芯片設計，重塑與突圍

晉昀

我國集成電路產品體系完整，國產集成電路芯片涵蓋數字、模擬、數?；旌?、射頻、功率、計算、存儲、接口等領域，并在電子設計自動化工具（EDA）、知識產權核心（IP核）等領域進一步加強積累，從而對芯片設計企業的發展提供必要支撐。在提升自給率、政策支持、規格升級與創新應用等要素的驅動下，我國芯片設計行業保持高速成長趨勢，而通過產業鏈上下游配合，國內芯片設計領域的細分龍頭企業已經逐漸滿足國內客戶的部分替代性供應。

受益利好填補空白

最新數據顯示，芯片設計基本上被五大巨頭企業割據，一度榮耀的華為海思因為出貨嚴重受限近況不佳。全球前十大芯片設計企業中6家為美國企業，前五大企業占據8成以上份額，高通、英偉達、博通、聯發科、AMD等名字不但常年霸榜，其與后5名的差距還有愈發擴大的趨勢。更為關鍵的是，5大巨頭分別在不同細分領域處于領導位置，高通、聯發科以手機芯片為主，英偉達是GPU芯片，AMD是CPU、GPU芯片，博通是機頂盒SoC、有線網絡芯片、射頻前端、Wi-Fi芯片等物聯網、通信連接類芯片。

芯片設計可分為設計、仿真、驗證等環節，對應的EDA（Electronics Design Automation電子設計自動化）工具分為設計工具、仿真工具、驗證工具等。利用EDA工具，工程師將芯片的電路設計、性能分析、設計出IC版圖的整個過程交由計算機處理完成。設計規模越大，工藝節點要求越高，EDA工具的開發難度越大。目前在設計復雜度上，集成化應用趨勢讓芯片的功能集成度日益增加，邏輯、模擬、存儲等功能被越來越集中地集成到單一芯片中，要求EDA工具需要具備對復雜功能設計的更強支撐能力。可以說，EDA是制約我國半導體行業進一步發展的難題之一，而隨著5G、AI、汽車電子等領域的崛起，本土EDA市場邁入高速發展時期。

隨著芯片制程的演進，芯片設計的成本快速上升，邏輯仿真、驗證、版圖設計所需算力規模不斷增加，并且芯片設計公司不同階段對算力的要求不同，整體需求呈波動狀，這對芯片設計公司的建設與布局造成不小影響，如何靈活調用、滿足算力是其關鍵，多年前芯片設計公司即開始探索EDA云工具的使用，目前EDA云平臺的工具和運行環境逐漸整合，EDA云市場快速擴大，其中尤以我國EDA云市場的增速最高。

受益政策與市場利好，芯片設計驗證與調試的國產技術空白正在被漸次填補。近期EDA智能軟件和系統企業芯華章發布基于創新架構的數字驗證調試系統昭曉Fusion Debug TM，該系統將幫助芯片設計工程師簡化困難的調試任務，大幅提升芯片設計效率。中國首個量子芯片設計工業軟件也于近期在合肥發布，該軟件同時支持超導和半導體兩大物理體系的量子芯片版圖自動化設計，用戶可通過本源量子云平臺直接在線訪問和使用。

直面矛盾解決問題

芯片產業設計端與生產端境遇不同，生產端難題多、門檻高、投入巨大、原材料供應鏈脆弱，專利壁壘重重，設計端則只需有合適的架構與IP核等即可，對此全球各主要經濟體都是設計端人才積累較多，生產端行業集中度較高，競合關系復雜。芯片產業已從此前的IDM一條龍的模式逐漸變為Fabless（設計）、Foundry（制造）模式，芯片設計企業迎來更多表現機會。

從芯片設計產業銷售額來看，2021年我國全行業銷售為4586.9億元，較2020年增長20.1%，其中長三角洲地區2021年銷售額達2383.3億元，同比增長49%；京津環渤海地區2021年銷售額為984.3億元，同比增長76.7%；中西部地區2021年銷售額為573.7億元，同比增長40.3%。珠江三角洲地區2021年銷售額為936.2億元，同比下滑36.9%，區域競爭變化不大。

數據顯示，截至2021年12月，中國大陸芯片設計企業由2020年的2218家增長至2810家，同比增長26.7%。北京、上海、深圳仍為傳統芯片設計企業聚集重地，無錫、杭州、西安、成都、南京、武漢、蘇州、合肥、廈門等城市的芯片設計企業數量均超過100家，發展迅疾。但有觀點認為芯片設計企業持續大量增加存在一定隱患，一半以上芯片設計企業的創建時間不超過5年，過于“廣而薄”的力量加之已經顯露的無序競爭反而攤弱了行業的整體實力，并在一定程度上分散了本就不厚實的人才與資源。芯片設計屬于典型的智力密集型行業，芯片參數優化對工程師的知識儲備和經驗積累要求極高，我國的人才儲備與供應并不充裕。

中國半導體行業協會集成電路設計分會理事長魏少軍認為要想讓我國芯片設計行業具備國際競爭力，必須直面一些深層次問題并解決一些深層次的矛盾，“芯片設計行業整體規模不到1000億美元，與每年1500多億美元的中國市場消費相比有不小缺口；2021年芯片設計行業業績增長一定程度上是由于全球產能緊張，供需平衡被打破引發的集成電路漲價所導致，一旦產能緊張情況緩解，企業業績可能回落；人才短缺導致企業人力成本大幅上升，給企業本來已經不高的毛利空間施加更大壓力；研發投入不足已經開始嚴重影響到企業創新能力的提升。”

當前，芯片設計被各城市、區域列為發展重點。《上海市先進制造業發展“十四五”規劃》提出，在芯片設計領域，推動骨干企業芯片設計能力進入3納米及以下，打造國家級電子設計自動化（EDA）平臺，支持新型指令集、關鍵核心IP等形成市場競爭力?！稄V東省制造業高質量發展“十四五”規劃》提出，打造我國集成電路產業發展第三極，其中芯片設計業務收入超2000億元，設計行業的骨干企業研發投入強度超過20%?！吨楹８咝聟^集成電路產業發展規劃（2020-2025年）》提出做大做強芯片設計，立足本地設計企業集聚、周邊終端企業眾多的基礎，重點發揮優勢，形成特色，力爭到2025年形成一個兩百億級芯片設計產業集群。