也是如此,但苹果、高通的二次改造能力要高一些。直接买全套方案,代表有超算太湖之光用的申威系列CPU。购买结构授权,再从上到下自主设计,比如龙芯CPU,虽然不是完全自主研发设计,但绝大部分是自己的东西;

可以看出,国产芯片真的不容易,这也是我国每年进口芯片的总额超过原油的原因。

现在,回到下一个问题:为什么完全自主研发芯片那么难?

一、难在构建市场生态

造得出芯片不是本事,能带着一大帮人陪你玩形成生态才是真厉害。英特尔之所以成为X86架构CPU霸主,关键是因为它成功构建了X86架构的生态系统,竞争对手想另起炉灶搞其它架构的CPU,没有人陪你玩,产品卖不出去,赚不到钱,企业只能关门。

这也是国产芯片需要购买授权的原因,加入对方市场生态。

二、制造芯片门槛高

芯片只要加入市场生态,设计就不算难,全球芯片设计公司最多曾超过100家,经过优胜劣汰,现在也有五六十家。而芯片制造的厂家,现在不超过十家,第一梯队三家:英特尔、台积电和三星,基本形成寡头垄断格局。

国产芯片的短板不在设计、封装和测试,就在生产上。和台积电等巨头相比,国产芯片生产制程工艺至少落后三代,在芯片代工生产市场,落后一代就意味着淘汰,落后三代……大家自行脑补。

三、瓦森纳协定协定卡脖子

全球五大半导体设备制造商:

AM公司,全球领先的半导体、平板显示和太阳能光伏行业精密材料工程解决方案供应商;

ASML,为半导体生产商提供光刻机及相关服务;Lam Research,电浆蚀刻设备为全球销售之冠;KLA-Tencor-专精制程良率和提供制程控管量测解决方案;Dainippon Screen--专职研究开发各项半导体设备、液晶生产设备及专业级印刷设备;

台积电、英特尔和三星等巨头,要生产芯片,必须向上述五大设备制造商采购设备。为保证拿到最先进的设备,三星还入股ASML。

但中国的厂商向五大设备制造商下单,由于瓦森纳协定限制,拿到的却是技术落后五年的设备。所以有时候并不是芯片设计难,而是有多方面因素决定你的芯片能否应用到市场。以上是我的个人观点,希望我的回答可以帮到你。


啰嗦的老邬


芯片,作为集成电路的载体,是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结果。我们熟悉的高通和联发科属于知名IC设计厂商,而台积电则属于制造代工领域。

芯片的制造是最大难题

首先,芯片行业是高度技术密集型、资本密集型行业,如果没有足够的技术积累,仅仅有钱也是造不出来的,因为一个小小芯片里面包含的是几十亿、几百亿甚至几千亿个很小的晶体管,并且还有相当复杂的电路结构。

现在投资“一条”芯片生产线需要的资金高达170亿美金或以上,产线建成时间多达2年或以上!

全世界能生产纳米处理器核心技术的企业并不多,美国的英特尔和AMD是制造电脑处理器的,几乎处于垄断地位,而手机处理器的生产工艺要求更高。

苹果研发了自家手机处理器,但因为生产处理器的工艺非常高,一条生产线至少要上百亿美元投入,于是选择代工厂生产。世界上掌握了核心机密生产技术只有三星、台积电等为数不多的公司。这些公司能够生产手机芯片,工艺可是有几十年的技术积累。

芯片如何产生?

芯片最主要的就是工艺,还有一个就是技术专利,工艺是指量产制造,技术专利则是芯片的研发设计。整个半导体行业从上游到下游,基本可以分为芯片设计、芯片制造、芯片封装测试三大块,其中芯片制造这个环节属于最为复杂,难度最大的环节。

设计相比制造来说算是投入较小也较为轻松,目前国内已经有很多顶尖的芯片设计公司可以设计出7或10nm制程的芯片,比如华为等,但是国内并没有一家代工厂可以做出这个制程来,因此只能求助于台积电等其他代工厂!

放在全球也是,顶尖的半导体公司,比如高通、博通,甚至是苹果公司,都是可以设计出来,但是公司自身并没有制造能力,在相当长的时间内也只能委托台积电来代工!

我国芯片设计与制造与国外均有较大差距

芯片和商用飞机一样,被视为制造业强国的代表产品,我国虽然有龙芯、飞腾等老牌芯片设计单位,也有在商业上比较成功的海思、展讯等厂商。

但是国内芯片产业从规模、技术水平、市场份额等方面都与上述国际领军企业有较大差距,特别是在壁垒较高的高端芯片设计和制造上。

我国目前芯片上不去的一个主要原因不是薪片人才缺乏,而是不能人尽其才。每年几十万人才由于芯片领域得不到重视,待遇工资等条件的局限,很大一部分芯片人才都转移到网络电脑等领域。

我国从上世纪80年代中起就开展芯片国产化攻关,但是,在半导体产业链上,我国的技术基础相对薄弱,创新环境有缺陷,一直被认为赤脚都赶不上美国英特尔等芯片研发企业,产品设计、研发、制造都还受制于国外。


穷Sao


第一:芯片的制造工艺非常复杂。一条生产线大约涉及50多个行业、2000-5000道工序。需要先将“砂子”提纯成硅,再切成晶元,然后加工晶元。
第二:晶元加工也包含前后两道工艺,前道工艺分几大模块——光刻、薄膜、刻蚀、清洗、注入;后道工艺主要是封装——互联、打线、密封。前后两道工艺等繁琐的程序,每一道工序都缺一不可,每一项都非常关键。
第三:芯片生产时,一条生产线大约涉及50多个行业,其中许多工艺都在独立的工厂进行,而使用的设备也需要专门的设备厂制造;工艺的复杂也注定了制造成本的高昂,而成本让许多不太庞大的制造工厂望而却步,不敢去尝试,这也是芯片制造困难的一个重要原因。

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芯片制造首先要把沙子变成晶圆,也就是硅,晶圆切割后通过纳米制程,在里面集成了上亿万个晶体管和层层电路,封装后成芯片,就像神话中点石成金,把沙子变成智能芯片你说难不



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因为手机芯片研发难度非常大,需要强大的技术实力和资金投入才能完成。并且因为研发周期长,成效慢,迫使大多数科技公司不得不放弃自研或者推迟研发,从而选择直接购买这条捷径。目前全球手机芯片主要集中在:高通 联发科 苹果 华为 三星 这几家科技公司。


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我举个例子:圆珠笔的笔头,当时中国就造不出来,美国也不行。

再举个例子:病毒以前都看不到它的样子。

说这些有什么用,它和芯片有什么联系,其实本质是一样的,你就知道为什么这么难了。

点击播放视频:

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手机芯片设计有难度,但大多数企业为什么不做呢?还是供给关系的问题,我们现在争论更多的是cpu和5g芯片。主要核心部件,大企业是不会采用别人企业的方案的,主要就是会涉及到安全问题。其他不是特别重要的芯片还是会采用别人现成方案的,因为要考虑到成本问题。

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