1965年，中國的第一塊硅基數字集成電路研製成功。
2019年，中國自研的華為鯤鵬920與華為麒麟正式發佈，達到世界頂尖水平。
中國芯用了54年的時間，從無到有，從弱到強，從迷茫探索到堅定進擊，這一路稱得上是一部磨難史。
而這場磨難，還遠沒有結束。因為輸在起跑線上的中國，在全球半導體競賽中，依舊落後。
目前中國國內的半導體自給率水平非常低，特別是核心芯片極度缺乏，國產佔有率都幾乎為零，芯片國產自主化迫在眉睫。
中國在半導體的市場；（來源：波士頓2019年報告）
而西方國家在技術、設備、人才等方面的封鎖，更是嚴重阻礙著中國芯的發展。眼下，跨越前方的大山和大海，成了國產芯片崛起的唯一答案。
第一步：跨越IC設計
國產IC設計公司超1700家，華為啟用“備胎計劃”
和美國及其他半導體發達的國家和地區相比，中國大陸集成電路產業仍有很大的差距，除了技術本身的落後之外，產業結構也不夠合理。國產芯片仍然大量集中在附加值和技術含量較低的市場，大家一起打價格戰，互相廝殺。過低的利潤難以讓企業通過健康的研發投入來提升產品的市場地位，導致惡性循環。在製造方面也相對分散，不容易聚集財力和人力辦大事。
根據集邦諮詢旗下拓墣產業研究院最新統計，2019年全球前三大IC設計業者是博通(Broadcom)、高通(Qualcomm)及英偉達(NVIDIA)，均為美系企業。整體來看，美系企業主導著全球IC設計產業，排名前十的超威(AMD)與賽靈思(Xilinx)也都屬美系。
另外，三家中國臺灣IC設計企業聯發科(Mediatek)、聯詠(Novatek)和瑞昱(Realtek)在2019年的表現皆不俗。
回到中國大陸，近幾年，中國芯片設計產業發展迅速，目前中國大陸的芯片設計公司已超過1700多家！設計從業人員超16萬。就芯片設計而言，國產IC設計企業已掌握了芯片設計的核心技術，漸漸拉近了與外國的距離，甚至開始與國外企業競爭。
其中華為海思，國內 IC 設計企業毋庸置疑的龍頭，其芯片技術已經可以和高通、蘋果一較高下。儘管華為在2019年五月受到美國實體清單政策衝擊，但對其全年整體表現影響有限，搭載Kirin處理器的智能手機出貨依然強勢，壓縮其他品牌的表現。同時，為免被卡脖子，華為未雨綢繆啟用“備胎計劃”——華為一直在其基站、企業IT設備和手機上使用的芯片方面，採取兩條腿走路的策略，即國際合作/外購與自主研發同時進行。
總體而言，在芯片設計領域，中國與國外技術的差距並不算太大。
第二步：跨越晶圓代工
中芯國際採用N+1工藝製造7nm芯片，繞過ASML光刻機壟斷
晶圓代工有著高資本壁壘和技術壁壘，行業十多年沒有新的競爭者出現且越來越多現有玩家放棄先進製程追趕。目前，全球晶圓代工老大為臺積電，三星次之，而國內最有實力追趕的當數中芯國際。
1998年，華晶與上華合作生產MOS圓片合約簽定，開始了中國大陸的Foundry時代。
2000年，中芯國際在上海成立，中國大陸的晶圓代工進入加速發展階段。
2008年，第一批45納米產品成功通過良率測試。
2015年，中芯國際28納米產品實現量產。
2019年，中芯國際開始14nm中端芯片的量產。
如今，全球真正量產的先進製程是7nm，但由於多方阻力，中芯國際沒能從荷蘭引進7nm製造工藝的光刻機，故國產高端芯片代工仍需依賴臺積電。
芯片技術包括設計和製造兩個環節，在設計上我國並不落後，但在製造上與國際差距很大，這個差距就是被“光刻機”卡住了脖子。
目前，國際光刻機技術已經發展到了第五代，高端光刻機全部來自荷蘭ASML公司。荷蘭第五代極深紫外光刻機禁止向我國出口是眾所周知的事實。2018年中芯國際耗資1億歐元訂購的我國唯一一臺第五代極深紫外光刻機，原定於2019年初交付，但至今也沒有到貨。
但近日，中芯國際傳出重大好消息，稱可繞過ASML光刻機，採用N+1工藝製造出接近7nm工藝的芯片，並將於2020年底量產。如果中芯國際能成功量產7nm工藝芯片，無疑將會讓國產芯片掌握越來越多的話語權。
另據悉，中國在2008年就已經啟動國產化第五代極深紫外光刻機的研製計劃，希望在2030年實現目標。該計劃瞄準的是第五代極深紫外光刻機，但是荷蘭ASML公司目前已經啟動了新版本第五代極深紫外光刻機的研製，並計劃於2022年對外供貨。新版本第五代極深紫外光刻機可實現2納米光刻工藝，可製造的芯片密度是舊版本的2倍以上，也就是說我國的第五代極深紫外光刻機還沒有國產化成功，技術就已經落伍了。
但是，針對這一點，國內有技術團隊正在研發第六代雙光束超分辨光刻機，希望通過解決納米光刻分辨率需要採用短波長紫外光源的關鍵難題，取得了繞過國際原有紫外光刻技術路線的突破。
最後，從國產晶圓代工整體來看，根據 gartner 預測， 2019 年中國大陸晶圓代工市場約 2149 億元， 中國大陸集成電路產業結構將繼續由“小設計-小製造-大封測”向“大設計-中製造-中封測”轉型，產業結構將更趨於合理。
第三步：跨越EDA
加大EDA共性技術投資，共同打磨“鐵三角”
半導體行業內，除了IC設計公司和代工廠外，還有EDA軟件也是主要的參與者。最早從加州大學伯克利分校的實驗室開始起源，EDA多年來與集成電路行業共同發展，到今天已經涵蓋了設計、製造和IP核。由於EDA為集成電路行業提供了方法學，因此隨著半導體行業的發展，EDA越來越大有用武之地。IC設計、代工廠和EDA軟件三者之間呈鐵三角關係，對半導體產業非常關鍵，如果要想磨合工藝套件，就必須三家一起打磨。
中國有全球頭部的IC設計公司，中國有全球最多的代工廠，截止到2019年，中國大陸光晶圓廠，就達到86座。同時還有全球最大的半導體消費市場，達到了60%。這樣的一種製造和消費格局，應該會誕生相應的國產EDA公司，
但實質上中國EDA行業已經落後得太遠，而當前國內的芯片設計公司和代工廠，給與國產EDA軟件的重視，甚至還不如臺積電。過去的十年，是中國集成電路產業飛速發展的十年。與之形成鮮明對照，EDA行業幾乎顆粒無收，步履蹣跚。除了在少數領域有廠商在某些產品上做到全球前列，實現自主替代，絕大多數工具和技術都是依賴進口。
目前EDA產業霸主依然是明導、鏗騰、新思這三巨頭。離開了代工廠，還有其他的代工廠可選；而離開了EDA三巨頭，幾乎沒有其他工具可選。
而在近兩年發生的“中興事件”和“華為事件”刺激下，人們更加意識到軟件斷供的危機，更直觀地感受到國產半導體卡脖子之痛——EDA是卡位最高的傷之一。
因此，想打破國產芯片的困境局面，IC設計、代工廠和EDA軟件這三家必須聯手，才有希望破局。
芯片設計公司的基本邏輯是，設計完成後，需要去代工廠做流片。這裡面有兩個風險，一是設計品未必能流片成功；二是成功後未必符合要求。一般而言，這是靠整個EDA流程保證的。而現在，由於EDA全流程都掌握在三巨頭手中，想打破僵局只能另闢蹊徑。
中國EDA破局之術，最需要改變現狀的，恰好是中國代工廠。中國EDA工具的發展，應該朝著“如何提高這些代工廠的產能，如何提高代工廠支持客戶的能力，怎麼將只能在國外流片的高端芯片拿回來......”這些方向走。因此，我們需要加大對EDA共性技術投資，以消除晶圓代工廠中工藝流程中的風險。
從投資角度來看，EDA快要算成夕陽產業了（在美國已經有近20年沒有EDA軟件上市公司），因為EDA軟件的產值看起來太小了，可能只有IC公司的1%，代工廠產值的千分之一。
但中國半導體的崛起，將給發展EDA軟件帶來新的希望。
2019年全球電子設計領域最具有影響力的DAC大會上，華大九天、廣立微、概倫電子、芯禾科技四家中國EDA廠商聯袂出場，向世界展示了EDA領域的中國力量。而在2019年底，概倫電子則收購博達微，進一步整合優勢資源。這都是中國力量春筍竄節的聲音。
而與此同時，隨著5G、工業互聯網、汽車電子、區塊鏈等領域的興旺，提出了很多特色鮮明的、尚未被EDA工具滿足的IC設計需求，這恰是EDA工具廠商的新機會。
結語：
最近有報道稱，華為將把 14nm 自主芯片的生產從臺積電轉移到中芯國際。如果國產最強IC設計與最強晶圓代工真的實現雙叕聯手，必能一定程度上會促進國產芯片的發展。期待未來IC設計、代工廠和EDA軟件三管齊下，國產芯片儘早取得跨越式突破。儘管發展的道路從來不是一帆風順，但筆者堅信國產芯片崛起的決心不會動搖。
來源：傳感器專家網
參考資料：《全球首款128層QLC閃存武漢誕生，中國芯片進入並跑期》；作者：長江日報。《從青銅到核武：中國EDA的三次浪潮》；作者：林雪萍、趙堂鈺。
