造芯難，隨著各產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，研發(fā)不同場景下的芯片更難。

不久前，OPPO 芯片設(shè)計(jì)子公司哲庫關(guān)停，兩名高管在最后一次會(huì)議上幾度哽咽，宣布因?yàn)槿蚪?jīng)濟(jì)和手機(jī)行業(yè)不樂觀，公司的營收遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期，芯片的巨大投資讓公司無法負(fù)擔(dān)，最終 3000 多人原地解散。這一消息迅速席卷全網(wǎng)，也給半導(dǎo)體行業(yè)帶來一抹悲涼的色彩。

事實(shí)上，近幾年來，隨著國際競爭環(huán)境的演變，以及半導(dǎo)體行業(yè)的長周期性，芯片行業(yè)面臨著多維度的挑戰(zhàn)。日前，CSDN 從開發(fā)者、工程師維度進(jìn)行了深度的調(diào)研，最新發(fā)布了《2023 中國芯片開發(fā)者調(diào)查報(bào)告》，分享開發(fā)者認(rèn)知中的芯片行業(yè)現(xiàn)狀，揭曉國產(chǎn)芯片研發(fā)的重點(diǎn)難題，希望借此能夠?yàn)榘雽?dǎo)體行業(yè)的從業(yè)者、企業(yè)、學(xué)術(shù)研究帶來一些思考。

芯片人才缺失嚴(yán)重，軟硬協(xié)調(diào)能力培養(yǎng)需重視

一直以來，芯片從設(shè)計(jì)到制造從未有過坦途。這背后需要大量的知識(shí)積累和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，但在國內(nèi)這方面的人才儲(chǔ)備仍然相對(duì)較少，這使得芯片研究和開發(fā)的進(jìn)程受到了限制。

數(shù)據(jù)顯示，開發(fā)者對(duì)芯片的了解程度存在較大差異。僅有 6% 的開發(fā)者能夠深入理解技術(shù)，較深入應(yīng)用。多數(shù)處于了解概念階段，占比近五成。

開發(fā)者對(duì)芯片的了解情況

究其背后，要開發(fā)芯片，相關(guān)從業(yè)者需要掌握一系列技術(shù)，包括但不限于：

邏輯設(shè)計(jì)：了解數(shù)字電路設(shè)計(jì)和邏輯門電路。你需要熟悉硬件描述語言（HDL）如 Verilog、VHDL，以及邏輯設(shè)計(jì)工具 EDA（Electronic Design Automation）等。

物理設(shè)計(jì)：涉及芯片的物理布局和布線。

模擬設(shè)計(jì)：熟悉模擬電路設(shè)計(jì)和模擬集成電路（IC）設(shè)計(jì)技術(shù)。這包括了解模擬電路元件、電路模擬工具如 SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis），以及模擬電路布局和布線。

射頻（RF）設(shè)計(jì)：了解射頻電路設(shè)計(jì)和射頻傳輸原理。這涉及高頻電路、微波電路、天線設(shè)計(jì)等。

數(shù)字信號(hào)處理（DSP）：了解數(shù)字信號(hào)處理理論和技術(shù)，用于設(shè)計(jì)處理音頻、圖像、視頻等數(shù)字信號(hào)的芯片。

時(shí)鐘和時(shí)序設(shè)計(jì)：掌握時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)和時(shí)序分析，以確保芯片內(nèi)各個(gè)模塊的時(shí)序一致性和正確性。

混合信號(hào)設(shè)計(jì)：熟悉模擬和數(shù)字電路的集成設(shè)計(jì)，以便開發(fā)混合信號(hào)芯片，如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ADC 和 DAC）或傳感器接口。

半導(dǎo)體工藝技術(shù)：了解半導(dǎo)體制造工藝和工藝流程，包括光刻、薄膜沉積、離子注入、蝕刻等。這對(duì)于了解芯片制造過程和對(duì)芯片性能的影響非常重要。

芯片驗(yàn)證：了解芯片驗(yàn)證技術(shù)，包括功能驗(yàn)證、時(shí)序驗(yàn)證、功耗驗(yàn)證和物理驗(yàn)證。這包括使用仿真工具、驗(yàn)證語言（如 SystemVerilog）和硬件驗(yàn)證語言（如 UVM）。

芯片封裝和測試：了解芯片封裝和測試技術(shù)，包括封裝類型選擇、引腳布局、封裝材料和測試方法。

以上只是芯片開發(fā)中的一些關(guān)鍵技術(shù)，也屬于冰山一角。因此，芯片開發(fā)人員需要不斷學(xué)習(xí)來提高自身的技術(shù)水平和競爭力。數(shù)據(jù)顯示，芯片相關(guān)從業(yè)者有超過半數(shù)的人，每天至少學(xué)習(xí) 1 小時(shí)以上。

開發(fā)者在芯片開發(fā)技術(shù)上學(xué)習(xí)時(shí)長

對(duì)于芯片開發(fā)這個(gè)復(fù)雜的任務(wù)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G 網(wǎng)絡(luò)、人工智能等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)高性能芯片的需求越來越大，而這種需求又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有的芯片工程師數(shù)量。55.98% 的開發(fā)者表示，他們團(tuán)隊(duì)當(dāng)前最急需的是芯片架構(gòu)工程師。其次是集成電路 IC 設(shè)計(jì)/應(yīng)用工程師、半導(dǎo)體技術(shù)工程師。

行業(yè)急缺的芯片工程師

對(duì)此，中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所副所長包云崗點(diǎn)評(píng)道，芯片設(shè)計(jì)人才嚴(yán)重短缺，軟硬件協(xié)同能力培養(yǎng)需重視。在調(diào)研的開發(fā)者中，只有 6% 的開發(fā)者能夠深入理解芯片技術(shù)，也就是芯片設(shè)計(jì)人員僅占軟件開發(fā)人員的 1/16 左右（6% vs. 94%）。用軟件行業(yè)來對(duì)比，2021 年軟件相關(guān)產(chǎn)品營業(yè)額約為 36000 億（軟件產(chǎn)品收入 26583 億元+嵌入式系統(tǒng)軟件收入 9376 億元），芯片設(shè)計(jì)行業(yè)產(chǎn)值約為軟件開發(fā)行業(yè)產(chǎn)值的 1/7。這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)口徑并不一致，但也一定程度上能反映出芯片設(shè)計(jì)人員的嚴(yán)重短缺。

小團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)，AI 成為芯片應(yīng)用的重要場景之一

放眼當(dāng)前國內(nèi)芯片市場入局的公司規(guī)模，呈現(xiàn)出一定的分散趨勢。40.42% 的公司人數(shù)小于 10 人，這些公司可能是由獨(dú)立的芯片設(shè)計(jì)師或者小團(tuán)隊(duì)組成，可能主要專注于某個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)。

芯片公司的開發(fā)人員規(guī)模

數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前的芯片公司的芯片主要服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)以及通信系統(tǒng)及設(shè)備。其中，物聯(lián)網(wǎng)占比最大且遠(yuǎn)高于其他產(chǎn)品/服務(wù)，占比 31.07%，其次為通信系統(tǒng)及設(shè)備，占比 20.63%。

芯片公司提供的產(chǎn)品/服務(wù)領(lǐng)域

人工智能蓬勃發(fā)展，越來越多的專用芯片設(shè)計(jì)用于人工智能領(lǐng)域，它們的特點(diǎn)是針對(duì)特定的計(jì)算任務(wù)進(jìn)行了高度優(yōu)化。數(shù)據(jù)顯示，在國內(nèi)的芯片公司中，有 38.46% 的芯片是搭載人工智能技術(shù)的，能為人工智能應(yīng)用提供更加高效的計(jì)算能力。

芯片搭載人工智能技術(shù)的比例

C/C++ 和 Verilog 是開發(fā)者最為常用的編程語言

在芯片開發(fā)工具層面，芯片開發(fā)人員在開發(fā)語言的選擇上多樣性較高，其中最常用的兩種語言分別是 C/C++ 和 Verilog。C/C++ 是一種常見的通用程序設(shè)計(jì)語言，可用于高級(jí)的應(yīng)用程序和底層系統(tǒng)編程，數(shù)據(jù)顯示，近五成的開發(fā)者在使用它們進(jìn)行編寫代碼；而 Verilog 則是一種硬件描述語言，主要用于數(shù)字電路的建模和仿真，使用的開發(fā)者占比 12.94%。

芯片開發(fā)中常用的開發(fā)語言

芯片開發(fā)中使用的 EDA 工具多種多樣，且芯片開發(fā)人員常用的 EDA 工具呈現(xiàn)出多樣性和分散性。

數(shù)據(jù)顯示，使用最廣泛的工具是 Protel，占 26.11%；其次是 AlTIum Designer，占 18.10%；開發(fā)人員可以根據(jù)自己的需求、意愿和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選擇最適合自己的工具來進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)、仿真和測試。

開發(fā)者常用的EDA工具

國產(chǎn)芯片開發(fā)的挑戰(zhàn)：設(shè)計(jì)、低功耗和專利

在現(xiàn)代技術(shù)中，芯片作為基礎(chǔ)設(shè)施之一，芯片參數(shù)也是開發(fā)者們最為關(guān)注的話題。首先是算力，它衡量芯片處理速度的指標(biāo)，67.06% 的開發(fā)者表示他們關(guān)心芯片算力參數(shù)；其次是功耗，它也是衡量芯片的重要指標(biāo)之一，42.63% 的開發(fā)者也比較關(guān)心。

開發(fā)者關(guān)心的芯片參數(shù)

國產(chǎn)芯片在開發(fā)中面臨很多挑戰(zhàn)和難題，以下是一些主要的方面：

設(shè)計(jì)能力：芯片設(shè)計(jì)是復(fù)雜而艱巨的工作，需要高超的技術(shù)和精湛的設(shè)計(jì)能力。39.91% 的開發(fā)者表示，當(dāng)前以國內(nèi)的設(shè)計(jì)能力，很難去降低芯片設(shè)計(jì)成本。其次便是低功耗設(shè)計(jì)，35.36% 的開發(fā)者表示要實(shí)現(xiàn)低功耗也非常困難。

專利保護(hù)：芯片制造涉及到大量的專利技術(shù)，國內(nèi)芯片開發(fā)中，需要進(jìn)行專利規(guī)避。

國產(chǎn)芯片開發(fā)過程中最難的問題

在芯片設(shè)計(jì)上，開發(fā)者最擔(dān)憂的是 EDA 設(shè)計(jì)工具，現(xiàn)代芯片的復(fù)雜度非常高，一個(gè)芯片可能包含數(shù)十億個(gè)晶體管和數(shù)百萬條線路，因此設(shè)計(jì)過程中需要更優(yōu)秀的工具來幫助工程師處理如此巨大的設(shè)計(jì)空間。

國產(chǎn)芯片設(shè)計(jì)過程中最難的問題

芯片制造與軟件開發(fā)流程不同，不能像軟件開發(fā)那進(jìn)行小步快跑的迭代，整個(gè)制造過程的成本也比較高。

56.62% 的開發(fā)者認(rèn)為在芯片制造中，容易出現(xiàn)產(chǎn)品應(yīng)用市場與設(shè)想出現(xiàn)偏差，從而導(dǎo)致研發(fā)投入、生產(chǎn)成本等方面的浪費(fèi)。其次是在芯片開發(fā)過程中，某些設(shè)計(jì)規(guī)格無法實(shí)現(xiàn)，半數(shù)的開發(fā)者都對(duì)此表示擔(dān)心。

芯片制造過程中的難點(diǎn)

一個(gè)好的芯片產(chǎn)品不僅需要硬件的卓越性能和穩(wěn)定性，還需要配套完善的軟件棧和周到的支持和服務(wù)。只有這樣，才能真正贏得開發(fā)者和消費(fèi)者的青睞和信賴。而這些軟件棧中，開發(fā)者最關(guān)心的是芯片對(duì)操作系統(tǒng)的支持情況，其次是芯片的版本和兼容性。

開發(fā)者對(duì)芯片軟件棧感興趣的內(nèi)容

包云崗認(rèn)為，超過 41% 的開發(fā)者最關(guān)心的是芯片對(duì)操作系統(tǒng)的支持情況。由此可見，優(yōu)秀的芯片設(shè)計(jì)人才不僅僅懂芯片架構(gòu)，也需要懂操作系統(tǒng)等軟件棧知識(shí)。然而，這類人才在國內(nèi)更是稀缺，因?yàn)楹芏嗉呻娐穼W(xué)院并不開設(shè)操作系統(tǒng)等軟件課程。要解決人才急缺問題，當(dāng)前人才培養(yǎng)理念與方案需要改變，需要更重視軟硬件協(xié)同能力的培養(yǎng)。

開源芯片的未來

隨著開源芯片技術(shù)的日益成熟，其市場份額也將逐漸增加，開源芯片平臺(tái)如 RISC-V 等已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用場合。它作為一項(xiàng)新興技術(shù)，其未來的發(fā)展前景非常廣闊，76.77% 的開發(fā)者都看好開源芯片的發(fā)展，有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，將會(huì)在未來的幾年中迎來爆發(fā)式增長。

開發(fā)者對(duì)開源芯片發(fā)展趨勢的看法

整體而言，包云崗總結(jié)道，新興領(lǐng)域芯片需求快速增長，開源芯片未來可期。

一方面，報(bào)告中顯示當(dāng)前芯片主要服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)（31%）以及通信系統(tǒng)及設(shè)備（21%）。在調(diào)研的企業(yè)中，研發(fā)的芯片中有 38% 搭載人工智能技術(shù)，這也反映了當(dāng)前人工智能領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。兩項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)合，可以大致反映出很多物聯(lián)網(wǎng)場景也有人工智能需求。

另一方面，在被調(diào)研的芯片公司中，40% 的公司人數(shù)小于 10 人，26%的公司人數(shù)為 10-100 人。結(jié)合 2022 年 12 月魏少軍教授在 ICCAD 會(huì)上的關(guān)于中國芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展情況的報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，全國甚至有 2700 余家（占84%）芯片設(shè)計(jì)公司人數(shù)不足 100。

總之，國內(nèi)絕大多數(shù)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)人員規(guī)模并不大，他們主要專注于某個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的芯片開發(fā)。這些企業(yè)的存在是因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域帶來的芯片碎片化需求，而以 RISC-V 為代表的開源芯片允許企業(yè)更方便地定制芯片，是應(yīng)對(duì)碎片化需求的有效方式，也有助于實(shí)現(xiàn)企業(yè)非常關(guān)心的降低芯片設(shè)計(jì)成本的需求。