中观观点│中国芯片产业的瓶颈在哪里？——设计篇

中国芯片产业的瓶颈在哪里？——材料篇

中观研究院

之前我们已经对我国芯片产业在芯片制造设备领域与上游材料领域进行了分析（可点击蓝字跳转查看），今天我们便来聊聊芯片产业的设计环节的发展现状与发展瓶颈。

说到芯片设计大家首先会联想到华为海思，当前华为自主研发设计的麒麟9000已经达到了5nm制程工艺，处于世界领先水平，可以说是国人的骄傲。但是，芯片设计依然是我国芯片产业发展中最薄弱的环节，也是美国技术封锁主要针对的领域。

大家不禁会问，我国芯片设计的技术突破难点主要有哪些？为什么会成为最薄弱的产业环节？要解决这些问题，就要从EDA软件和IP授权说起。

01 EDA软件

——在局部环节实现突破，但难以提供全流程工具产品

EDA软件即电子设计自动化软件，但由于芯片设计具有工艺复杂、分工精细化和多技术综合的特点，EDA软件并不是单指一个或几个软件，而是涉及多种不同的技术，涵盖多个不同类型“节点工具”的软件工具集群。离开EDA软件再先进的芯片设计工艺都无法施展，可以说EDA软件是芯片产业的战略基础支柱之一，被称为“芯片之母”。

芯片设计主要分为前端设计（也称逻辑设计）和后端设计（也称物理设计）两大环节，具体包括详细设计、仿真验证、逻辑综合等11个技术环节，而每个技术环节都要用到不同类型的EDA软件工具。

当前，全球EDA工具市场主要由美国的Synopsys（新思科技）、Cadence（铿腾电子）、Mentor Graphics（明导国际）三大巨头垄断，占据了全球65%的市场份额和我国95%的市场份额。三巨头企业基本都能提供全套的芯片设计EDA解决方案，产品涉及所有细分领域，我国芯片设计均无法绕开这“三座大山”。

当前，国内发展较好的EDA企业主要有华大九天、芯愿景、芯禾科技、广立微、博达微等，但均只在部分细分领域具有优势，如广立微电子的软件和测试机、华大九天和概伦电子的仿真测试、博达微的快速参数测试方案等。虽然在局部形成了突破，但难以提供全流程的EDA工具产品，没有能力全面支撑产业的发展，综合实力方面与主流企业仍存在较大差距。且当前国产EDA软件仍处于28nm和14nm制程工艺水平，对于7nm高端芯片的技术支持不够，无法与芯片制造形成良性互动，短期内难以寻求更大的技术突破。

02 IP核

——现有工艺水平差距较大，高端处理器领域发展仍存空白

可能大家对光刻机和EDA工具都有一定的了解，而对于IP核则知之甚少。芯片设计中的IP核就是已经设计好的具有一定功能的电路模块，通过产业化验证的IP核可以直接植入芯片中。

根据产品类型，IP核又可分为处理器IP、有线接口IP、物理IP和数字IP四大类。其中处理器IP占据最大的市场份额，主要包括CPU（中央处理器）和GPU（图形处理器）内核IP。

当前，全球IP市场主要代表企业有美国Arm、Imagination Technologies、CEVA（思华科技）、Synopsys（新思科技）和Cadence（铿腾电子）。其中美国的Arm是全球IP市场的龙头企业，市场占比达40.8%，其次为Synopsys（新思科技）和Cadence（铿腾电子），占比分别为18.2%、5.9%。

国内IP市场主要代表企业有芯原股份、寒武纪、芯动科技、华夏芯和华大九天等。其中芯原股份的GPU和DSP的IP市场占有率均排名全球前三，是国内IP核发展的龙头企业。华夏芯拥有完全自主知识产权的CPU、DSP、GPU类IP核，但CPU类IP核尚处于起步阶段。华大九天拥有高速接口类及模拟/混合信号IP。但是目前我国现有IP核工艺基础较差，市场利用率低，对国内芯片企业的发展支撑不足。且因发展起步较晚，技术积累不足，高端处理IP核发展仍存在空白。

IP核研发资金投入大且研发周期长，相关研究显示，130nm工艺IP开发近500万美元，需要耗时约18个月；28nm工艺节点的IP开发需要投入近1000万美元，以及至少6个月以上的研发周期。目前IP核市场高度垄断，国产IP核因工艺技术落后，推广应用不足，我国企业缺少相应的市场利润反哺，研发动力不足，研发活动仅局限于少数企业，整体上影响IP核技术的创新发展。