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中國通訊行業(yè)的缺芯之痛，該如何拯救
美國商務部禁止美國公司7年內(nèi)向中興通訊出售元器件、軟件和技術，讓中國通信行業(yè)感受到“缺芯”之痛。
壞消息不止這一個。有消息稱，英國政府建議本國通訊企業(yè)減少向中國企業(yè)購買通訊設備。
在此背景下，國內(nèi)圍繞芯片半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多評論。人們對國內(nèi)芯片行業(yè)目前發(fā)展的程度也有很多不同角度的看法。
本文將以系統(tǒng)介紹芯片種類、芯片設計的全生命周期以及芯片制造的成本為切入點，結合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，針對目前中興“芯”痛、通信芯片巨頭高通擬收購恩智浦這兩個熱點事件，對中國芯片產(chǎn)業(yè)提出一些自己的思考。
芯片是一個很廣泛的概念，涉及到不同的行業(yè)和應用。為了讓讀者對中國芯片產(chǎn)業(yè)有一個全局的認知，這里先向讀者介紹芯片的種類。
芯片分門別類，有大有小。歸納起來，大體可以分為4類：
1、計算芯片
計算芯片種類大致分為通用計算類芯片CPU，信號處理芯片DSP，圖形計算芯片GPU和其他特殊計算加速芯片，比如比特大陸的比特幣礦機ASIC芯片，又或者人工智能加速芯片等。
通用CPU又根據(jù)指令集分為3個分支：
x86系列，即Intel/AMD系列芯片，多用于個人電腦和服務器領域。
ARM系列，多用于嵌入設備，如手機、智能終端等低功耗設備。實際上，越來越多的嵌入設備使用ARM架構，ARM系列芯片被認為是適合物聯(lián)網(wǎng)設備的一種芯片架構。需要指出的是，ARM公司本身不銷售芯片，而是采用2種IP授權的方式對外輸出，像蘋果、三星和高通的手機CPU都是兼容ARM指令集的非公版設計，其芯片本身結構完全自主研發(fā)。據(jù)報道，華為麒麟970芯片的CPU核則是采用了ARM的公版IP授權模式，這樣的IP授權選擇更有利于timetomarket，不過在設計所有度上沒有非公版設計方位。
MIPS系列，我國自主研發(fā)的CPU多采用MIPS架構。
總體而言，我國在通用CPU和GPU以及新的AI芯片上已有布局，并非一無所有。
比如，通過對英國Fabless設計商ImaginationTechnology的收購，中國已經(jīng)獲得PowerVR系列，MIPS系列以及通信Ensigma系列等多種IP內(nèi)核。遺憾在于，MIPS架構由于缺乏軟件生態(tài)，其應用領域較為狹窄。
在AI芯片上，我國像海思、寒武紀等許多IC設計廠商相繼投入AI芯片設計，說明新一輪基于物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算的硬件研發(fā)已經(jīng)在我國啟動。
2、存儲芯片
存儲芯片種類繁多，三星是此類芯片設計和制造垂直產(chǎn)業(yè)的一個典型代表。我國企業(yè)在存儲芯片上還有待提高。
3、傳感器感知芯片
在萬物互聯(lián)的大趨勢下，傳感器芯片負責把物理世界各態(tài)接入互聯(lián)網(wǎng)電子信息系統(tǒng)，是物聯(lián)網(wǎng)的入口。傳感器芯片可以按照感知類別大致分為四類：運動感測組合傳感器芯片、環(huán)境感測組合傳感器芯片、光學感測組合傳感器芯片、其他傳感器（詳見下圖）。
在國外，綜合傳感器巨頭供應商有博世Bosch、意法半導體STMicroelectronics、恩智浦NXP和霍尼韋爾Honeywell，當然還包括傳統(tǒng)圖像傳感器巨頭索尼Sony等。
從市場數(shù)據(jù)來看，2015年中國傳感器市場約為106億美元，到2019年估計為137億美元，其中，國內(nèi)傳感器廠商市場占有率僅為13%，其中又多以模組廠商為主。
就當前來看，我國芯片企業(yè)在傳感器領域雖有涉及但都比較渺小，唯有MEMS麥克風領域的歌爾股份技術水平較為突出，并以此成為蘋果iPhone的供應商。
4、通信芯片
在物聯(lián)網(wǎng)場景下，通信芯片負責將數(shù)據(jù)通過無線或有線的方式接入互聯(lián)網(wǎng)。中興就是以提供無線通信為主要業(yè)務的通信設備商企業(yè)。通信設備商企業(yè)又因業(yè)務分為基站方和終端方，比如高通主營業(yè)務在終端，基站涉及較少，而中興華為則是同時涉及基站和終端業(yè)務。
由于通信芯片涉及RF射頻、IF中頻、ADC/DAC、基帶、電源管理等多個細分領域的專業(yè)芯片類型，而針對此次中興被美國制裁事件的相關報告已有很多，筆者在此就不一一展開介紹了。
需要指出的是，雖然在特定的具體局部環(huán)節(jié)上，某類芯片的供給因為良品率、性能、穩(wěn)定性等多方面原因還依賴于外國供應商，但從總體而言，我國企業(yè)在通信芯片領域已經(jīng)達到國際靠前水平，這可以從5G標準得出結論——當企業(yè)已經(jīng)深入?yún)⑴c到行業(yè)制定，那么它的水平不可能差。
另一個有趣的現(xiàn)象是根據(jù)Gartner的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在我國企業(yè)2017年芯片采購中，中興公司的芯片采購量不在前十大排名中，由此可見并不十分依賴進口，這也可能就是為什么在4月16日中興被制裁的消息傳出后，美國股市當日的ADI、TI等股票并沒有受到影響而大幅下跌，以高通為例，4月16日美股收盤，高通股票僅下跌1.72%。
那為什么中興稱此次禁售或使企業(yè)進入休克狀態(tài)呢？
這里需要注意的是禁售的具體內(nèi)容：美國商務部宣布將禁止美國公司向中興通訊銷售任何零部件、商品、軟件和技術。
筆者認為，中興的軟肋，乃至中國半導體產(chǎn)業(yè)的真正軟肋不是芯片元器件本身，而是芯片設計制造過程中的EDA軟件授權。下面結合芯片的全生命周期流程來作個詳細闡述。
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芯片設計的全生命周期
芯片從設計到制造，涉及的步驟異常復雜而專業(yè)。其中，芯片的設計流程分為正向設計和反向設計2種流程。反向設計流程的初衷是用于檢查別家公司是否抄襲，但后來被小公司使用作為一種節(jié)省研發(fā)經(jīng)費、快速復制別家芯片的一種方案。鑒于此設計流程違反知識產(chǎn)權保護原則，本文只對正向設計流程予以介紹。
下面以通信芯片的正向設計流程為例。因為通信芯片涉及混合信號設計，設計流程具有廣泛代表性。
通信芯片的設計流程主要包括下述四個主要步驟：
1、系統(tǒng)架構和算法設計。系統(tǒng)架構設計主要確定芯片的整體框架和結構。這里用到的軟件主要有微軟的Office套件如Word、Excel等，還有微軟Visio等一些畫圖軟件用來描述系統(tǒng)架構設計思想。軟件系統(tǒng)架構設計還會涉及UML等專業(yè)圖形表述語言。需要說明的是，系統(tǒng)架構設計還包括系統(tǒng)級的算法設計。這里還分成軟件和硬件設計，以上流程圖重點針對硬件設計。
2、系統(tǒng)行為仿真。在硬件系統(tǒng)設計中，當選定架構以后，就需要對其設計進行系統(tǒng)級仿真以確保所設計系統(tǒng)在性能上達到產(chǎn)品規(guī)劃中的KPM指標。這里所涉及到的軟件主要是Mathworks的Matlab和Simulink系列，Python語言因為其開源和免費的特點也越來越受到歡迎。像Matlab和Py
