半导体100人丨芯原股份戴伟民：穿越集成电路周期的法则和中国厂商机会-Chiplet（芯粒）、FD-SOI（全耗尽型绝缘体上硅）和RISC-V（一种精简指令集架构）

2022-08-04 14:05:14　

来源: 21世纪经济报道 

如何在周期波动中成长，又如何抓住更适宜的技术发展机会？

21世纪经济报道记者骆轶琪 广州报道

今年以来，消费类智能终端需求减弱，相关半导体市场也受到很大程度影响。

此前多年，以智能手机为代表的消费终端扛起了四成左右半导体需求，如今其走弱也令半导体行业显出走向阶段性周期拐点的趋势。

这已经体现在部分产业链厂商的业绩中。因此，在目前半导体供需结构性不平衡的新局面下，厂商如何跨越周期，同时继续推进先手技术研发落地显得尤为重要。

近日，芯原股份创始人、董事长兼总裁戴伟民接受21世纪经济报道记者专访时指出，目前行业的确处在周期转换过程中，但全球范围内不同市场面对的情形不同，中国市场“风景独好”；而芯原独特的商业模式也足以令其安全穿越周期。

同时，在摩尔定律走向失效背景下，半导体行业涌现出值得关注的新技术路线，将支持国内行业寻找换道超车的发展机会。在这其中，作为产业链上游厂商的芯原也已经部署了相应能力。

周期变换

受宏观环境影响，这两年来的半导体市场经历了较大幅度变化。对部分具体品类来说，甚至显示出从卖方市场转向买方市场的趋势中。

全球晶圆代工巨头台积电的收入构成也显示出半导体需求市场的变换。在今年前两个季度，HPC（高性能计算）连续超越智能手机，稳坐其收入贡献第一位。

叠加全球范围内的通货膨胀等外部环境影响，令整体半导体市场发展走向阶段性变局。

戴伟民向记者表示，“我曾在去年就预测芯片产能短缺将在今年下半年开始缓解，2023年下半年个别工艺节点可能出现过剩。目前半导体市场增速放缓与新建的晶圆厂产能逐步释放形成冲突。”

（芯原股份创始人、董事长兼总裁戴伟民，图源：公司提供）

他进一步分析道，此前受疫情带来的供需失衡、非理性囤货，以及新能源汽车快速增长、5G加速布局、智慧物联网设备需求释放等因素影响，2020年至今，主流晶圆厂的产能利用率一直维持在100%左右。

另据IC Insights统计，2021年全球半导体资本支出激增34%，而晶圆代工支出占全球半导体资本支出的1/3以上。2021年晶圆产能增长8.5%，预计2022年将增长8.7%，创历史新高。

不过从各家研究机构数据看，2022年全球半导体产业的增速应该在4%-14%之间。相比2021年约26%的增速有所放缓。

他同时指出，虽然这两年全球半导体产业面临产能短缺、地方保护政策抬头，以及2022年市场增速开始放缓等发展困境，但中国半导体产业“风景这边独好”。

究其原因，主要在于全球半导体产业正在向中国转移；持续的产业投资和产业发展政策支持；同时中国芯片内需和自给率持续提升，预计到2030年，中国半导体公司的供应量占中国半导体市场的42.03%，而2020年和2010年分别为16.62%和4.42%。

“本土芯片研发设计能力加强、技术密集程度加强，从工人红利到工程师红利，再到科学家红利等。这都将为行业发展带来新的机遇。”他续称。

但值得注意的是，某种程度上看，受周期转折和外部环境影响，今年科创板上市的集成电路设计类企业在上市首日资本市场表现，有一定程度的遇冷现象。

（Wind统计近一年来“芯片”题材的热度和走势情况，图源：Wind）

对此，戴伟民表示，作为重要的退出通道，破发以及二级市场低迷所带来的负面影响正在向一级市场迅速传导。二级市场市值降低、流动性减少，就弱化了投资机构对于退出和回报的预期；而投资回报降低引发市场化LP（基金出资人）缺失，美元LP撤离。

“未来科创板（部分企业）破发、退市或将成为常态。目前国内半导体市场的高景气度以及估值显著下降，从百倍PE回落到40-50倍PE区间，但仍高于国际平均水平。此外，和纳斯达克股票市场相类似，科创板上市企业的技术前景和商业模式在初创期具有高度不确定性，而且传统的投资分析和估值方法不适用，所以退市会是一个正常的、常态化的现象。未来一级市场估值也将去泡沫化，脱虚务实。”他如此总结。

抵御周期

从陆续发布的财报数据可见，芯片设计类企业业绩出现明显分化态势，因为业务构成相对分散，这使得处在偏行业上游环节的厂商，整体受行业结构性转变影响幅度偏弱。

戴伟民向记者表示，在这一轮大小周期转换中，有三点帮助芯原保持增长态势，分别为芯原商业模式的逆周期性、规模效应显现和Chiplet布局。

具体来说，逆周期方面，在产业下行时，企业为了保障未来发展，更需要重视研发投入，韬光养晦。他们会选择更灵活、更“轻设计”的方式来投入研发，并更加重视供应链管理。

“因此，很多企业选择和芯原这样的设计服务企业合作，并帮助他们进行量产管理。在产业下行期，泡沫会少很多，也会有很多不错的投资机会显现。芯原也在不断地对和我们业务发展战略相匹配的优质企业进行投资，并择机收购一些好的技术资产。”他如此表示。

而平台公司是否盈利，首要是看规模效应能否起来。目前芯原IP授权业务的规模效应已经显现，量产服务的规模效应也正在显现。

最新财报数据显示，2022年第一季度，芯原IP授权业务收入同比增长了242.72%，半导体IP授权次数达41次。

戴伟民表示，虽然IP授权有季节波动性，但长周期来看，芯原的IP授权业务一直呈稳步向上增长态势。调研机构统计显示，2020年和2021年，芯原IP授权业务营收在全球均排名第四。

在目前全球产能紧张环境下，很多公司甚至很难拿到和前一年相同的产能，但芯原2021年量产业务收入同比增长35.40%，2022年第一季度量产业务同比增长了33.44%。

戴伟民同时认为，芯原拥有丰富的处理器IP，以及领先的芯片设计能力，加上与全球主流封装测试厂商、芯片制造厂商都建立了长久合作关系，所以非常适合推出Chiplet业务。

芯原的Chiplet模式主要包括IP芯片化、芯片平台化、平台生态化。他指出，这不仅促进Chiplet的产业化，而且把芯原的IP授权业务和一站式芯片定制服务业务推上新高度。

“芯原有可能是全球第一批面向客户推出Chiplet商用产品的企业。”戴伟民介绍道，目前芯原已经在相关项目取得突破性进展。“我们用Chiplet的设计理念已经完成高端应用处理器项目SoC版本的设计，只用12个月就完成从芯片定义到流片整个过程，目前正在进行Chiplet版本的迭代工作。这个高端应用处理器项目未来将为平板电脑、笔记本电脑、数据中心、自动驾驶等应用提供更加灵活、高效、可靠的设计解决方案。”

换道超车

作为半导体上游环节厂商，芯原一直对前沿技术的落地有着敏锐触觉。因此发现全球半导体产业中心在中国风云际会的窗口期，戴伟民认为，中国市场有几个换道超车的技术路径值得关注：Chiplet（芯粒）、FD-SOI（全耗尽型绝缘体上硅）和RISC-V（一种精简指令集架构）。

Chiplet已经得到全球主要巨头厂商的认可，这在摩尔定律走向失效的发展时期显得尤为重要。AMD也是通过该项技术的研发迭代，实现业务快速成长，从而积蓄余力与X86服务器霸主Intel继续竞争。

苹果此前发布的M1 Ultra芯片也属于采用Chiplet技术的产物。将两块芯片用外部拼接的方式，实现计算效率扩大化。

简单来说，Chiplet就是能够实现将来自不同厂商的不同工艺制程、不同材料的裸片（die）封装在一颗大芯片中，不再要求其中裸片全部为同一高工艺制程，进而实现更好的性能与成本平衡。

（Chiplet技术可实现的集成异构化示意图，图源：芯原股份2021年度财报）

今年初，包括AMD、英特尔、高通、三星、台积电、日月光等在内的十家巨头宣布成立UCIe产业联盟，旨在推动Chiplet接口规范的标准化，为其进一步普及打开通路。

“最会做大芯片的AMD和Intel都说未必要做一整颗大芯片，是不容易的。”戴伟民解释道，由于数字技术迭代更快，模拟技术通常迭代周期长，导致接口技术的迭代周期有时跟不上芯片设计企业所需的时间要求。采用Chiplet技术就可以将不同制程产品封装在一起，实现集成异构化。

他进一步指出，Chiplet主要适用于大规模计算和异构计算。平板电脑应用处理器、自动驾驶域处理器、数据中心应用处理器将是Chiplet率先落地的三个领域。

“把计算和功能模块以Chiplet的方式单独做好车规验证工作，然后通过增加这些Chiplet来升级汽车芯片，可以大幅简化汽车芯片迭代时的设计工作和车规流程，同时增加汽车芯片的可靠性——因为几颗Chiplet同时失效的几率远远小于一颗汽车芯片失效的几率。”戴伟民分析，而平板电脑需要各种不同功能的异构处理IP，数据中心要集成很多通用的高性能计算模块，因此这三大领域是Chiplet的最佳使用场景。

据介绍，近些年来，芯原的客户群体中，有超过1/3是系统厂商、互联网厂商、云服务提供商。Chiplet尤其适合这类缺乏芯片设计经验和资源的企业，帮助他们发展自己的芯片产品，实现技术和应用创新。

需要指出的是，Chiplet某种程度上改变了集成电路行业固有的产业化流程和生态，对于封装企业来说也有一定门槛。

戴伟民告诉记者，Chiplet并不必须使用3D封装技术，2.5D封装就可以实现，当然这确实对封装能力带来一定挑战。

“目前国产厂商有能力可以做好Chiplet，从设计到封装的产业环节，并不像晶圆代工那样有较大差距。”戴伟民表示，因此本土产业链更应该在该领域发力。

在他看来，此前低端封测的利润偏低，但是如今采用Chiplet技术进行封装后，实际上也可以把集成电路中晶圆的价值转移一部分到封装环节，推动该领域利润抬升，属于对封装领域激发价值。

当然，由于是较新事物，Chiplet在产业化落地过程中还在不断迭代，也需要产业链角色积极推动。

戴伟民表示，芯原在发展Chiplet项目时，主要遇到两个问题：首先是接口规范标准的统一，这关系到整个产业链生态的发展，目前UCIe的推出有望解决这个问题，芯原也已经成为中国大陆首批加入UCIe联盟的企业之一；其次是Chiplet供应商和应用商谁先迈出第一步的问题，这也是一个“鸡与蛋”的问题。

具体来说，Chiplet供应商较为关心Chiplet的一次性工程费用（NRE）该由谁来承担，而应用商则担心是否有足够丰富的Chiplet可以应用，以及Chiplet产品的性价比能否先被验证后，再决定要不要用。因此大家都容易停留在观望阶段，等第一个吃螃蟹的人出现。

“芯原正在与有意向使用Chiplet的企业积极沟通，并尝试探索向潜在客户‘众筹’Chiplet方案，有望尽快打破僵局。通过我们与客户的深入沟通，认为平板电脑应用处理器、自动驾驶域处理器、数据中心应用处理器不仅将是Chiplet率先落地的三个领域，也是解决Chiplet‘鸡’和‘蛋’问题的原动力。”戴伟民指出。

两条腿走路

前面提到的另外两个技术路径FD-SOI和RISC-V并不算是新鲜事物，二者基于各自的技术优势和市场特点，近几年也得到高速发展。

今年4月，CEA、Soitec、格芯 (GlobalFoundries)和意法半导体（ST）宣布了一项新的合作协议，四家公司计划联合制定行业的下一代FD-SOI技术发展规划。近日，意法半导体又与格芯宣布在法国新建一座半导体工厂，其中规划提到采用FD-SOI工艺技术。这也被认为是参与欧盟《芯片法案》的重要内容。

虽然该项技术路线并不为台积电所主要推崇采用，但来自其他老牌IDM巨头的积极投入，也侧面印证了其重要性。

从空间角度看，FD-SOI是在二维层面进行设计走线，FinFET则是在三维层面。此前FD-SOI技术发展到一定阶段出现了漏电难题，彼时的解决方案是需要改进底板，但难度极大。

戴伟民向记者打了个比喻，这就好比飞机从法国巴黎飞到中国上海，但是飞机在其中的颠簸程度不能超过15mm，这显然是无法实现的。因此才有了后续从三维角度寻求技术解决的FinFET，这也是台积电目前主要采用的技术路线，但相比在二维，三维层面的技术难度会更高。

不过在2013年，Soitec公司突破了FD-SOI高质量衬底的技术瓶颈。在2012年，意法半导体已推出28nm FD-SOI工艺平台。2014年，三星获得意法半导体的28nm FD-SOI工艺平台授权，上海新傲获得Soitec Smart-Cut技术授权。2015年，格芯推出22nm FD-SOI代工平台22FDX。2016年，上海沪硅产业宣布收购Soitec的14.5%股权。此后，基于FD-SOI技术的芯片不断推出。

这些历史进程的叠加，让中国具备了发展FD-SOI技术的土壤。戴伟民介绍，FD-SOI和FinFET都是关键的先进工艺技术。其中FinFET具有高计算性能的特点，适用于云服务、高性能计算、人工智能等需要长时间保持高计算性能的应用；FD-SOI具有低功耗、低成本和可集成射频和存储的优势，适用于物联网、通讯、传感器、自动驾驶等待机时间较长，偶尔需要高性能，但更多地强调低功耗和高集成的应用。

这意味着该两项技术并不是取代关系，而是适宜的场景不同。戴伟民强调，因此这应该是“两条腿走路”，FinFET适宜发展14nm/7nm及以下工艺制程，优势集中在发展集成度高的数字芯片；FD-SOI更适合22nm/12nm工艺，对模拟芯片、化合物半导体等领域都适宜。FD-SOI是中国无晶圆厂半导体厂商“换道超车”的机会。

具体适配的应用领域主要有三个：图像传感器市场、ISP（图像信号处理）市场、物联网半导体市场。戴伟民认为，ISP是FD-SOI很大的潜在市场，尤其在中国，值得关注的是这个市场已经开始出现；物联网则是FD-SOI快速成长性市场，但在具体应用领域上高度细分，需具体视工艺制程和高低端场景而定。

据介绍，芯原已经基于FD-SOI工艺推出多个客户项目，还可提供基于22nm FD-SOI工艺的无线连接解决方案，包括双模蓝牙IP和NB-IoT IP等。

在2021年发布的《广东省制造业高质量发展“十四五”规划》中，就已经提到“重点推进模拟及数模混合芯片生产制造, 加快 FD-SOI 核心技术攻关”字眼。

戴伟民指出，广东是集成电路产业应用的核心地带，在发展消费电子、物联网设备等方面市场优势明显。FD-SOI的技术优势，结合大湾区集成电路市场特点，加上基金和政策的扶持，将获得很大发展机遇，同时也有助于大湾区面向更广阔的物联网市场，形成差异化聚集性发展的优势。

（作者：骆轶琪 编辑：张伟贤）