ICCAD2023：《提升晶片産品競争力》

近日，在廣州市舉辦的中國內建電路設計業2023年會暨廣州內建電路産業創新發展高峰論（ICCAD2023）上，中國半導體行業協會內建電路設計分會理事長魏少軍教授帶來主題為《提升晶片産品競争力》的精彩演講，演講完整内容分享如下：

中國半導體行業協會內建電路設計分會理事長魏少軍

大家上午好。 2023年受全球經濟不景氣和産業進入下行周期的影響，再疊加外界的遏制和打壓，以及新冠肺炎疫情的長尾效應，中國內建電路産業的發展遇到了非常大的挑戰。由于前兩年産能緊張造成 的瘋狂備貨，內建電路産品庫存積壓嚴重，設計業遇到了過許20年來最為嚴峻的困難，發展放緩。從大的形勢看，全球半導體産業2023年 1到9月的銷售為4389億美元，同比下降1.4%，預計全年資料會與去年持平，也不排除出現個位數的衰退的可能性。 中國半導體産業的發展也呼應了全球的情況。根據中國半導體行業協會統計，2023年1到9月中國內建電路産業的銷售為8096.5億元，僅僅增長了2.4%，設計、制造、封測三翼的增長分别為6.5%、1.1%和負3.2%。 今天大會我作的報告嘗試給大家一個關于2023年中國內建電路設計業發展的一個比較全面的總結，題目是《提升晶片産品競争力》，供大家參考。 受全球半導體行業下行周期和庫存嚴重積壓的影響，大陸內建電路設計的發展明顯放緩。我們的産業發展增速下降至個位數，與往年一樣，受到已經IPO和正在IPO的企業不能透露業界的影響，這次年會釋出還隻能是預測資料，與最終年度資料相比會有差異，僅供大家參考。我們這個數字來自各地方協會、國家內建電路設計産業化基地和我們的設計企業，我們對這些資料進行分析綜合，并再次基礎上對個别資料進行必要的外推，繼續遵循“就低不就高”的原則，在這個過程當中，我們得到了半導體行業協會和國家內建電路産業化基地給予的巨大支援，在這裡我代表分會向大家表示衷心的感謝！ 統計涉及的內建電路企業數量3451家，比上年3243家多了208家。設計企業數量的增速進一步下降，去年開始下降，這些增加的企業中有相當一部分屬于已有企業異地發展的結果，實際增加的新的設計公司的數量不多。 2023年全行業銷售預計為5774億元，相比2022年增長約8%，增速比上年低了8.5%，上年是16.5%。按照美元與人民币1：7的平均兌換率，全年銷售約為824.9美元，占全球內建電路市場的比例将略有提升。由于匯率原因提升得并不是特别明顯。 第二，區域發展情況。根據統計，京津、環渤海、長江三角洲、珠江三角洲和中西部地區都保持了正增長。表一給出了各區域，這個裡頭剛才這張圖給出了2023年産業發展的統計資料，長江三角洲、珠江三角洲、京津、環渤海和中西部地區的産業規模，分别達到3212.4億元、1442.3億元、1089.4億元和868.9億元，增長率分别為8.5%、49.7%, 6.5%和0.9%。長江三角洲的增速比全國平均數略高，除0.5個百分點，珠江三角洲地區出現強烈反彈，增速高達49.7%，稍後會說明原因，比全國平均數高了41.7%。京津冀環渤海比全國平均增速低2.5%，而中西部地區的增長隻有0.9%。 如果大家注意的話，一定可以看到，與往年的情況類似，這一陣表中所給出的各地區産業規模之和大于前年給出的5774億元，這個差額有833億。為什麼？這是因為一些企業在多個城市有分支機構，各地統計的時候把這些企業整體銷售納入到當地了，出現了重複計算的現象。為了保證這個資料的嚴謹，我們在總數當中将這些重複的東西去掉，把6600多億減調833億以後得到了5774億，重複資料要去除。但是在各地區沒有都去除掉，還是尊重各地區報的資料，是以出現的資料是比較大的。 設計業增速最高的10個城市中，增速最高的是深圳，達到65.9%，這是創記錄的一個數字。可能很多朋友已經猜到了，背後的原因就是華為在前幾個月釋出Mate60手機，帶動整個行業一次突破性的進展，我們看到大宗商品的突破帶來的影響力非常巨大。 在參與統計20個城市中（不含香港），有5個城市出現了負增長。按照2023年增速排列的前10個城市，第一是深圳，增長65.9%，第二是重慶，增長19.2%，杭州增長18.9%，濟南增長15.4%，蘇州增長12.3%，無錫增長11%，南京增長10%，珠海增長6.6%。跟2022年資料相比，這個增速在各個城市非常不平衡，今天你高，明天就是我高，你追我趕，呈現欣欣向榮的争先的現象。 這一張表格給出2023年設計業規模位居前十位城市的預測。上海、深圳、北京繼續把持前三位，但是深圳和北京的位置發生了一次颠倒。杭州設計業規模達到619.5億元，首次超過無錫。應該說無錫設計業規模589.7億元，也是創曆史新高，但是比上一年相比增速隻有11%，與杭州設計業18.9%的增速相比還是差了不少。很遺憾，無錫“千年老四”的位置沒保住，這次變成老五了，希望無錫下一次能跟上。前10個城市設計業産業規模都超過130億元，門檻提高到137億元，比去年提升15億元。統計資料表明前十大城市分布與上年相同，長江三角洲5個城市，珠江三角洲地區仍然隻有深圳一個城市，中西部地區3個城市，京津環渤海也隻有3個城市，這些城市規模之和達到5501億元，占全行業比重達到89.4%，比上年提高1.2%，但仍然低于90%。 銷售過億企業的情況，即行業龍頭企業和骨幹企業發展情況。盡管設計業的整體發展在2023年受到多重因素影響，增速放緩，但龍頭企業和骨幹企業發展速度依然穩健，且總體上有一定的改善。統計資料表明，雖然進入前十大設計企業榜單的門檻從2022年的70億元下降到65億元。但十大設計企業的綜合增長率達到51%，是近期沒有看到過的。我們十大企業綜合增長率超過50%，達到51%，遠遠高于全行業平均增長率8%，這還是包含有3家出現負增長的情況，如果這3家都是正增長的話，可能增長率還會更高一些。2023年有625家企業的銷售超過1億元人民币，比2022年566家增加了59家，增長裡達到10.4%。這一張表給出的是銷售超過億元企業的情況。 這一張圖給出銷售過億企業的區域分布，長江三角洲地區銷售過億企業數量仍然最高，有311家，比上年增加54家，占比提升到49.8%，長江三角洲地區占有中國搬移江山，過億企業當中的半一江山。珠江三角洲占比下降到9.8%，京津環渤海地區有91家，比上一年減少2家，占比降低到4.6%。中西部地區有99家企業銷售過億，比上年增加了8家，但總體體量比較小，是以它占比反而比起2022年要低了一點，是15.8%。 這裡給出了銷售過億企業的城市分布，上海從去年的80家增加到今年的90家，增加了10家。深圳從76家減少到74家，北京從68家減少到67家，合肥增加12家，成都增加9家，珠海增加7家，杭州、西安、長沙各增加5家，與2022年相同，隻有上海、深圳和北京3個城市銷售過億企業數量在占比上超過10%，最高14.4%，其餘城市占比均為個為數。這到底是好事，還是壞事？我們現在不好講，看起來産業分散得比較開，可能從各個城市來看是好事，但從産業聚集度來看不議定是好事。我們甯願要一個大企業，不要10個小企業，稍後我會跟大家分享，我們的企業由于體量小以後是經不起風雨的，今年的情況充分反映這一點，大企業的抗壓能力要遠遠好于小的企業，這也是我們現在比較擔心的一點。 各區不同銷售企業的分布情況，其中銷售5000到1億元企業176家，銷售1000萬到5000萬是740家，銷售額小于1000萬企業是1910家，是以我們的小企業還是大多數，少于1000萬統計多少企業是負的，大部分還是處于初創階段或者收支不平衡的階段。 這一張圖給出了設計企業人員規模的大概統計，有34家企業人數超過1000人，與上年基本持平。有65家人員規模500到1000人，比去年增加了2家，人員規模是100-500人的有461家，比上年增加了26家，但80%的企業還是人數少于100人的小微企業，共2891家，比上年還多了180家。當然，這些比較小的企業可能是分支機構，不一定是真正的利潤主體。從總體數量看，小微企業仍然占了絕大部分。 2023年大陸晶片設計從業人員規模大約在28.7萬人，人均産值200萬左右。按照1：7的匯率大概28.6萬美元。由由于數量增加和匯率的影響，我們按美元計算的人均勞動生産率出現了一些負增長，這也是今年特有的現象。 這裡給出了産品結構的調查。2023年大陸設計企業主要産品領域分布，除了通訊領域的業績明顯提升，再次提到華為的Mate60，引導了通訊晶片的爆發。消費類晶片銷售增長最快，達到35.9%，其他領域增速都在下降，這也是我們現在面臨的比較大的困境，我們的産品消費類、通訊類比較好，其他戰略性領域總體來說還是有相當大的隐憂。 第二部分，設計産業的發展品質分析，到底我們發展得如何。 首先，産業集中度情況有所改觀，但是改觀不大。2023年雖然十大技術企業進入門檻，但是整體增長率高達51%，十大設計企業銷售綜合達到1829.2億元，行業收入占比為31.7%，與2022年1226.5億元占比22.9%相比，這個改善是明顯的，這就有力地說明當行業處于下行周期時，頭部的骨幹企業的承壓能力更大，抗壓能力更強。是以企業要體量，如果沒有體量，真正出現一點風吹草動我們是抗不住的。我們再次強調，我們并不希望出現一堆小企業，希望設計行業出現大企業。另外，625家銷售過億元人民币企業的銷售綜合達到5034.2億元，比上年4940.6億元增加了93.6億元，占全行業銷售總和比例87.2%，與上年85.1%相比，增加了2.1%，産業集中度略有改觀，但離我們的期望值還是差距比較大。第二，上市企業發展品質還需改善。近年來，随着合計科創闆創立，不少設計企業登陸資本市場，目前還有一些企業準備上市。2022年我曾經做出一個承諾，會根據上市企業的年報，對我們設計行業的經營情況做一些分析，因為上市企業實際上代表了我們的主體，并以此對全行業的發展品質作出評估。根據2023年上半年已經上市的108設計企業半年報資料，我們得出上市企業的銷售總和為1358.9億，占全行業比重23.5%，這個數字不高，說明上市公司的規模也并沒有我們想像的那麼好，利潤總和為63.6億元，利潤率隻有4.7%。盈利企業66家，虧損企業42家。就是說，在上市企業當中，居然有将近39%的企業在上半年出現了虧損。 雖然這些資料不能說明上市公司全年的經營情況，但是也提醒我們，即便是已經實作IPO的企業，今年的情況也不容樂觀。第三，企業對市場變化的把握能力不足。盡管今年設計業在極其困難的外部條件下取得8%的增長，但也有當一部分企業甚至很大一部分上市企業的處境并不樂觀及企業大面積出現虧損，已經成為設計業不能回避的事實。在與企業日常交往中，我們了解到虧損的主要原因是由于前兩年花了不少資源搶産能，導緻庫存，積壓嚴重。當行業供應出現飽和時，這部分庫存面臨減值風險，随着時間推移，庫存産品的競争力逐漸喪失，造成損害是必然結果。暴露出我們的企業市場大潮中還與進一步茉莉，提升對市場、為需求的把控能力，避免盲目跟風，降低我們的經營風險。第四，對國産替代的盲目跟進。這幾年由于地緣政治博弈引發的外部環境惡化及特别是美國的遏制，使得國産化替代的呼聲日劇高漲。之前國産晶片被刻意冷落的晶片現在大有好轉，甚至出現使用者主動要求設計企業送樣檢測的情況。但是冷靜看待國産替代帶來的機遇，促使企業抓住機遇更上一層樓是一個嚴肅的課題，到今天為止我們并沒有很好地解決。其實國産替代并不是低水準的代名詞，而是高水準的要求。數10年來，大量的電子裝置主要依賴的是進口晶片，現在突然要改為國産晶片，我們面臨的挑戰是多樣的。例如國産晶片在實作替換的時候，事實存在的各項名額差異，該如何調整，以适應系統的需求，這也是給國産替代提出的一個嚴肅挑戰。我們的企業是否做好了相應的準備？大多數情況看并沒有做好準備。第五，高端晶片的突破尚待時日。在市場競争中，高端晶片是競争的焦點。高端晶片之是以被分類為高端，就是因為其背後隐藏高額的利潤。是以高端晶片是産業必争戰略高地。我們必須承認，中國內建電路設計業正在向高端邁進，但主流仍然停留在中頂端。高端晶片的研發隻是少數有實力的企業，而外部對中國高端晶片打壓和遏制則是明确的。無論是去年10月7日美國出口管制措施，還是今年10月17日美國商務部進一步明确和出台的管制新規，都将高端晶片的出口列為限制對象，不僅不賣給我們高端晶片，還要對我們自己的高端晶片生産進行限制。一方面使得我們的超級計算機、人工智能需要的晶片帶來了麻煩，但另外一方面也給了設計企業難得的機遇去填補外國産品主動退出的市場。雖然不少企業都意識到這一點，也做了很大努力，但在高端晶片上面的建樹還是乏善可陳，畢竟高端晶片的發展需要更長時間的積累，簡單靠高額投資砸錢是解決不了問題的。這裡特别提醒資本界的同志們，大家不要想得太簡單，晶片需要長期積累。 借此談幾點認識。最近今年全球半導體企業詭谲的發展狀況，不少行業專家和企業家進行了深入思考，在不同會議上也有很多交流，我談一點認識，也是行業普遍的認識。第一，堅持以産品為中心的發展理念。晶片設計企業的安身立命之本是擁有技術過硬、有競争力的晶片産品。作為晶片産品的開發者，設計企業的工作理所當然是以産品為中心，這一點不用去懷疑。為什麼我這裡還是要強調以産品為中心？實際上想向那些投資設計企業的投資人和資本方說的。內建電路設計是資本密集行業，5納米即便在技術成熟後，開發一顆晶片成本也高達2.5億美元。14納米工藝節點開發一顆晶片的成本往往也需要上千萬美元。沒有資本加持，設計企業想取得成功非常困難，甚至不可能。是以設計業非常歡迎投資，也對資本給予的支援和幫助心懷感激。 我們也看到，資本的逐利本性也決定了晶片産品不過是資本用來逐利的工具。今年我們不反對用晶片賺錢，這也是設計企業的宗旨，但是盲目追求逐利，通過快速的投資來打造內建電路設計企業，恐怕會事與願違。晶片研發除了需要高額投入，還需要很長的時間，也會受到多種因素的影響。如果不能堅持以産品為中心或者拿以産品為中心作為幌子，内心深處念念不忘快速盈利，恐怕就會陷入急功近利的陷阱。 我們談以産品為中心，不僅要求設計企業圍繞産品開展工作，也希望投資人和資本方面真正認識到以産品為中心的深層含義，含着發展中國芯的情懷發展設計企業，就一定能夠走向成功。相反天天想着快速盈利，不一定能夠最終賺到錢。 談到以産品為中心，就要關注産品的商品屬性，要敢于在市場上亮劍，才能夠讓産品通過疊代不斷成熟。是以，不能僅僅滿足于在國産市場有所斬獲，更不能與同行殘酷厮殺。近兩年大家對無節操的内卷十分反感，另一往來又不得不主動反感，這種現象應該被杜絕。盡管中國是世界上最大的單一晶片市場，但是中國之外的市場更大。中國市場和國際市場大概是3：7的比例，國際市場更大，我們的設計企業應該勇敢走出去參與國際循環，隻有這樣國内大循環和國内國際雙曲環互相促進的局面才能形成，我們的設計企業才能獲得更大的發展空間。第二點認識，注重技術積累，持續提升設計能力。內建電路從誕生起就是創新驅動的産業，也是高度依賴技術積累和技術進步的産業。技術是內建電路産業的根本。去年年會，我提出要着力創新技術，降低對工藝技術進步和EDA工具的依賴，能夠用14納米甚至28納米做出7納米産品性能才是真正的高手。 今年華為推出了Mate60手機，很多人都跑來問我，是否知道70 9000S晶片是不是用7納米工藝制造的？對于這樣的詢問，我回答不知道，因為華為從來沒有官方宣布過是用哪個工藝制造，我不能亂說。通常我會反過來問另外一句，用不用7納米真的那麼重要嗎？為什麼我們這麼關心7納米工藝？為什麼不讨論一下這麼一部高性能手機，居然沒有使用一個美國的元器件？今年10月，我需美國出席世界半導體理事會的會議，期間有機會和一些美國企業交流，私下他們對華為的Mate60手機沒有使用美國元件的敏感高度遠遠高于是否使用了7納米的工藝。我突出感覺，華為這次在系統技術的創新，對60手機的應用起到了非常關鍵的應用。我認為60手機的成功很好诠釋了技術積累和技術能力的重要性。 再舉一個例子，長江存儲的3D-Nand存儲器，我們知道3D—Nand存儲器的興起時間并不長，不到10年的時間，但今天已經成為手機等裝置的主要存儲媒介，我們長江存儲進入這個領域的時候，國際巨頭已經開始量産64層的單晶片解決方案的晶片，面對技術成熟度和知識産權等多方面的壁壘，長江存儲沒有選擇走單片內建的方案，而是将外圍電路和存儲器分為兩片，通過兩片的堆疊建合，形成了最終産品。在初期的時候，估計有很多人用同情的眼光看着長江儲存，你這兩片方案成本一定是高的，生産效率一定是低的，可靠性一定是差的，甚至有些人等着看長江儲存的笑話。今天當技術進步到200多層以後，情況發生了反轉。三星半導體CEO尹鐘龍先生在2021年IDEM國際會議上說依靠堆疊技術3D—Nand可以做到1000層。日本海峽公司共宣布将放棄單片方案轉向兩片對立的方案。長江儲存不但沒有鬧笑話，反而在技術方面走在了前面。 通過這兩個例子，大家就可以了解，無論華為，還是長江儲存，之是以能夠成功都不是一蹴而就，技術積累起到非常關鍵的作用。第三，大膽創新。特别要注意交叉領域的內建創新。這兩年“Chiplet”一詞出現的頻率特别高，從Chiplet本身的内涵而言，在産業界已經存在十多年，之是以最近成為大家關心的熱門，是因為沿着等比例縮小的路徑前行時，大家越走越累。且不說摩爾定律到底還能走多久，一直是很多人無法回避且無法回答的問題，隻是先進工藝節點的研發費用就是絕大部分企業難以面對的困難。這兩年，在大家熟知的PPA往往在後面加一個C，也就是cost ，是以PPA成了叫PPAC，雖然成本一直是大家關注的重要因素，但之前主要還是看它在市場上能否有競争力。今天是晶片研發能否啟動的最重要因素，可能根本因為錢的問題你連啟動做這件事都做不了，可以看到這個成本有多麼重要。Chiplet恰好能夠在一定程度上緩解功耗、性能*的沖突。不得不說目前存在兩種極端認知。一種認為Chiplet無所不能，可以實作中國內建電路的突圍，成為克服“卡脖子”問題的利器的說法也很多。另外一種認為Chiplet不過是一種封裝技術，必将其看得太重，單片內建永遠是解決問題的正道和王道，應該說兩種觀點都有一定的道理，但都有偏頗之處。 首先，我們應該看到，在現行的平面等比例縮小技術确實面臨器件實體進入接近一大米的挑戰，需要找到一種新的方式。我們堅信摩爾定律将長期有效，但是實作方式可能與今天完全不同。例如三維內建電路已經在3D—Nand記憶體儲器上獲得成功，随着時間的推移，預計可以慢慢突破，認為Chiplet是終極解決方案的看法不免過于悲觀。 其次，如果從大內建的角度看，Chiplet有着廣闊發展前景，但并不是唯一發展道路，經濟性才是決定性的因素。不少專家和企業家都看到這一點，影響摩爾定能否前進的因素不是技術的難度和技術的複雜度，行業裡沒有人懷疑一納米工藝是否能做到，但是很可能這樣的工藝成本太高，大家用不起，是以最終我們要面臨的終極挑戰是高昂的成本，裝置可以在很大程度上降低使用最先進工藝的要求，在成本上大大緩解先進工藝帶來的高額費用，确實有吸引力。當然，要想實作系統級的內建，Chiplet是很好的方向。是以，我們可以認為大內建的概念早就出現了，而且确信最終可以引領産業的發展，但是否還是我們今天所說的Chiplet嗎？ 第三，我們可以多做一些考慮，發掘Chiplet背後隐藏新的商機和機遇。過許20多年裡我們對于如何使用IP核已經耳熟能詳，也認識到SoC的研發的研發離不開第三方的IP核。今天我們或許可以将一顆顆小晶片想像成某種形式的IP核，再通過轉接闆或堆疊的方式整合在一起，形成更為複雜的應用系統。如果進一步設想這些第三方的小芯粒，經過标準化過程實作了接口的統一，那麼派生出一個采用第三方小晶片，按照應用需求，通過混合堆疊和內建打造晶片級系統的新商業模式甚至新業态，也不是不可能。 事實上今天一些國際巨頭就正在推廣向UCIE這樣的接口标準。國内也有組織在推動類似的事情，值得我們的企業家朋友們關注。原來我們談到晶片企業的時候，一般都講你要去設計一個晶片，有可能今後我們不需要設計晶片，我們就去設計一個系統，當然這個系統是在單個封裝當中的系統，它的主要來源是小晶片，這是一個全新商業模式，值得我們去探索。第四，要走出自己的發展之路。中國內建電路的發展已經走過30年的發展曆程，從開始的個位數企業寥寥數千萬元銷售，成長為今天擁有3000多家企業，銷售收入超過5000億元的群體。如果說中國內建電路設計企業的發展之前更多是跟随和模仿其他先進國家和地區，今天我們已經清醒認識到，面對中國這個龐大市場和目前的國内外形勢，簡單跟随已經不行了，必須走出一條自己的道路。 今年以來，我們在多個場合提出面對逆全球化，我們要主動作為，實作內建電路産業的再全球化。再全球化過程中，中國必須主動病有所作為。要實作這一點，必須讓我們的産品走在國際前列，這意味着設計的任務和使命将完全不同。這既是挑戰，更是機遇。 我們應該堅信有能力實作這一目标，因為我們擁有獨一無二的龐大中國市場，可以以應用帶動産品創新，打造中國的産品标準和産品體系。中國是一個世界工廠，為全世界生産産品，是以大多數情況下産品規格是人家定義，産品定義是人家做的，設計要求也是别人給的，我們是比照别人的設計開發産品，導緻我們守着中國這個大市場卻不能發展得很好。內建電路設計業面對的是産品開發，現在我們也必須将目光向内，從研究應用入手，強化自己的産品定義能力，從應用設計晶片等多個方面形成獨特的産品方案，打造自己的标範标準和範式，中國內建電路設計業獨有的優勢是别人搶不走的，從根本上擺脫技術路徑的對外依賴，形成自己的産品體系和技術标準，這将使我們立于不敗之地。