從模擬的角度看待集成電路國內(nèi)外差距

最近許多高校陸續(xù)公布了自己的校線以及院線，許多報考微電子的同學在模擬電路和數(shù)字電路之間徘徊，不知該如何選擇。

飛姐邀請到了深受同學們喜歡的大寶哥，讓他結合自己的經(jīng)驗，從國內(nèi)外的技術角度向大家講一講模擬電路以及國內(nèi)外的技術差距。

從模擬的角度看待集成電路國內(nèi)外差距

2018年全球半導體產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值達到4700億美金，其中中國就進口了大概2/3。即使減去出口，貿(mào)易逆差也已經(jīng)連續(xù)六年（進口半導體）超過2000億美金。

從這個數(shù)據(jù)可以看到，雖然近年來國家大力加強半導體的投入，中國芯片自給自足的美好愿望仍然任重而道遠。

通信設備領域方面，因為海思和紫光展銳兩個大公司的存在使得占有率超過10%之外，其它領域的自給率都非常的低，甚至接近0%。面對這樣一個個觸目驚心的數(shù)字，我們不禁要問 ——中國半導體行業(yè)與國外的差距到底在哪里？還有哪些方面受制于人？

下面就我比較了解的模擬電路行業(yè)，聊聊我自己的一些小小看法。

模擬電路是指用來對連續(xù)變化信號進行傳輸、變換、處理、放大和測量等工作的電路。

模擬電路的全球市場約為550億美金，和整個半導體行業(yè)一樣也是贏者通吃的領域，排名前10的大公司占了世界59%的市場份額。

相比于其他半導體行業(yè)，模擬電路對技術積累、人才素質(zhì)和產(chǎn)品種類有著更高的要求，接下來就來看看大陸模擬半導體廠商在這三方面正在面對哪些制約和挑戰(zhàn)。

高端技術受制于人

以模擬電路金字塔頂端的明珠ADC（模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換器）為例，全球市場長期被四家美國企業(yè)所占據(jù) —— ADI、TI、MAXIM和MICROCHIP，并且占據(jù)的比例高達90%以上。

由于高速高精度ADC是未來400G光通信、5G基站、汽車無人駕駛等熱門應用領域的核心器件，其價格隨著技術含量的增加成指數(shù)級增長。僅占6%出貨量的高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（采樣率>1Msps）就創(chuàng)造了近50%的行業(yè)銷售額.

美國企業(yè)之所以能夠長期占據(jù)技術最高點，與其對高端技術的保護是分不開的。

首先是產(chǎn)品禁運，下圖顯示了美國企業(yè)對大陸ADC出口管制的現(xiàn)狀。無法在正規(guī)途徑獲得大批量的高性能ADC的產(chǎn)品，就無法系統(tǒng)地從現(xiàn)有產(chǎn)品中進行學習，自主研發(fā)的時間和成本大大增加。

美國企業(yè)對大陸ADC出口管制現(xiàn)狀

其次，高性能模擬電路公司都非常注重專利的保護，僅TI一家公司就擁有45000+專利。實現(xiàn)高性能模擬電路的本身就是在工藝極限上尋求突破，而最直接和高效的方法已經(jīng)被別人的專利堵死，就進一步增大了我國高端模擬技術發(fā)展和突破的難度。

設計人才缺口巨大

模擬電路由于自動化驗證方式少，芯片debug困難，對工程師技術水平和經(jīng)驗積累的要求非常高。

如果說一個資深數(shù)字工程師可以頂幾個應屆畢業(yè)生的有效工作量的話，那一個資深模擬工程師就可以頂幾十個應屆畢業(yè)生的有效工作量，并且還能將最終出錯的概率降到最低。而越是高性能的模擬電路，需要的綜合型高素質(zhì)模擬人才就越多。

比如MAXIM的芯片產(chǎn)品定義專家 (product definer)，需要把客戶的要求轉(zhuǎn)化為具體的電路架構和參數(shù)。這種高級人才需要有幾十個不同類型芯片的開發(fā)經(jīng)驗。

而ADI一個高性能ADC的研發(fā)團隊僅設計人員就會達到幾十甚至上百人，并且需要大量模擬與數(shù)字都有涉獵的混合信號設計人才進行模擬電路優(yōu)化和數(shù)字矯正算法設計。

中國大陸由于起步晚，模擬行業(yè)從業(yè)人員數(shù)量和技術水平還遠遠不夠。目前國內(nèi)90%的芯片設計公司是少于100人的，其中研發(fā)人員一般只有10%左右。由于缺少這樣大規(guī)模高素質(zhì)的設計人才團隊，高性能的模擬產(chǎn)品很難被快速高效的開發(fā)出來，可靠性也很難保證。

產(chǎn)品軍團尚未形成

除了高性能模擬領域，即使在技術含量相對較低，市場更大的傳統(tǒng)的模擬電路領域，如運算放大器，常用電壓管理芯片和常用模擬前端芯片(AFE)，大陸模擬半導體廠商依然面臨了產(chǎn)品數(shù)量規(guī)模的限制。

模擬電路是一個碎片化、小而全的市場，產(chǎn)品種類較多。TI通過近10萬種不同產(chǎn)品完成100多億美金的營收。而且這些產(chǎn)品大量應用于工業(yè)和汽車領域，生命周期都很長，通常在5-10年。因此隨著工藝產(chǎn)線的折舊，利潤空間還在逐年放大。

此外，如此多的產(chǎn)品在系統(tǒng)應用上形成集團競爭優(yōu)勢，任何系統(tǒng)中的模擬需求都可以通過一系列TI的產(chǎn)品來解決，節(jié)省了客戶系統(tǒng)開發(fā)的時間成本。

相比之下，國內(nèi)模擬龍頭韋爾股份、圣邦股份和矽力杰的產(chǎn)品數(shù)量均只有1000種產(chǎn)品上下，因此即使在中低端產(chǎn)品上也只能單點突破，集團效應還遠未形成。

而由此帶來的另一個問題就是研發(fā)投入不足。雖然研發(fā)投入占營收與歐美大廠相差不大，但絕對值卻有數(shù)量級的區(qū)別，而研發(fā)投入少就導致了無法快速增加產(chǎn)品和涉獵高端領域。因此只能在中低端領域打價格戰(zhàn)，整體利潤率偏低，又再一次限制了研發(fā)投入，陷入惡性循環(huán)，也缺失了長期技術積累。

隨著應用市場的不斷升級，如汽車，工業(yè)，醫(yī)療都將成為未來模擬芯片的主要增長動力。雖然大陸模擬半導體產(chǎn)業(yè)面臨技術積累缺乏，設計人才短缺和產(chǎn)品種類偏少這三座大山，但我們擁有最大的應用市場，而模擬系統(tǒng)的設計開發(fā)與應用密切相關。

因此，通過和應用市場緊密結合或許可以幫助大陸模擬半導體公司提高研發(fā)能力。同時，效仿跨國公司進行并購整合也是快速提高大陸模擬芯片企業(yè)競爭力的一種方式。以韋爾股份為例，他們在過去的一年里推動去收購豪威股份、思比科和視信源，就是典型的代表。

期望與總結

羅馬不是一日建成的，高性能模擬電路是經(jīng)過多次試錯和迭代之后才淬煉而成。

歐美大廠由于積累了大量經(jīng)過驗證的IP，新產(chǎn)品開發(fā)的風險較小，周期也較短。而大陸模擬企業(yè)尚處于成長期，因此只有放棄短視思維，一步一個腳印地通過學習和并購完成技術積累，這才是大陸模擬半導體廠商崛起的必經(jīng)之路。