集成電路是信息產業的基礎,21世紀新一代信息技術的飛速發展使集成電路呈現出快速發展態勢,而以軟硬件協同設計、IP核復用和以超深亞微米為技術支撐的SoC已成為當今超大規模集成電路的發展方向,是集成電路的主流技術。SoC設計面臨諸多挑戰,其中IP產業的發展最為關鍵。
應高度重視集成電路IP產業的發展
近日,中國共產黨第十九屆中央委員會第五次全體會議通過了《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》(以下簡稱《建議》)。《建議》明確提出,強化國家戰略科技力量。制定科技強國行動綱要,健全社會主義市場經濟條件下新型舉國體制,打好關鍵核心技術攻堅戰,提高創新鏈整體效能。其中重點提到,瞄準人工智能、量子信息、集成電路、生命健康、腦科學、生物育種、空天科技、深地深海等前沿領域,實施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目。
國務院、工信部歷來高度重視集成電路產業的發展,國務院印發實施的《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展若干政策》(以下簡稱《若干政策》)中,明確提出有序引導和規范集成電路產業發展秩序,做好規劃布局。工信部在《若干政策》的指導下,積極優化完善集成電路產業發展環境,加強產業鏈上下游協同創新,加強知識產權保護,促進要素資源的自由流動,營造公平公正的市場環境,推動集成電路產業的健康發展。
要實現集成電路產業對整個信息產業的支撐作用,扭轉目前國內集成電路主要依賴進口的局面,既要有長遠布局,例如對高端工藝做長遠的安排,更要重視當前進口集成電路80%是可以在國內現有工藝條件和設計能力下逐步本土化這個要素。因此,根據我國集成電路產業發展的實際需求和綜合國力,同時發展EDA和IP產業就顯得尤為重要了。
作為集成電路產業五大板塊(芯片設計軟件EDA、IP核技術、芯片設計、芯片制造、芯片測試與封裝)之一的IP核技術,目前高端市場基本被美國、英國壟斷。在五大板塊中,IP核產業的本土化率也是最低的。因此,加速發展國內IP核產業,滿足國內集成電路設計業需求迫在眉睫。
集成電路IP產業發展的現狀和問題
芯片設計中的IP核(Intellectual Property Core)是指在半導體集成電路設計中那些具有特定功能的、可以重復使用的電路模塊。做個形象的比喻,IP核如同元器件,芯片如同電路板,通過在電路板上集成各類功能的元器件,就可以設計出針對不同應用場景的電路系統板,而集成電路顧名思義,就是在片內集成了多個IP核,能完成多種功能的縮微電路。
IP產業是集成電路產業鏈上游關鍵環節,其主要客戶是芯片設計廠商。芯片設計公司通過購買成熟可靠的IP授權,就可實現芯片中的各種特定功能,從而無需對芯片每個細節都自行完成設計。這種開發模式,極大地縮短了芯片開發的時間,降低了開發風險,提高了芯片的可靠性。
目前,市場需求快速變化,這就要求產品上市的時間越來越短。要在如此短的開發周期內可靠完成SoC芯片設計,就只有通過大量集成驗證成熟的IP核,來加速設計流程,因此SoC設計公司對成熟IP的依賴程度日益增加。另外,智能化、網絡化成為產品的發展趨勢,SoC的產品功能和性能也因此提升,這就導致SoC設計規模和復雜度隨之增加,SoC開發團隊規模也隨之擴大。但想在設計中面面俱到,全部自行開發完成,從技術實現上看不現實,從成本投入上看不經濟,從開發周期上看不滿足。因此,只有通過IP集成,才可以解決這一現實問題。IP核從而成為SoC的設計基礎,深刻影響著SoC設計業的發展。
2019年,全球IP市場超過40億美元,從經濟規模看,每1美元的IP支出將帶動和支撐100倍的芯片市場。在中國,過去20多年來,本土芯片設計公司逐步發展,尤其離不開IP核,它影響著大量芯片項目的規劃、架構、功能、成本、技術支持和品質管理。本土晶圓廠和設計服務公司也視IP為極其重要的客戶項目抓手。
目前,全球IP核供應商主要包括ARM(英國)、Synopsys(美國)、Cadence(美國)、CEVA(以色列)、Rambus(美國)等。2019全球前十大供應商份額合計達到78.1%,其中唯一的中國企業芯原微電子排名第七,占比1.8%。
可以看到,IP核領域被英美公司高度壟斷,其中ARM公司更是壟斷著全球手機處理器和平板電腦處理器市場,2019年行業市場占比40.8%,無論是蘋果A系列芯片,還是高通驍龍芯片、華為麒麟芯片等,都需要用到ARM芯片IP核。中國集成電路設計公司取得的進步,同樣離不開ARM這種模式的支持。
我國現有近2000家芯片設計企業中,90%以上企業的營業額在1億元以下。這些設計企業的發展主要依賴于中國市場,而其技術積淀不足。尤其是在一些通用IP核的使用方面,國內芯片企業大多要從國外采購。究其原因在于IP研發資金投入大且研發周期長,這導致國內IP公司很難在市場支撐下開展自主IP研發,從而給我國集成電路產業發展埋下了極大的隱患。
加快發展集成電路IP產業的五點建議
可以預測,未來我國集成電路產業發展一定會相當迅速。集成電路產業的頂層是設計IP核,因此我國必須對發展IP核有充分的認識和前瞻計劃。目前,國內IP企業在發展中面臨著諸多困境:需要不斷為每次技術更新而重新投入研發,這是一個要下真功夫、花大氣力、啃硬骨頭的技術密集型行業;IP相較制造業來說本身產值不大,因而地方政府重視程度不夠,同時國家在這一領域的投入也尚未能直接惠及IP公司;雖然IP技術含量很高,但國內IP公司普遍體量較小,大都未及上市標準,很難得到投資機構青睞。基于以上幾點,我們提出如下建議:
一是優先布局核心IP。核心IP的重要性,一方面體現在其位于集成電路價值鏈最高端,支撐起了整個集成電路設計行業。但更為重要的是,IP已經滲透到了集成電路整個產業鏈,無論是制造端還是封裝測試端,先進工藝的變化已經把IP的介入時間大大提前、介入程度大大加深。經過20多年的發展,我國已經初步具備了核心IP自主創新的基礎,核心架構IP領域逐步深入,物聯網(IoT)、人工智能等市場創新IP產品層出不窮。在這種情況下,優先布局核心IP勢在必行。
為此,一方面要盡快制定出IP行業標準。只有建立了我國自身的行業標準,才能在一定程度上擁有IP知識產權自主能力,最大程度打破技術壁壘。可以說,一個國家所擁有的IP核體現了其搶占集成電路戰略制高點的水平。另一方面要形成與工業設計EDA結合的機制,搭建學研部門的人才梯隊和外包模式,進一步通過開發部分市場,把創新企業的高端技術應用到國家關鍵核心領域,充分發揮它們作為生力軍的作用。
二是成立重大專項資金支持IP開發。首先增加對IP核設計的資金政策支持,針對關鍵、核心、高端、先進工藝IP,建立重大專項資金,鼓勵引導IP企業新產品開發;其次,對IP核設計研發項目給予投融資支持、成長激勵和政策上的扶持,出臺相應的稅收減免政策,引導相關企業將研發力量集中突破國內急需的重點IP核;再次,在全國范圍內,加強對集成電路企業使用國產IP的補貼支持力度;最后,對可商業化的核心IP發明專利、對國外IP具有替代作用的IP創新等,給予高額獎勵,刺激和鼓勵IP技術創新。
三是加大知識產權保護力度。簡化目前IP侵權的直接和間接經濟損失的認定辦法,從直接和間接經濟損失補償轉向相對嚴厲的IP侵權的懲罰性條款,并在司法解釋和實踐方面逐步趨于完善。
四是加大力度培養人才力度。重視相關專業人才的培養,支持示范性微電子學院的建設,增加高校相關專業課程和科研項目,促進產學研用多方對接,推動國內IP核產業的發展。鼓勵企業開展校企合作育人,形成學生培養到企業實習和就業的一體化培養鏈。引進具有豐富一線工作經驗的高端人才組建團隊,培養年輕人才。
五是建設公共IP平臺和企業聯盟。可以通過建設公共服務平臺打通IP交易應用渠道,支持國內常規IP發展。推動建立大產業專利分享聯盟,抱團取暖,共同攻克專利壁壘。通過自主創造、企業并購和海外專利收購等多種方式增加企業自身的知識產權積淀,同時輔以產業聯盟、利益聯盟等方式構建專利分享共同體。
期待“十四五”期間有更多的利好政策出臺,涉及集成電路產業各個細分領域,而IP產業作為實現“十四五”宏偉目標的基石,勢必將推動產業鏈主要環節向縱深應用和先進水平不斷發展。
責任編輯:tzh
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