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华为绕开美国生产芯片的成功几率有多大?

2020-06-03 网络整理 阅读:
随着美国制裁的不断升级,“求生存”成了华为当下的关键词。纵观整个半导体产业,终究脱离不了三个步骤:设计、制造、封测。在电子设计软件EDA工具仍被美国限制的当下,华为如何才能活下去?

随着美国制裁的不断升级,“求生存”成了华为当下的关键词KGSednc

在“2018华为核心供应商大会”上,华为官方披露了2018年华为核心供应商,值得注意的是,在92家核心供应商名单中,美国有33家供应商排名第一。KGSednc

从供应商名单发现,华为在集成电路、光电器件和传感器上均采购了美国元器件,射频芯片、基带芯片、通信芯片等也有从美企采购。除此之外,芯片设计中离不开的EDA软件也需要美国企业供应。KGSednc

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按照芯片产业发展模式划分,华为属于Fabless(无晶圆制造设计)类别,属于芯片供应链中游,对产业上下游需求较大。华为不具备在芯片设计软件、关键芯片设计制造等能力。KGSednc

纵观整个半导体产业,终究脱离不了三个步骤:设计、制造、封测。KGSednc

在电子设计软件EDA工具仍被美国限制的当下,华为如何才能活下去?KGSednc

华为能绕开美国生产芯片吗?

不能KGSednc

“求生存是华为现在的主题词。”5月18日,华为轮值董事长郭平面向全球媒体和分析师回应称。KGSednc

换言之,华为将受到多大影响,这取决于其在生产过程中对美国技术的依赖。KGSednc

一方面,华为海思正在提高华为手机的国产化比例:据拆解报告,华为Mate 30 5G中国产零部件占比达41.8%,提高了16.5个百分点,美国元件占比从11.2%降低、到1.5%。KGSednc

另一方面,海思芯片的生产还需要依赖于美国的设计软件和半导体设备,美国在这两个领域高度垄断。KGSednc

在半导体设备领域,高壁垒使市场份额高度集中,而国内自足率低、需求缺口极大,当前在中端设备实现突破,初步产业链成套布局,但高端产品仍是攻克难题。KGSednc

从分布看,全球前十大集成电路装备公司基本上被美国、日本、欧洲企业占据。在全球前五大设备厂商当中,美国应用材料公司以17.72%市场份额排名第一,美国泛林半导体以13.4%的市场份额排名第四,两家合计占了全球31.12%的市场份额。KGSednc

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从自给率来看,2018年,中国半导体设备市场规模达到131.1亿美元,但据中国电子专用设备工业协会统计,2018 年国产半导体设备销售额预计为109 亿元,自给率仅约为12%。除去LED、面板、光伏等设备,实际上国内集成电路设备的国内自给率仅有5%左右。KGSednc

信达电子分析师方竞解读称,对软件影响相对有限,由于美国EDA公司在去年已和华为停止了合作,并切断了升级,现在海思在采用老版本EDA做产品设计,不受限制。同时华为前期和意法半导体的芯片设计合作,也一定程度上可以通过外包方式,解决EDA难题。KGSednc

电子设计软件EDA工具的重要性

EDA软件工具涵盖了IC设计、布线、验证和仿真等所有方面。EDA是集成电路设计必需、也是最重要的软件工具,EDA产业是IC设计最上游、最高端的产业。KGSednc

EDA是集成电路产业链相对产值较小但又极其重要的关键环节,具有“体量小、集中度高”的特点。KGSednc

东兴证券研究所数据显示,全球EDA70%的市场份额都由EDA三巨头Synopsys、Cadence和西门子旗下的Mentor Graphics占据。其中,Synopsys是全球最大的EDA企业,2018年的市场份额已达到32.1%;Cadence仅次于Synopsys,2018年市场占有率为22.0%;Mentor Graphics在被收购之前也能保持超过10%的市场占有率。KGSednc

在中国市场,集中度更高,EDA销售额的95%由以上三家瓜分。KGSednc

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华为所用EDA软件三大厂商均有涉及,分别应用在前端、验证、PCB环节当中。KGSednc

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探究三巨头成功存在三要素:一、持续并购重组,二、高研发投入,三、美国政府的支持。KGSednc

目前,本土EDA企业有华大九天、芯禾科技、广立微电子、博达微科技、概伦电子、蓝海微科技、奥卡思微电等七家。KGSednc

对于国内企业来说,在工具的完整性方面与三强相比,有明显的差距。KGSednc

总结国内EDA软件厂商目前存在的差距主要有三个方面;KGSednc

  1. 产品不齐全(很难离开三大巨头公司的平台 )
  2. 研发投入不足(本土EDA公司和研究单位工作的工程师只有300人左右对比,Synopsys有5000工程师多从事EDA的研发,本土EDA企业龙头华大九天过去十年间所投入研发资金也只有几个亿,而Synopsys 2018近一年的研发投入约为10.8亿美元)
  3. 缺乏与先进工艺的结合

三大EDA公司在新工艺开发阶段与全球领先的晶圆制造厂进行全方位合作,国内EDA厂商只能在工艺开发完以后拿到部分数据,难以针对先进工艺设计、改良EDA软件。KGSednc

FPGA

华为的强项在于IC设计,其中以海思为首的手机处理器已经达到国内最高水平,以巴龙5000基带芯片已经完成SA/NSA认证,在安防领域和服务器领域,华为都有产品涉及,国内市场份额不断增高。KGSednc

但是,华为在FPGA芯片设计上能力较弱,为了满足5G基站的需求,华为在2019年开始用ASIC专用芯片替代FPGA,但是,受制于功耗和灵活调试,这其实也是一种无奈之举。目前,具体ASCI芯片制程工艺暂不明确。KGSednc

当前,FPGA芯片市场还是由美国的Xilinx和Altera所占据,两者的市场份额在全球超过百分之九十。KGSednc

华为自己做不了FPGA芯片研究,只能把希望寄托于国内的专业厂商,其中以紫光国微为首的企业在通信FPGA领域有所布局。KGSednc

在紫光国微公布的2019年财报里,关于FPGA芯片有这样一段描述,FPGA芯片产品已经实现系列化和规模化,主要应用于5G基站等场景,下游客户为通信设备制造商,其中华为为目标企业。 目前公司基于28nm工艺的新一代FPGA产品的研发进展顺利。KGSednc

可以看出,华为目前正在寻求国内FPGA厂商的帮助,虽然短期内国内FPGA厂商很难追赶上像美国赛灵思这样的行业巨头,但替代方案已经在路上。KGSednc

射频芯片

射频芯片是直接影响手机信号好坏的关键元器件,此前,华为P40在外媒拆机中仅存的几颗美国芯片就是射频前端芯片。KGSednc

除了应用在手机终端,射频元件也大幅应用在5G通信设备。KGSednc

目前美国在该领域处于垄断地位,美国的博通、思佳讯、科沃,再加上日本的村田几乎承包了全球整个市场份额。KGSednc

在整个射频前端芯片/模组的产业链中,中国在其中的参与程度目前仍然很低。华为还是只能通过使用美国企业存货,或者外购日本村田的射频产品完成出货。KGSednc

值得欣慰的是,目前以卓胜微、唯捷创芯为代表的国内企业开始发力,已经在一些功能模块上完成突破,但总体还是差之甚远。KGSednc

存储

存储领域分为内存芯片(DRAM)和 闪存芯片 (NAND),目前国内产品的市场占有率都几乎为0,还是高度依赖包括三星、海力士、美光在内的国外企业。KGSednc

目前,国内几家厂商正在存储领域寻求突破,2018年7月,合肥长鑫正式投片,产品规格为8Gb LPDDR4。KGSednc

2019年9月,长鑫存储DRAM项目正式首次投片,正式量产10nm内存KGSednc

紫光国微旗下的西安紫光国芯目前最新DDR4芯片已经小批量产。KGSednc

芯片代工

不可否认,代工这一环节短期内实现“去美化”目标难度极大。华为一直受制于美国技术标准限制,经过台积电内部评估,14nm工艺已经不能为华为代工,这也促成华为将14nm产品代工向国内转移,中芯国际也于近日实现华为麒麟710A芯片量产,采用14nm工艺。KGSednc

目前,中芯国际并不具备7nm等更为先进的制造工艺,而且14nm客户订单单一,与国外先进代工厂差距明显。KGSednc

芯片封测

芯片封测环节全球排名前三的企业分别是日月光、美国安靠、江苏长电。KGSednc

国内封测厂商三强为长电科技、通富微电、华天科技,全球市占率达 23%,技术实力上能够承接国产转单。KGSednc

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目前,华为已经将一部分封测订单转给国内长电科技、华天科技在内的企业。KGSednc

国产EDA公司的机遇

我国当前仅有清华大学、复旦大学、浙江大学、北京航空航天大学、电子科技大学、西安电子科技大学、福州大学等少数学校从事EDA方向的研究和人才培养。尤其是清华大学计算机系在1970年代就开始相关研究,为我国国产熊猫EDA工具(华大前身)、华大九天EDA工具的研发做出了很大的贡献,而且培养了大量的EDA算法人才。KGSednc

值得欣喜的是,国内EDA的研发力量近几年也有长足的进步。2017年6月在集成电路计算机辅助设计领域的旗舰会议--第54届设计自动会议(ACM/IEEE Design Automation Conference 2017)上,福州大学陈建利老师的论文Toward Optimal Legalization for Mixed-Cell-Height Circuit Designs获得最佳论文奖(作者:Jianli Chen, Ziran Zhu, Wenxing Zhu, Yao-wen Chang)。这是54年来中国大陆作者第一次以第一单位/第一作者获得该会议最佳论文奖。KGSednc

国产EDA工具目前还主要以点工具为主,只有华大九天有模拟IC设计的全流程工具。但是,也不乏亮点。在过去的几年,华大九天的Xtime物理设计时序优化与Sign-off工具和解决方案,得到了业界一线工程师的一致好评,已经成功打入全球一流芯片设计公司中,成为数字全流程中的重要一环。而且,华大九天是全球是全球唯一可提供液晶平板显示全流程EDA设计解决方案的提供商,国内市场占有率超过90%。KGSednc

此困境之下,国产EDA工具将进入国内Fabless的视野,取得扩大市场份额的契机,进而获得与拥有先进制程的晶圆厂合作机会,国产EDA元年或将就此开启。KGSednc

责编:Demi XiaKGSednc

(综合整理自: 投中网、TechWeb、东兴证券《中美科技战系列报告之四:电子设计软件EDA是美国限制华为封喉之剑》、前瞻产业研究院资料、知乎用户Forever snow)KGSednc

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