從模擬的角度看待集成電路國(guó)內(nèi)外差距

最近許多高校陸續(xù)公布了自己的校線以及院線，許多報(bào)考微電子的同學(xué)在模擬電路和數(shù)字電路之間徘徊，不知該如何選擇。

飛姐邀請(qǐng)到了深受同學(xué)們喜歡的大寶哥，讓他結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)，從國(guó)內(nèi)外的技術(shù)角度向大家講一講模擬電路以及國(guó)內(nèi)外的技術(shù)差距。

從模擬的角度看待集成電路國(guó)內(nèi)外差距

2018年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值達(dá)到4700億美金，其中中國(guó)就進(jìn)口了大概2/3。即使減去出口，貿(mào)易逆差也已經(jīng)連續(xù)六年（進(jìn)口半導(dǎo)體）超過(guò)2000億美金。

從這個(gè)數(shù)據(jù)可以看到，雖然近年來(lái)國(guó)家大力加強(qiáng)半導(dǎo)體的投入，中國(guó)芯片自給自足的美好愿望仍然任重而道遠(yuǎn)。

通信設(shè)備領(lǐng)域方面，因?yàn)?a href="http://wenjunhu.com/tags/海思/" target="_blank">海思和紫光展銳兩個(gè)大公司的存在使得占有率超過(guò)10%之外，其它領(lǐng)域的自給率都非常的低，甚至接近0%。面對(duì)這樣一個(gè)個(gè)觸目驚心的數(shù)字，我們不禁要問(wèn) ——中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)與國(guó)外的差距到底在哪里？還有哪些方面受制于人？

下面就我比較了解的模擬電路行業(yè)，聊聊我自己的一些小小看法。

模擬電路是指用來(lái)對(duì)連續(xù)變化信號(hào)進(jìn)行傳輸、變換、處理、放大和測(cè)量等工作的電路。

模擬電路的全球市場(chǎng)約為550億美金，和整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)一樣也是贏者通吃的領(lǐng)域，排名前10的大公司占了世界59%的市場(chǎng)份額。

相比于其他半導(dǎo)體行業(yè)，模擬電路對(duì)技術(shù)積累、人才素質(zhì)和產(chǎn)品種類(lèi)有著更高的要求，接下來(lái)就來(lái)看看大陸模擬半導(dǎo)體廠商在這三方面正在面對(duì)哪些制約和挑戰(zhàn)。

高端技術(shù)受制于人

以模擬電路金字塔頂端的明珠ADC（模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換器）為例，全球市場(chǎng)長(zhǎng)期被四家美國(guó)企業(yè)所占據(jù) —— ADI、TI、MAXIM和MICROCHIP，并且占據(jù)的比例高達(dá)90%以上。

由于高速高精度ADC是未來(lái)400G光通信、5G基站、汽車(chē)無(wú)人駕駛等熱門(mén)應(yīng)用領(lǐng)域的核心器件，其價(jià)格隨著技術(shù)含量的增加成指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。僅占6%出貨量的高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（采樣率>1Msps）就創(chuàng)造了近50%的行業(yè)銷(xiāo)售額.

美國(guó)企業(yè)之所以能夠長(zhǎng)期占據(jù)技術(shù)最高點(diǎn)，與其對(duì)高端技術(shù)的保護(hù)是分不開(kāi)的。

首先是產(chǎn)品禁運(yùn)，下圖顯示了美國(guó)企業(yè)對(duì)大陸ADC出口管制的現(xiàn)狀。無(wú)法在正規(guī)途徑獲得大批量的高性能ADC的產(chǎn)品，就無(wú)法系統(tǒng)地從現(xiàn)有產(chǎn)品中進(jìn)行學(xué)習(xí)，自主研發(fā)的時(shí)間和成本大大增加。

美國(guó)企業(yè)對(duì)大陸ADC出口管制現(xiàn)狀

其次，高性能模擬電路公司都非常注重專(zhuān)利的保護(hù)，僅TI一家公司就擁有45000+專(zhuān)利。實(shí)現(xiàn)高性能模擬電路的本身就是在工藝極限上尋求突破，而最直接和高效的方法已經(jīng)被別人的專(zhuān)利堵死，就進(jìn)一步增大了我國(guó)高端模擬技術(shù)發(fā)展和突破的難度。

設(shè)計(jì)人才缺口巨大

模擬電路由于自動(dòng)化驗(yàn)證方式少，芯片debug困難，對(duì)工程師技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)積累的要求非常高。

如果說(shuō)一個(gè)資深數(shù)字工程師可以頂幾個(gè)應(yīng)屆畢業(yè)生的有效工作量的話，那一個(gè)資深模擬工程師就可以頂幾十個(gè)應(yīng)屆畢業(yè)生的有效工作量，并且還能將最終出錯(cuò)的概率降到最低。而越是高性能的模擬電路，需要的綜合型高素質(zhì)模擬人才就越多。

比如MAXIM的芯片產(chǎn)品定義專(zhuān)家 (product definer)，需要把客戶(hù)的要求轉(zhuǎn)化為具體的電路架構(gòu)和參數(shù)。這種高級(jí)人才需要有幾十個(gè)不同類(lèi)型芯片的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

而ADI一個(gè)高性能ADC的研發(fā)團(tuán)隊(duì)僅設(shè)計(jì)人員就會(huì)達(dá)到幾十甚至上百人，并且需要大量模擬與數(shù)字都有涉獵的混合信號(hào)設(shè)計(jì)人才進(jìn)行模擬電路優(yōu)化和數(shù)字矯正算法設(shè)計(jì)。

中國(guó)大陸由于起步晚，模擬行業(yè)從業(yè)人員數(shù)量和技術(shù)水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。目前國(guó)內(nèi)90%的芯片設(shè)計(jì)公司是少于100人的，其中研發(fā)人員一般只有10%左右。由于缺少這樣大規(guī)模高素質(zhì)的設(shè)計(jì)人才團(tuán)隊(duì)，高性能的模擬產(chǎn)品很難被快速高效的開(kāi)發(fā)出來(lái)，可靠性也很難保證。

產(chǎn)品軍團(tuán)尚未形成

除了高性能模擬領(lǐng)域，即使在技術(shù)含量相對(duì)較低，市場(chǎng)更大的傳統(tǒng)的模擬電路領(lǐng)域，如運(yùn)算放大器，常用電壓管理芯片和常用模擬前端芯片(AFE)，大陸模擬半導(dǎo)體廠商依然面臨了產(chǎn)品數(shù)量規(guī)模的限制。

模擬電路是一個(gè)碎片化、小而全的市場(chǎng)，產(chǎn)品種類(lèi)較多。TI通過(guò)近10萬(wàn)種不同產(chǎn)品完成100多億美金的營(yíng)收。而且這些產(chǎn)品大量應(yīng)用于工業(yè)和汽車(chē)領(lǐng)域，生命周期都很長(zhǎng)，通常在5-10年。因此隨著工藝產(chǎn)線的折舊，利潤(rùn)空間還在逐年放大。

此外，如此多的產(chǎn)品在系統(tǒng)應(yīng)用上形成集團(tuán)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，任何系統(tǒng)中的模擬需求都可以通過(guò)一系列TI的產(chǎn)品來(lái)解決，節(jié)省了客戶(hù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的時(shí)間成本。

相比之下，國(guó)內(nèi)模擬龍頭韋爾股份、圣邦股份和矽力杰的產(chǎn)品數(shù)量均只有1000種產(chǎn)品上下，因此即使在中低端產(chǎn)品上也只能單點(diǎn)突破，集團(tuán)效應(yīng)還遠(yuǎn)未形成。

而由此帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題就是研發(fā)投入不足。雖然研發(fā)投入占營(yíng)收與歐美大廠相差不大，但絕對(duì)值卻有數(shù)量級(jí)的區(qū)別，而研發(fā)投入少就導(dǎo)致了無(wú)法快速增加產(chǎn)品和涉獵高端領(lǐng)域。因此只能在中低端領(lǐng)域打價(jià)格戰(zhàn)，整體利潤(rùn)率偏低，又再一次限制了研發(fā)投入，陷入惡性循環(huán)，也缺失了長(zhǎng)期技術(shù)積累。

隨著應(yīng)用市場(chǎng)的不斷升級(jí)，如汽車(chē)，工業(yè)，醫(yī)療都將成為未來(lái)模擬芯片的主要增長(zhǎng)動(dòng)力。雖然大陸模擬半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨技術(shù)積累缺乏，設(shè)計(jì)人才短缺和產(chǎn)品種類(lèi)偏少這三座大山，但我們擁有最大的應(yīng)用市場(chǎng)，而模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用密切相關(guān)。

因此，通過(guò)和應(yīng)用市場(chǎng)緊密結(jié)合或許可以幫助大陸模擬半導(dǎo)體公司提高研發(fā)能力。同時(shí)，效仿跨國(guó)公司進(jìn)行并購(gòu)整合也是快速提高大陸模擬芯片企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的一種方式。以韋爾股份為例，他們?cè)谶^(guò)去的一年里推動(dòng)去收購(gòu)豪威股份、思比科和視信源，就是典型的代表。

期望與總結(jié)

羅馬不是一日建成的，高性能模擬電路是經(jīng)過(guò)多次試錯(cuò)和迭代之后才淬煉而成。

歐美大廠由于積累了大量經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的IP，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)較小，周期也較短。而大陸模擬企業(yè)尚處于成長(zhǎng)期，因此只有放棄短視思維，一步一個(gè)腳印地通過(guò)學(xué)習(xí)和并購(gòu)?fù)瓿杉夹g(shù)積累，這才是大陸模擬半導(dǎo)體廠商崛起的必經(jīng)之路。