我国芯片行业要多久才可以赶上美国？ 第3页

asml的老板说，对华技术封锁是一个错误！最多15年，中国将建立自己完整的产业链。到时候欧洲将失去所有市场。

If you shut out the Chinese with export control measures, you’ll force them to strive toward tech sovereignty, in their case real tech sovereignty … In 15 years’ time they’ll be able to do it all by themselves — and their market [for European suppliers] will be gone,” Wennink told POLITICO on the top floor of ASML’s towering building in Veldhoven, a town in the southeast of the country.

我不确定他是基于个人判断还是基于严禁的调查研究。15年，应该是参考了北斗系统(20年)和空间站(10年)。

类似的话其实比尔盖茨也说过。我本人略微悲观些，觉得要25年才行。

要到经济以民营企业为主的时候。而现在主要途径，是财政扔一笔科研经费，给各大学、研究所的微电子等专业。申请研究经费，以过往实验的成功率为依据，已经是上世纪八九十年代的往事了。在科研基金管理人，与地方院校加强了面对面交流以后，一些计划经济必然产生的因素，替代实验能力，成了是否能拿到经费的关键。

在芯片领域，中美差距到底有多大？

因为中国经济起步太晚，在追赶方面我们肯定是按先易后难的顺序搞的.

芯片技术遵循摩尔定律，在同样价格的前提下，每18~24个月元器件的数目就会翻一倍，也就是性能翻一倍。

这恐怖的进化速度代表整个芯片产业链能每2年就把一个先进技术搞成落后技术，慢一步你之前所有的投资都会全部废掉，根本不是以前的中国玩得起的。

因为芯片技术的追赶难度在所有行业里明显属于最高级，所以我们放到后面去发展是非常正常的。

那么中美的芯片技术差距有多大，是不是大到壮汉打小孩那种？

中国芯片技术不如美国很多，但双方的技术差距，也没大家想象的那么大。

完整的芯片制造链共有九大核心设备，只要有一个被卡断，整个芯片生产系统就会中断。

光刻机，只是九大核心设备之一而已，并不代表你有了光刻机就能生产芯片。

在这九大核心设备的领域，如果所有零件都采用纯粹的国产，不含一丝一毫的外国零件，那么中国到底能打造出什么程度的芯片产业链？

还是让数据说话罢。

九大核心设备

列数据之前，要先列总纲，先介绍下芯片制造究竟需要哪九大核心设备。

氧化扩散机，薄膜沉积设备，光刻机，涂胶显影机，刻蚀机，离子注入机，CMP抛光设备，检测设备，总共是八大设备。

除此之外，还有一个清洗机，贯穿多个工序，不清洗是没办法进入下一环节的，因此总共是九大核心设备。

这九大高精尖设备组合在一起彼此配合，才能组成一个完整的生产线，然后才能生产出一颗小小的芯片。

少了其中一个，你整个生产线都得瘫痪。

清洗机

先谈清洗机，因为这东西看起来很不起眼，不就洗个东西么。

芯片的清洗机，和你家的洗碗机那完全就是两码事，可不是冲冲水就完事了，那可是超高精密度的芯片。

1 毫米=1000000 纳米，也就是说，5纳米=0.000005毫米，在这么细的缝隙里会有多种杂质需要无损清除，每个生产环节都会给缝隙内增加新的杂质，你说难不难？

清洗机分几种原理，又各自由多少道工序组成，我今天就不说了，但你要知道清洗对于芯片制造意义非常重大，如果清洗达不到要求，那么产品的良率会低到惨不忍睹，直接导致经济效益丧失。

在清洗机领域，马太效应非常明显，全球前四大企业总共占据了98%的市场份额。

排第一是不是美国，而是日本，前两大厂商都是日本的，合计占据70%的市场份额，第三名是韩国的，占14.8%，日韩合计占据84.8%的市场。

日韩很强，但中国在这个领域已经实现了从0到1的突破，拥有了上牌桌的资格。

全球第五大清洗机公司，是中国的盛美半导体公司，虽然只占2.3%的全球市场份额，但已经拥有了一战之力，因为美国公司的市场份额也就12.5%，这还是中国企业占了后发劣势，别人不愿意冒险用中国产品的缘故。

2021年5月25日，盛美半导体的SASP兆声波清洗技术，荣获中国科技进步一等奖。

目前，全球最先进的清洗机是日本的，可以匹配5nm生产线。

美国也能搞定5nm生产线，但市场竞争力不如日本。

中国最先进的清洗机，可以匹配14nm生产线，目前在研技术5/7nm。

我这里指的14nm级别清洗机，是纯国产零件组成的，哪怕美国带着全球一起断供中国也能自己造出来的纯国产清洗机。

除此之外，中国还有替补梯队，北方华创目前可以造28nm的清洗机，至纯科技目前可以造28nm的清洗机，芯源微目前可以造28nm的清洗机，技术等级仅落后盛美一代。

这么短的时间内搞出14~28nm的技术强不强？

反正，我觉得不算弱了。

氧化扩散机

氧化扩散设备，目前最先进的国家是日本，技术等级是5nm，占据了全球总共81%的市场份额。

这个领域美国能造5nm产品，但市场份额就是打酱油的，自己都引用日本设备，目前日本拥有全套自产零件，因此美国的技术制裁令管不到日本的氧化炉身上，所以在这个领域我们很少提及，因为无需担心美国卡脖子，里面的美国零件很少。

但中国的对手不止是美国，虽然日本目前和中国关系还可以，愿意提供设备，但我们也要防一手。

只要不是中国的，那就是外国的，判断标准非常简单粗暴。

目前，中国的北方华创可以独立生产14nm的氧化扩散炉，足以匹配14nm的芯片生产线。

北方华创的产品目前占据国内市场6%，国际数据暂时没有。

市场份额不多，但只要你要，产品还是可以提供的。

薄膜沉积设备

薄膜沉积设备领域最强的是美国和日本，都可以搞定5nm技术，两国合计占据70~80%左右的市场份额。

目前，中国国内的存量薄膜沉积设备98%来自于进口，国产化率仅为2%，因为中国以前造不出来。

但最近几年，中国取得了技术突破，最先进厂商为北方华创。

目前，中国28nm级别的设备已经成功实现销售，14nm设备正在生产线进行磨合验证。

中国最先进厂商已成功实现销售，成功实现销售这六个字，足以看出国产设备要取得技术突破，要取得市场认可，到底有多难。

除了北方华创，沈阳拓荆也很强，双方的技术等级都是一致的，目前都可以搞定14nm的技术，都正在研发7/5nm的技术。

技术产品是研发出来了，甚至已经突破到了14nm，7/5nm的技术过几年也能搞出来，但产品很难卖，一直在亏本砸钱，闷头搞研发，暂时不考虑大规模销售的事。

后发者想追赶，就是很难。

怎么说呢，总算是突破了，中国已经掌握了14nm的技术

没办法买产品支援来尽自己一份心意，我这里鼓个掌，不过分吧。

光刻机设备

来到最出名的光刻机环节了，光刻机是整个芯片产业链中国最落后的一个环节，因此也成了各路媒体报道最多的对象。

大家想必已经很熟悉了，但为了保持九大设备环节的完整性，我这里还是多说几句。

目前全球光刻机设备最厉害的企业是荷兰的ASML，占据84%的市场份额，其他的市场份额基本是日本佳能和尼康的，再然后就没有了，所有国家都是打酱油的，包括美国。

美国甚至都没有做光刻机的企业，只能造光刻机里面的光源。

当然了，荷兰也有办法单独造出光刻机，核心零件被多个国家掌控着，光源来自于美国，镜头来自于日本，纳米级数控机械系统来自于德国，总共十万多个零件由西方各国几百家企业进行提供，然后由荷兰ASML组合成光刻机。

美国的工程师说过：仅仅是光刻机其中的一个小零件我都调了整整十年！
荷兰ASML表示：我就算公开图纸，别人也造不出光刻机。

其实，如果全球对荷兰ASML断供，他自己对着图纸也造不出光刻机。

简单的说，光刻机是所有芯片核心设备里最复杂的一个，目前全球没有任何国家都实现完全的国产化，都必须通过国际合作才可以实现生产，包括美国和荷兰。

因此，在光刻机领域，中国突破起来最为困难。

光刻机的零部件实在是太多了，而光刻机整机的等级由最弱的那个部件来决定。

因此，光刻机整机目前最先进的企业是上海微电子，目前成功突破90nm的技术，反复曝光下可强行生产28nm的芯片，但成本较高，没有经济价值，在研技术为65nm。

虽然中国的纯国产光刻机只能达到90nm的技术等级，但你可别忘了这是在全球技术封锁的前提下实现的。

像美国这种力度的技术断供制裁扔到了美国自己头上，他能造出什么等级的光刻机还真不好说。

你只有个光源强，没用的，光刻机等级是由主要零件里最弱的那一环决定的。

涂胶显影机

全球涂胶显影设备市场中，日本TEL这一家公司的市占率达到87％，达到了绝对垄断地位。

DNS公司，西美事公司，SCREEN公司，这三家公司合起来才占了13%。

这个领域中外差距极大，以前根本就没有中国公司什么事。

目前涂胶显影设备中国已经取得了突破，芯源微和沈阳芯源可以制造国产替代产品，目前已经达到了28nm的工艺水平，14nm设备即将研发成功。

在中国国内市场，只有芯源微打开了市场，目前占据了4%的市场销售额，国际市场暂时就不想了。

很可怜，但短短几年取得了这种技术突破，很可贵。

涂胶显影机设备的国产化替代率，已经取得了零的突破，而且目前的技术等级并不算太低，赶超速度非常快。

刻蚀机

如果说光刻机是中国最弱的一个环节，那刻蚀机就是中国最强的一个环节。

中国可以生产出5nm技术等级的刻蚀机！生产公司是中微半导体。

目前，中微半导体的5nm级别刻蚀机已经卖掉了50多台，甚至成为了目前最先进5nm芯片生产线台积电的设备供应商。

目前，中微半导体正在研发3nm级别的刻蚀机技术，完全站在了国际最强第一线。

但是中微半导体没赚多少钱。

2015年2月4日，美国商务部签署命令，解除了针对中国的“刻蚀机禁令”，给出的理由是“中国已经从事实上获取了来自中国企业的、和美国产品数量、品质相当的刻蚀设备，继续实施国家安全出口管制措施已然毫无意义。”

因为禁令的完全解除，后方劣势的中微公司很难推销出自己的产品，别人的生产线不愿意冒险采用你的机器。

因此，中微半导体虽然有技术，但只拿下了全球1.4%的市场份额，这已经是中国第一强的刻蚀机企业了。

没什么好办法，这是美国的阳谋，他解除了技术禁令你总不能自己封掉吧，这和改革开放的宗旨相违背。

现在，只能等中国3nm的刻蚀机研发成功了，谁先行一步，谁就占据天大的先机。

离子注入机

离子注入机属于仅次于光刻机的卡脖子环节。

在这个领域被卡脖子，是因为此领域美国产品占据了绝对垄断地位，拿下了全球89%的市场份额。

离子注入机市场规模很小，不值钱，在整套芯片生产线里，刻蚀机价值占比20%，光刻机价值占比20%，而离子注入机占比仅为3%，整个2020年的全球市场销售额只有18亿美元，属于一个小环节设备。

但是整套芯片生产线是环环相扣的，缺一个就能断你整条生产线，哪一个环节都不能少。

没有离子注入机，你其余97%的设备全部搞定都没有，这3%就能让你全线停工。

所以离子注入机属于仅次于光刻机的卡脖子环节。

目前，中国的中科信公司、凯世通公司，已经成功生产出工艺达到28nm的离子注入机，目前正在研发14nm的技术。

市场份额几乎没有，毕竟是个市场新人，取得生产线企业的信任非常困难，但设备毕竟是研发出来了，目前还在继续砸钱研发。

这么短时间弄出了28nm的设备，虽然因为时间短暂还没有成功打开市场。

但我觉得，还行。

CMP抛光设备

抛光设备最先进的国家是美国，可以搞定5nm的技术，占据了全球71%的市场份额。

此领域卡脖子不严重的原因，是因为中国的华海清科和中电科已经搞定了14nm的技术，正在研发7/5nm的技术。

当然，只占了15%的市场份额，而且只是国内市场。

全球市场美国拿走了71.3%，日本拿走了26.7%，两者合计98%，人类其他所有国家共享2%。

要不是中国不惜血本砸技术，硬生生的砸开了一道口子，我觉得连着2%都不会有。

14nm已经相当先进，离7nm只差一代，只要肯砸钱，最多两三年就能搞定。

检测设备

检测设备贯穿芯片制造每一个工艺，比清洗机用的还要频繁，及早检测出不良芯片淘汰掉可以大幅提高经济效益。

因此，这个环节的全球市场空间超百亿美元，相当的值钱。

在这个领域，最先进的国家是美国，可以搞定3nm的技术，占据全球70%的市场份额。

目前，中国的检测设备不惜重金砸出来了28nm的技术。

至于市场份额和赚钱能力。。。

有一点，那么一点点。

报纸上是这么说的：

“目前我国量检测设备基本已实现从0-1的阶段，已吹响国产替代号角，有望步入国产替代的快车道。”

我翻译一下，就是在暂时基本没啥市场份额。

但是，我国已经实现了从0到1的突破，砸出了我们自己的设备。

28nm的已经搞定，正在研发14nm的。

慢慢来，万事万物总有个过程，从0到1就行。

中国的芯片能力

在美国的所有技术领域里，芯片是最强的一个，属于美国的技术荣耀。

我们把芯片生产的多个核心设备拆解之后去看，发现其生产商要么是美国，要么是日本，要么就是韩国，德国有那么一点点，其余就是荷兰的光刻机了。

日本和韩国基本就是美国的殖民地，国防都由美军负责的，美国让干啥就得干啥，德国领土上有美军基地，荷兰也处于美国的军事控制之下。

因此，美国的芯片制裁才会那么有威力。

你以为你对抗的是美国，实际上你对抗的是全世界。

二战后，美国是新一代的日不落帝国，军事基地遍布全球，和美国为敌的国家基本都被打的经济崩盘了，没有能力在经济领域和美国产品一争长短。

高科技产品，要么是美国造的，要么就是美国的盟国造的。

所以美国的技术封锁和断供令才会看起来那么可怕，因为他是在挟天下大势来压你，远不止他自己一个国家的力量。

芯片领域由于摩尔定律，是典型的赢家通吃，一步快步步快，后来者根本无法生存，所以美国系产品才得以垄断天下。

硬顶着摩尔定律的压制去赶超芯片技术，全球没有国家敢这么做。

但中国敢，而且看起来还做的很不错。

目前，纯粹国产化的芯片生产线只能做到90nm的级别，因为目前纯国产的光刻机是90nm的。

最弱的一环，决定了整个生产线的技术等级。

这种比较其实并不公平，是因为这是拿中国一家去对比全世界，而且是拿中国几年冲刺的结果去对比全世界几十年的技术积累。

2019年全球芯片营收在4123亿美元左右，中国大陆只占了5%，美国公司占了47%。

看起来是10倍差距，但如果你把几大核心设备一拆分，就会发现中国的技术等级并不算弱，很多设备硬顶着卖不掉没盈利的压力，活生生的把技术水平给追上来的，赶超速度非常之快。

下图把国内水平和全世界最顶级的水平进行对比，只分中国和外国。

很明显，我们不算太弱，技术突击速度非常之快。

很多核心设备我们研发出来之后根本卖不掉，因为是个新人，生产线企业不敢冒险接纳，生怕替换了一个产品影响到了整个生产线。

但我们还是要不断的研发，不断砸钱去冲新技术。

因为美国的制裁就像一个弹簧，你越强它就越弱，你越弱它就越强。

如果你不能生产某个核心设备，那么制裁的大棒就会立刻砸到你头上。

但如果你有了，根本不需要谈判，对方就会立刻解除限制。

比如说，在芯片生产线上售价和昂贵的光刻机几乎等同的刻蚀机，美国就完全不封锁中国，因为中国有国产的刻蚀机，而且技术等级达到了5nm的最顶级级别，封锁刻蚀机毫无意义。

所以你的眼光不要只盯着光刻机，这东西之所以报道多是因为中国还没有完成突破，是整个产业链里最落后的一环，但并不代表光刻机有多贵多稀罕，刻蚀机的价值占比和光刻机一样，都是生产线的20%，一样昂贵，中国活生生的给怼到了5nm的级别，直接逼的美国解除了技术封锁。

中国目前的芯片技术等级比美国落后，这是事实，毕竟我们以前没有优先发展这个。

但你要说中国追不上芯片技术，那你就错了，大错特错。

芯片是一定会追上的，而且只需要几年时间，你把九大核心设备目前的技术等级全部拆开看之后，就知道中国的技术追逐速度到底有多快了。

光刻机不等于芯片生产线的全部，而且只是生产线的一小部分。

除光刻机外，中国所有的设备已经基本能生产主流成熟芯片的水平，占了整个生产线的80%。

换句话说，中国凭一己之力，在短短几年时间里，弄出了80%的纯国产芯片生产线。

那再给几年时间呢？

据说光刻机技术明年就能突破28nm的水平。

一旦28nm的国产光刻机技术被突破，中国立刻就能打造一条纯国产化的28nm芯片生产线，因为其余80%的技术设备早就已经全部就位，只等光刻机。

不要觉得28nm的芯片没用，其实只有手机这么小的东西才会追逐最新的5nm和7nm芯片，绝大多数电子产品使用的都是14/28nm的芯片。

等中国再突破14nm的光刻机，绝大多数芯片需求都能依靠纯国产设备搞定。

中国和美国搞芯片博弈最大的底气就是中国那庞大的半导体需求市场，每年进口额高达3000亿美元。

一旦美国的技术封锁时间长了，中国的设备厂商完全可能实现趁机驱逐美国产品的市场影响，趁机上位。

而仅凭中国本土的市场份额需求，就足以养活这么多中国芯片公司。

所以你封锁也好，不封锁也罢，对中国最大的影响不过是手机晚几年升级换代而已，其他对中国几乎是毫无影响。

你不封锁，对中国有好处，封锁，对中国其实也有好处。

因为中国的厂商爬技术等级爬的太快了。

所以中国才会这么淡定，一点都不着急，爱卖不卖。

再多封锁个两三年，你想卖我们都不要了。

中美在经济上较量了两年多，美国本以为只要加了关税中国就得崩溃，没想到中国对美顺差居然越来越大，出口贸易不减反增。

贸易战的爆发对中国来说本是祸事，但在正面战场上取得了优势之后反而变成了天大的好事。

在经济领域，我们本来视美国如天人，认为美国陆军不能打的人有很多，认为美国经济不能打的人还真没几个。

但真打起来，那可真是不打不知道。

原来美国所谓的经济战，也就那么回事。

作者：远方青木（ID：YFqingmu）

行业门槛高，利润低，发展速度不会快。

芯片业的从业人员，会认为路还很长。

国内有基本常识的理科本科以上学历人员，会觉得十年二十年可以。

部分文科生和专科以下的厉害了的，就很厉害了，从来没输过！我们早就赢了！赢了！赢了！

我们不是没有芯片，也不是不能生产芯片。真相是我们生产的产品成本太高，兼容性弱，商用不能流畅，因而迭代升级慢。我们造不出来的是高精度的大容量GPU、DSP、ARM、MCU。

说到芯片生产设计国产化，会绕不开一个人：上海交大的陈进教授。一个把摩托罗拉磨掉logo就说成是自己做出来国家里重点项目负责人。一个骗子！

后续十几年，有人提出要搞芯片，总心有戚戚。

后面邓中翰那批人从美国回来，才真的开始了自主设计和测试。所以芯片真正意义上的国产化不过20年。

现在已经能做出20纳米的产品，性能未知。应该不错但是市面上比较少看到。过去的几十年，所有用芯片的产品公司90%用外来的产品，所以要一下子改过来，也需要时间和市场认同。

芯片出来，性能满足标机，要定板，做小批量的东西调试性能。量产产品后产品升级，芯片亦迭代升级，形成应用生态。所以突然一个新产品，即便性能相当，要打进旧有体系，需要市场认同。所以能商用很重要，因为产品换代会促进芯片性能更新升级迭代。

目前最高端的DSP、ARM……产品，Tsmc、NXP、intel、ADM、Atmel、TI、三星、飞思卡尔都是14纳米以下，性能优越，且价格低。这才是差距的重点，要超越的是这个部分。

芯片似乎要靠业态，靠行业体系维持良好发展态势。看到许多人谈芯片仿佛在谈情绪，根本连电路图都看不懂，更别说能讨论。把讨论芯片弄得像鞋子一样的感觉。真看不懂。

人在中国，刚下高铁。利益相关，学过微电子的老菜鸟来答一个，本人曾担任芯片设计数字前端工程师。

明确给个时间点的话，我觉得整体在10-15年以内有望。

首先，这个问题是一个很好的问题。为什么这么说呢，因为全世界其他任何国家可能都不敢提这样的问题或者根本没资格提这个问题。哪怕是日本英国法国德国联合起来，他们统统都没资格问，自己的国家什么时候可以在芯片行业上赶上美国。

还记得天涯上那个帖子吗？03年的时候，有人发帖问中国GDP什么时候能够赶上日本（大意），有人预测会在10年后，结果引来大量嘲讽和不自信的言论。2010年中国GDP超过日本，现在已然是日本的三倍以上。工业产值更是厉害，比美日德加起来还要高。

感觉前面很多高赞的回答都是答非所问的。问题问的是“中国的芯片”，前面很多回答都在回答其他和芯片设计、制造毫不相关的实例。

很多人提到20年前的汉芯事件，这个我可以另外开贴讨论，毕竟是20年前的事情，现在还翻出来提的话，并不见得有多高的参考意义和典型性。不可否认的是，那次影响的确很坏，当然学术造假并不是中国的专利。06年爆出这个事情的时候，笔者正在将MP3的解码算法移植到FPGA平台上并完成验证。

下面转到正题。

*本文将尽量用通俗易懂的语言进行概述，涉及少量专有名词以供硬件技术行业的朋友参考。

中国没有先进的芯片到底是谁说的呢？这个提法本身有问题。如果说是二十年前那还差不多。那么，现在我们可以换一个问法，除了美国（很多人可能只听说过，英特尔，AMD，高通，英伟达，苹果这些？再加一个荷兰做光刻机的ASML是吗？），

日本造出了什么好芯片？

英国造出了什么好芯片？

法国造出了什么好芯片？

德国造出了什么好芯片？

你能举出几个例子吗，（比如说吧，日本有瑞萨，索尼，夏普，东芝，富士通，三菱，欧姆龙，三洋（破产或者重组了不少啊，其中几家还是算了吧，都变卖资产了）英国有ARM（好像卖给日本了？？），法国有意法半导体（ST意法半导体），德国有英飞凌（以前叫西门子微电子？），mentor（做EDA软件））？

问题是，上面的公司，在座的各位有几家是听说过的？同理，其实国内也有大量芯片全产业链的企业，只不过你没有听说过。

90年代日本的微电子还很发达基本和美国是平起平坐，韩国和台湾那时才起步，欧洲有几家能打响的，现在日本，欧洲，韩国的集成电路相关公司总体比美国少太多了。

且看下文。

这里仅举个简单的例子，以期抛砖引玉。

国产的不是没有高端芯片，只是有的朋友不知道而已，并且缺乏媒体的宣传。低调的科技工作者都在默默努力。此外，只有英特尔，高通这样的经常被媒体提及和热炒的商业芯片才是叫做“好芯片”吗？

多年前，美国的dec，sun公司等都推出过性能极高的芯片，但是因为商业策略问题并没有大规模普及，如今只剩下一个可用于授权的架构，也是分别基于risc和cisc指令模式，其先进性并不低于arm和因特尔。dec倒闭，sun被收购，那又能说明什么。

又比如，国产相机是造不出来吗？很明显不是。芯片行业同理，这里面有市场，资本，生态链的综合因素。

发几个典型基于国产高端芯片的系统板卡供大家参考（图源自网络，可能因涉及到版权，按部分读者要求已删除其中一部分图，并且不再提及具体芯片型号）：

此外，我们常见的国产家电，其内部芯片大都是国产。比如智能电视、国产平板电脑中的CPU，洗衣机，空调，冰箱中的MCU。

说个最简单的，小小电磁炉中的IGBT芯片，全世界不超过五个国家有能力研发和生产，中国是其中之一。

不然呢，你觉得某多多上30多元就可以买到的电磁炉是怎么来的？要知道国外同类产品，电磁炉的核心——用于驱动电磁线圈的一个IGBT芯片价格就不止30了，放在10多年前，电磁炉机芯还只有进口的时候，“电磁炉”这种产品售价一般都在500以上。现在是收入稳步增长，好的电子产品反而越来越便宜，算不算生活质量的提高呢？当然这种福利也是国内巨大市场为支撑而带来的。

同样，中国引以为豪的高铁采用的大功率IGBT，同样也实现了全部国产。掌握大功率IGBT技术的，全世界不超过三家。

IGBT芯片还用在哪里？这可是关乎当今工业现代化的一道不可或缺的力量！每一部电梯（没错，就是你小区里面住宅的电梯），每一条生产流水线，多种多样的工业机器人，各种中央空调系统，工矿企业的传送带，甚至是目前超级热门的新能源汽车！

IGBT芯片是非常广泛用在工业生产上的交流电机的变频器设备的心脏。晚上和朋友拆了一部二十年前的日本三菱变频器。我们感叹其做得非常精密的同时，也为日本的衰落感到唏嘘，更为国货的崛起感到由衷地自豪。

以汇川技术公司生产的国产变频器已成功打入世界高端品牌，是名副其实的国货之光。很多人对我国的工业产品可能还不太了解。这才是硬实力的体现。我不知道在座的朋友们有见过哪些芯片加工设备，包括但不限于，光刻机，蚀刻机，晶圆封装机，金线绑定封装机，CP测试探针台，FIB探针台等。这些设备实际上很多都开始国产化了。就拿光刻机为例，实际上其机械控制机构类似于一个打印机，甚至也可以类比于一个数控机床，或者一个smt贴片机的动作机构部分。从其伺服系统到上位机软件，这些的难度都没有大家想象的那样高，并且也不是一个特别神秘的东西。有机会我会在下面配图说明。其中很多部件可以国产。

下面有朋友说，你说了这么多，连个具体芯片型号和相关公司都没有，这难道不是在吹牛吗？这里告诉大家一个简易的方法，可以简单而具体地考察国产芯片的魅力，以期达到一个管中窥豹而可见一斑的目的：

打开淘宝，搜索关键字“国产单片机”“国产FPGA”“龙芯开发板”“国产嵌入式”“国产IGBT”“国产MOS管”等等。

甚至，你还可以去搜索一下“海思开发板”也就是以搭载华为海思芯片而做出来的各种给开发者设计原型机产品而应用的电路板。本文一直避免提及华为，是因为其太热门并且一直在风口浪尖，为避免被所谓的“不买华为就是不爱国”这个口号绑架，就不再提及华为及其业绩，下文同。

世界上大多数国家，包括美国，离了中国，就真还不能完全独立造出一个手机，中国的各方面技术不能说都是最顶尖，却能独立造出一个智能手机，这里所说的独立，指的是不依靠任何其他的国家的产品或供应链。美国没有独立自主造液晶的公司，也就是说，美国如果离开中韩日，是造不出手机LCD显示器甚至OLED 显示器的，并且也缺乏相关技术积累。中国却有京东方和深天马。手机CPU芯片美国有高通和苹果，中国也有华为海思，联发科和展讯，射频基带美国有skyworks和脱胎于西门子微电子的Intel基带，中国有卓胜微这样的独角兽，模拟电路和电源管理芯片美国有ti和adi，中国有有圣邦股份（还有一些没上市的公司），触摸芯片中国有汇顶科技，存储器有紫光微和兆易创新，mems有复旦微，苏州明镐，摄像头芯片中国有格科微，韦尔股份和已被中资收购的omnivision，美国已经没有本土的摄像头公司，日本索尼一家独大，FPGA有若干公司包括紫光，复旦，甚至还有xilinx人马回国搞的易灵思，人工智能加速芯片npu中国有寒武纪，阿里的系列，等等。

如果你还不明白，就说个肉眼可见的巨大进步：说个最直观的，现在家电行业国内已经完全取代国外，早个十年二十年还是日本的天下。我有一部79年产的日本三洋半导体收音机，体积只有手掌大小，同期国产的收音机还基本是电子管的，重量基本在5公斤以上。在座的各位是否了解80年代日本半导体产业有多发达？此消彼长，现在就只剩下一家瑞萨半导体还可以挤进全世界前十。你们现在还见到有多少属于日资控股的家电品牌？

给大家看几款热门的国产商用芯片方案，某宝有出售开发板（这些国产芯片性价比秒杀国外同类产品，广泛应用于各种智能家电设备中，如全志科技和瑞芯微）：

对于国内芯片公司的市场化运作，已经有了不少可圈可点的公司，前面的朋友已经列举很多了，我就不再一一赘述。

这里有必要提一下网络上讨论的热点：我们经常听有人说中国“缺芯少魂”，也有人说中国在芯片上被“卡脖子”。这种说法实际上是不准确的。简单来说，美国为了延缓中国在5G和其他一些高新等领域的快速进展，玩了一个损害双方利益的双输手段——不允许国内部分公司购买他们芯片。在产业链全球化的时代，比如你生产的产品以前一直用美国的几个元件，而且本以为是可靠的供货商，结果他突然说不给你供货了，那么你的产品就只有更改甚至重新设计，这样就导致公司产品突然停摆或者需要更多的时间来更改设计方案，让你造成经济上的损失，道理就这么简单，并不全是因为国内没有替代的芯片。当然也让美国自身蒙受损失——美国大部分芯片是卖给中国，他离开中国市场其他国家也没有这么大的需求，所以最近美国就坡下驴，又恢复芯片出口了。

中国的微电子工业，实际上起步非常早。上个世纪60年代末期已经有国产集成电路芯片问世，并且开始普及国产晶体管，这些厂家大都来自上海。在那个年代，虽然政治斗争日趋激烈，加上被西方世界禁运多年，以复旦大学物理系为代表的高校在当时就已经表现出极高的研究水准。大家有兴趣可以去了解下我国的第一颗人造地球卫星，东方红一号，是怎么设计出来的，尤其是上面的音乐发生器，采用了当时领先的数字逻辑和时序产生电路，在设计上也颇有创造力。当时数字电路还不叫数字电路，而是叫脉冲电路。我家里还有几本1970年代初期的电子工程技术书籍，而且是用的全晶体管分离式设计的讲解，在那时应该算比较先进的技术（由复旦大学出版社出版）。后来复旦的微电子设计专业也成了全国很厉害的专业（第二还是第一？欢迎补充），他们于1998年还设计出国内第一块具有自主知识产权的FPGA芯片，虽然大概比美国人晚了15年左右，但也是十分难能可贵的成绩，因为世界上其他国家也没干过这个事情（起步真的相当艰难，他们面临了经费短缺，研发经验欠缺，参考资料极少，各种专利被美国公司垄断等各种难题）。

也谈谈情怀。

说起研究者的情怀，胡伟武老师领导的龙芯研发课题，以及还有一家把MIPS内核商业化的，叫做北京君正的上市公司，也都是颇有情怀的公司。MIPS内核，属于经典的处理器学习案例和开源的一个标准流水线处理器设计教程，很适合学术研究和处理器设计的学习。当然，现在也有更加漂亮的RISC架构出来，比如RISC-V（读作瑞斯克 five，V就是罗马数字5的意思呵呵），包括编译平台的支持，整个开源架构的描述，可以方便移植到FPGA上实现验证。在20年前，是没有这些东西的，胡老师他们是国内芯片设计的布道者，也是英雄级的人物，为华为等企业以及我国的芯片行业输送了大量优秀芯片设计工程师人才。

（休息时间到。刚刚翻到一个网站。我真是服了中科院光电所。这么牛的单位，产品宣传主页做成下面这个样子。这也太寒酸了吧。在淘宝上请个美工师傅给你们做个卖家秀很难么，为什么不搞个带货直播呢？哈哈哈。各位怎么看。如下图所示。）

一路走来，异常艰辛。我们看到的是一个充满朝气的，生生不息的国内半导体事业的井喷式发展。

一早醒来，看到电子发烧友论坛上公布的新一批开发者试用活动，全是国产芯片公司出的开发方案，大家快去薅羊毛，申请免费试用国产芯片（本消息针对做产品开发的朋友）。真是庆幸生在了一个伟大的国家。产业太齐全太丰富了，各种接口的芯片完全信手拈来，看看下面还有一个几十元成本的国产HDMI FPGA。。。

我曾经特别感动，感谢多年来我国科研人员的艰难付出！

有看过30多年前某研究院院早期搞国产EDA研究课题时某优秀年轻研究员英年早逝的故事（这个研究院可以靠自己记住电路上的各个相对坐标，非常多的数据，工作十分出色），那是80-90年代交界的时候，当时国产太弱了，而美日等国家已经大量上了EDA软件。也仅此纪念30多年前那些曾经辉煌过的科技企业：

万润南审时度势，创立四通，开创了早期的中国国产化点阵字打印机。

王选院士及其夫人陈堃銶，在北大方正开创早期点阵汉字的打印编码和标准制定工作。

倪光南老院士领导的“技工贸”指导思想下的联想公司，开发出早期输入系统。

想做中国“蓝色巨人”的珠海巨人集团，史玉柱创立的公司，开发出中文输入法汉卡（很多人都知道史玉柱是卖脑白金的，其实他是国内第二代程序员里面最杰出的代表之一，同时期的还有雷军）。

想起金山软件创始人 求伯君，独自一人完成了WPS的第一个版本。

那个时候，他们所面临的对手，真的是无比强大----当年只能望尘莫及的美国啊。那是一场遭遇战，国门的突然放开，1993年巴黎统筹计量委员会的突然解体，让西方世界的先进产品大举入侵国内市场。那场战役，打掉了不少民族软硬件企业，90年代甚至还有纯国产硬盘，国产显示卡，国产dos操作系统，估计好多人都没听说过。那个时候，早期的输入法还不叫做输入法，而是叫做汉字存储卡，也是有国产的（汉字卡）。没有百舸争流，只有死掉的一大片国内科技企业。于是也有了中关村不相信眼泪的说法。

筚路蓝缕，以启山林。

多年以后，我们和美国人的差距也从望尘莫及，到望其项背，再到触手可及。

我们看到知乎上已经有了一些对比中国和美国生活，收入差距的帖子，要是在20年前，我们肯定会觉得中国和美国的差距是全方位的，非常之大，要和美国在任何方面一比高下，完全如同天方夜谭一般。

最后给大家看看我们公司流的片（模数混合的RFIC和MMIC相关产品）。晶圆，采用smics的130nm工艺。算法，EPROM存储器，模拟电路，射频收发器，都是我们自己做的。最后祝愿国产芯片越来越强大，和大家一路同行（配图的书是拉扎维的模电圣经，学集成电路设计不得不读的引经据典的神书）。

补充：

我把自己以前的一篇回答贴上来，有助于大家了解一下我国的微电子芯片设计行业现状，也许会是一个惊喜。想要入行或者在该领域深耕的朋友们，期待你们的好成绩！

仅列举部分产业链相关的公司，除了asml的尖端光刻机，日本的部分材料，美国的eda软件，敢问哪个可以和我们比？

下面有朋友提到工艺问题，是想表达芯片的制程？生产工艺（如光刻，蚀刻，显影），芯片材料工艺如cmos，氮化镓，绝缘体上硅，设计工艺，如bandgap，电流源，差分对？其次是eda软件，主要是cadence，syno，mentor垄断，国产的华大九天正在迅速跟进，芯愿景的逆向分析软件做到了世界第一。

下面有朋友提到模拟电路。国内是有一些做模拟或者模数混合电路的，普通的运算放大器，开关电源，ldo这些都能做，甚至还有卓胜微这样做超高频放大器，或者设计手机信号链路的公司（基带电路，还有一些外设，如蓝牙WiFi GPS那就不胜枚举）。但是覆盖面没有ti，adi，美信等这些美国公司完整，他们比中国要早玩半个世纪，而且ti有自己的fab，各方面实力都很雄厚，国内还要加油！说个题外话，其实ti是个相当低调的公司。很多美国人单知道他是做计算器的，却不知道这是全球最大的模拟集成电路供应商，供应的芯片品种有三万多种[惊喜]。

下面有朋友说，我们讲的东西好多不懂，不着边际，而且都是说的很光鲜的东西。那就再举个例子吧，比如大家很关心的显卡有没有纯国产芯片的，答案当然是有，有两家公司目前做独立显卡做得相对较好，纯国产的。以景嘉微为例：

当然实话实说，这种显卡从纯商业的角度而言，和市面主流英伟达的显卡，差距可能有7-8年。但是全世界又有几家说得出名字的专门做显卡芯片的公司呢，应该不超过五家吧？如果有知道的朋友请补充。

芯片设计公司是一个赢者通吃的模式。最后还是会有几家国内的公司站出来，这是必然的。90年代的时候，可能有很多人还不知道，有一大批做x86兼容指令集的CPU公司，那时可谓是异彩纷呈，不止有英特尔和AMD，这其中甚至还包括IBM和TI等巨头（它们生产的CPU大家可以去闲鱼搜索一下纪念品来玩玩），后来都因为时代的竞争不得不砍掉相关产线，要知道它们也都是相当有实力的公司。20-30年前国内的电子行业有多落后，特别是对比过日本精密家电的朋友绝对有很深刻的印象。半导体行业的破产、兼并重组也非常普遍和严重。一些曾经非常厉害的公司不也被并购重组了吗。比如摩托罗拉半导体，后来独立出来叫Freescale，再后来被nxp兼并，博通差一点把高通收购，英特尔和AMD分别收了Altera和xilinx，同样是这两家公司联合起来绞杀了全美达，等等。

下面有朋友很想讨论下关于国产行业软件及其生态链的发展现状和展望。这部分内容较多，我后面逐步补充一下自己的看法。这里我们主要谈一下电子行业必备的EDA软件。先谢谢大家都关注。也希望大家不吝到评论区集思广益。

考察一下世界上著名高科技公司的发家史。我们以美国大量的科技公司为样本可以发现，很多高科技公司的创始人都是有独当一面的技术和领导能力的，并且相当数量的美国高科技公司，其创始人都具有其所在领域非常出色的工程师背景。同样，我们可以发现中国的科技公司也有这样的类似，而非网上流传的很多人只想赚快钱，没有工匠精神。在科技行业占据领导作用的大部分国内科技公司，其创始人也大都有深入的相关技术背景。工程师红利是个不可小觑的力量。很多朋友对我国强大的工业制造能力还没有一个概念。美国有金融霸权，中国有产业霸权，毕竟工业产值世界第一遥遥领先。具体体现，各位朋友可以回顾下自己的手机，家电，部分汽车，很多都是国产而且还不太好造就明白（世界上全都能造的国家几乎没有）。后面有机会再叙述。

下面也有即将从事微电子、电子信息行业或希望从事这方面工作的朋友给了留言。在此希望大家共同努力，也祝愿大家取得好成绩。现在的电子爱好者非常多，也让我感到欣喜并汲取到力量。多年前网络还不发达的时候，我们手捧一本《无线电》杂志，照着上面的电路组装小设计，那真是无比快乐的青葱时光。多年以后，大量的资源共享平台：B站，科创论坛，gitee或github上有了一些国内非常年轻而又很有个性的电子爱好者，很多几乎是独立完成了一些有着开创性意义的工作，展示了他们自己写的编译器，设计的处理器架构，操作系统框架，软件无线电平台，FPGA语言逻辑解析的综合模拟平台。。。等等，我感觉非常了不起，这是一个巨大的进步，很多创新型的概念或产品都是基于热爱而提出的，这也是我们民族电子工业的希望所在。

结语：

如果不存在重大变故的影响（如无法预知的社会动荡，战争风险等），我们在10-15年赶上最先进的技术是完全可能的。

诚然，从客观上来讲，我们和美国在微电子领域的差距也是明显的——美国人在上个世纪50年代就开始提出各种引领时代的技术，发明了半导体，确立了从软硬件设计到生产的整个完整的生态体系，不论是从创新能力，行业标准制定，专利持有量，市场占有率，还是技术积累程度，资本投入程度等等而言，目前仍然都是领衔世界的。以美国为首的西方世界，确实领先发展很多年，相较于我国，这应该算做一个时间和经验上的优势。应该认识到这个不足，但国内正在快速发展和进步，这也是必须肯定的。

回首上个世纪的下半叶，美国作为第三次科技革命的引领者，制定了当代电子、通信技术的大部分行业标准和规范（电子工程学界众所周知的大名鼎鼎的美国IEEE）。

回顾那些人类历史上无比辉煌的时光：20世纪初，以高斯-希尔伯特为代表的现代数学中心“哥廷根学派”的建立，确立了现代信息处理、尤其是数字信号处理的数学分析基石。以爱因斯坦、普朗克等人建立的狭义相对论、量子物理，微观物理学上理论基础的形成，为芯片技术的发展奠定了理论基础。50年代，美国的“仙童怪杰”团队创立了硅谷，晶体管的问世，打开了电子工业迅速发展的大门。60年代末集成电路问世，70年代末数字信号处理技术开始大规模商用，80年代电脑开始普及（主要指美国），90年代有了互联网的概念。

回想80-90年代的时候，日本的电子产品制造业依然是全球第一，那真是日本的黄金年代，经历过平成景气的昭和男儿们，又怎会想到他们的后代被迫“躺平”的样子。

现在该是中国作为引领者的身份出场了。

中国不论是在人才培养（工程师红利）、创新能力还是市场规模、资本力量上，综合而言实际上都是和美国不相伯仲的，并且中国的工业产能优势在这次疫情的大考中也愈发明显地体现出来。

我们会在软硬件、编译环境、操作系统等整个生态链上都取得全面和重大的突破。

假以时日，成果指日可待。

（囿于个人水平，文中部分描述可能存在不准确甚至错误的地方，请见谅并提出您的意见，以便后期订正。本文从开始写作到现在，已经有了大半年时间，基本上是有感而发，想到就完善一部分，因此带有强烈的感情色彩或不通顺的地方，亦不构成专业的建议。其间也得到了很多朋友的热心支持和帮助，以及可以感受到大家对我国微电子行业发展的关注和期待，谨致谢意！）

附-“中芯国际产业链”：

上游半导体设备（注：以下部分为摘录的国内半导体行业代表性公司，其中部分公司是上市公司，也有部分公司还未上市）：

0、EDA软件:华大九天，北京芯愿景

1、刻蚀机：北方华创、中微公司

2、光刻机：上微集团、华卓清科

3、PVD：北方华创

4、CVD：北方华创、中微公司、沈阳拓荆

5、离子注入：中科信、万业企业

6、炉管设备：北方华创、晶盛机电

7、检测设备：精测电子、华峰测控、长川科技

8、清洗机：北方华创、至纯科技、盛美半导体

9、其他设备：芯源微、大族激光、锐科激光

上游半导体材料：

1、大硅片：沪硅产业、中环股份

2、靶材：江丰电子、阿石创、隆华科技、有研新材

3、高纯试剂：上海新阳、江化微、晶瑞股份、巨化股份

4、特种气体：雅克科技、华特气体、南大光电

5、抛光材料：安集科技、鼎龙股份

6、光刻胶：容大感光、南大光电、飞凯材料、晶瑞股份

7、其他材料：神工光伏、菲利华、石英股份

中游代工：

华虹半导体、粤芯半导体、华润微电子

下游封测：

长电科技、通富微电、华天科技、晶方科技、深科技

下游设计：

1、CPU：中科曙光、澜起科技、中国长城

2、GPU：景嘉微

3、FPGA：紫光国微、上海复旦

4、指纹识别：汇顶科技、兆易创新

5、摄像头芯片：韦尔股份、格科微、汇顶科技、晶方科技

6、存储芯片：兆易创新、国科微、北京君正

7、射频芯片：卓胜微、三安光电、紫光展瑞

9、数字芯片：晶晨股份、乐鑫科技、瑞芯微、全志科技、翱捷科技

10、模拟芯片：圣邦股份、韦尔股份、汇顶科技、3PEAK

11、功率芯片：斯达半导、士兰微、捷捷微电

12.专用芯片板块

富瀚微：是A股稀缺的视频监控芯片设计公司。

国民技术：公司是国内金融IC卡芯片、金融终端安全芯片厂商。

兆易创新：国内存储器及MCU芯片产业的龙头企业。

韦尔股份，格科微：摄像头芯片龙头。对标日本索尼。

国科微：在广播电视芯片市场,保持直播卫星市场的龙头地位。

弘信电子：高速成长的国内柔性印制电路板(FPC)龙头。

紫光国芯：是国内IC设计龙头企业。

景嘉微：国内GPU领域领军企业,在军用领域占有绝对主导地位。

北京君正，翱捷科技：是国内比较稀少的CPU设计公司。

纳芯微：稀缺的传感器和MEMS芯片设计公司,受益于国家集成电路产业扶持政策。

欧比特：宇航IC设计引领者,首家纯民营资本布局卫星星座的企业。

中颖电子：是家电主控单芯片MCU领域龙头。

全志科技：拥有独立自主IP核的芯片设计公司。

汇顶科技：是国内IC市场中科技创新的领先者。

半导体材料重点上市公司

江丰电子：公司是国内高纯溅射靶材行业龙头。

阿石创：国内镀膜材料稀缺标的有望松动国外垄断格局。

江化微：是国内湿电子化学品领军企业。

上海新阳：国内晶圆级化学品龙头企业。

晶瑞股份：湿电子化学品技术领先。

有研新材：在稀土功能材料、高纯金属靶材等具发展潜力。

飞凯材料：有望成为电子化学品及液晶材料领域双龙头。

南大光电：在LED上游MO源领域技术领先。

鼎龙股份：打印复印耗材产业链一体化龙头。

半导体设备重点上市公司：

北方华创：我国高端半导体设备上市龙头。

长川科技：掌握集成电路测试设备相关核心技术。

至纯科技：公司是国内高纯工艺系统领域的龙头。

半导体制造重点上市公司

三安光电：作为国内LED芯片绝对龙头企业。

士兰微：A股稀缺的半导体IDM标的公司。

扬杰科技：立足国内功率二极管行业龙头地位。

华微电子：功率半导体器件龙头。

上海贝岭：国内领先的模拟IC供应商,国企改革的重点对象。

捷捷微电：公司属于国内晶闸管龙头企业。

纳思达：完成打印行业全产业链布局,全球龙头雏形渐显。

半导体封测重点上市公司

长电科技：大陆半导体封测龙头。

华天科技：国内三大封测 之一。

通富微电：是全国TOP3的IC封测企业。

如果美国不进行打压，几年内我国可能就会赶上。但是这似乎是不可能的。美国现在连28nm的设备都不批准了交付给中国大陆了。如果美国完全禁止任何半导体技术产品和设备交付给中国。中国可能需要数十年才能完成形成自己的半导体技术栈。但是超越美国是不可能的。因为美国可以整合西方所以的技术，西方主要共和国占世界经济总量的一半，我们才17%。差距巨大。

说到我国的芯片行业，就不得不说EDA。提到芯片EDA，一般人能在模糊的印象里搜索到的几个词是“卡脖子”，“芯片领域皇冠上最闪耀的明珠”，“比光刻机还要紧缺的产品”。而芯片从业人员会发现，尽管贸易战打了这么久，能看到的EDA仍然全是国外三大巨头的产品。伴随着海思麒麟9000的绝版，芯片领域的制裁愈演愈烈，而作为卡脖子工程的国产EDA却一直神秘的停留在新闻中。作为业内人士，笔者希望通过这篇文章，讲清楚国产EDA的前世今生和未来之路。

国产EDA的起源，还要回溯到上世纪80年代。中国领导人很早就认识到芯片的重要性以及EDA被“卡脖子”只是时间问题。1986年，中国动员了全国17个单位，200多个专家集中到北京集成电路设计中心联合攻关，终于在1990年的时候发布了熊猫EDA，接连斩获两项国际大奖，也一举打破了西方技术的封锁。三大国际EDA巨头火速就在北京设立了一个办事处。使用更成熟的技术，超低的价格在中国市场倾销，其他的中国芯片设计厂商，自然就会选择物美价廉的美国软件。没有了客户反馈，软件产品无法迭代，熊猫EDA只能慢慢萎缩。随着verilog2001的推出和工艺标准的升级，昔日的明星产品渐渐淡出人们的视线。而接过熊猫EDA的华大九天，在之后的二十几年都没有真正的EDA产品推出。直到2010年后，以华大九天为代表的国内EDA公司陆续推出多款工具，如果仔细研究会发现，这些工具大多集中在模拟和后端领域。有人问什么是后端？这个得从头说起。首先要科普下芯片设计的流程。以芯片行业内规模最大，占比最高的数字芯片开发为例，跟EDA相关的标准流程分为前端RTL设计，后端布局布线和封装测试。举个不太恰当的例子，这几个步骤好比盖房子，蓝图设计（RTL设计验证）—施工建房（布局布线）—交付装修（封装测试）。 蓝图设计：需要科学家，考虑的是结构，承重，安全等级施工建房：需要工程师，考虑的是标准，流程，施工效率交付装修：需要设计师，考虑的是省钱，好看，主任喜欢科普完毕。

再回到国产EDA的发展。2018年中兴事件后，中国的芯片行业被持续打压。作为中国科技企业领头羊的华为也不得不因为“缺芯少魂”将手机市场拱手让人。为了发展芯片行业，国家不惜投入重金，甚至成立了集成电路大基金，并持续增加投入。而国内集成电路相关企业从2017年的5000家不到，骤增到现在的6万家，然而其中研发EDA工具的公司却两只手都数的过来。按照官方说法，出现这种局面，除了三大巨头的垄断之外，还有个重要原因就是研发难度大。我在这里拆解下“难”。 让人觉得困难的事情大概分为两种，一种是难以理解，超出目前的知识范围。好比让小学生做一道微积分的题目，就算答案摆在面前也不明所以。另外一种是繁琐复杂，需要大量的时间投入，特别考验耐心。好比让你把航空母舰拆开再装回去，或者去跑步机上跑上几千公里。EDA的“难”在这两方面都有体现。EDA中涉及大量的算法，同时跟工艺紧密结合，需要大量的时间迭代。目前国内的EDA在后端扎堆，主要原因是这种“繁琐复杂”是中国人比较擅长处理的“难”，只要人力和时间堆上去，会有产出。而跟核心算法相关的“难以理解”的EDA前端工具却很少有国内的公司愿意碰。为什么会出现这种局面？其实除了芯片行业，中国整体也是弱基础研究而重工程能力强。说起来得回到中西方思维习惯上。西方哲学注重的是“学以致知”，不关心产出，更关心原理。而中国哲学注重的是“学以致用”，不关心过程，更注重结果。所以在广场上到处抬杠的苏格拉底在西方被抬上神坛，而同样的处事风格到了中国通常会被当成“杠精”，变成《天龙八部》里让人讨厌的包不同。有点跑题了，回到EDA工具，把产品继续细分下来，芯片EDA产品分为静态检查—仿真—布局布线—封装测试。这些产品从前到后对算法，性能和标准的依赖度如下表：表中可以看出算法集中在静态检查工具。EDA行业的静态检查工具包括nLint，spyglass，0-In。 不出所料，到目前位置，涉及静态检查工具的中国EDA公司一家也没有。这些工具每个芯片项目都会用到，而被海外全面垄断的静态分析工具到底质量如何？以nLint为例，最早nLint被Novas公司开发出来，2008年被Springsoft收购，2012年被synopsys收购。有意思的是，不光国内公司不愿意碰，国外也只有唯一一家，还是被synopysy收购后作为旗下非重点产品维护。Synopsys于2015年左右决定不再更新nLint，并且并入另外一个工具中捆绑销售。之所以这么做，不是因为不重要，而是因为垄断，反正用户也没得选，产品再差再难用也卖得出去。nLint主要用于HDL规则检查，所有在大型项目用过的工程师都会被虐到怀疑人生，甚至怀疑自己花了二十年，连verilog都不会写。使用nLint大致过程是，配置完毕，软件立刻报出几万条错误和警告。等用户心惊胆战的关掉大部分无效规则后，耐下心来搬起小板凳一条条看过来。终于发现忙活了很久，没有一条是有用的，或者只有几处，还是可改可不改的地方。一般我们在公司里见到瞪大眼睛对着屏幕，时而眉头紧皱，时而满嘴脏话，然后拍桌子骂娘的大牛工程师，大概率都是在给项目清除nLint报错。这些大牛最常骂的就是，“XX也太蠢了，这也报出来”。沉淀了十几年的产品为什么会是样？垄断是一个很重要的原因。除此之外本身静态检查的算法是基于HDL语言本身。要在整个编程语言支持的范围内找出各种用户可能出的错，并且准确的区分真假，这本身就不是个简单的事情。在编程语言上做出语法分析后进行合理的语义理解，并推测使用者的真实意图，静态工具做到这里才能真正让人满意。用人话举个例子，让大家对静态工具的工作有个透彻的理解。假设你住在一个村庄里，性别男，爱好女。有一天你对村里的姑娘表白，“山无棱，天地合，乃敢与君绝“，正常人会知道这是山盟海誓，要终身相许。但是如果你的表白对象是村里的傻姑，她会以为你要分手，直接一巴掌甩你脸上。因为她只能听懂后半句”与君绝”。nLint目前的智商大概就相当于这个低能儿。尴尬的是，村里只有傻姑一个女人，你写完的情书（代码）只能拿给她一个人看。如果只是听不懂，其实可以一遍遍的跟她解释，换成她可以理解的表达方式，或者直接忽略她的抱怨。但是更可怕的情况是，你说什么，傻姑都只是对你呵呵的笑，不管你说什么她都不反对，然而最终错误的后果却还是要自己承担。对于nLint来说是同样的问题，几万条的误报或没有必要的检查，给芯片造成的损失无非是开发周期长一点，花的时间多一点，工程师骂骂娘就过去了，这还可以忍。更可怕的是那些被nLint漏掉的错误，如果后面的流程也没有抓出来，就直接泄露到产品中，这才是真正可怕的问题所在。我们回到产品上，分析下nLint的问题。由于垄断和不思进取，nLint的算法选择了最省力的方法，所有的检测都从形式出发，即使是最简单的逻辑展开也不愿意往下多走一步。这个部分没有例子很难说清楚，非芯片行业的同学可以直接跳过去。随便举几个会被误报的例子,直接上代码吧。示例代码1：wire[7:0] i_a;wire[7:0] i_b;wire [8:0]c,d,e;assign c=i_a+i_b;//assign e=(i_a==8'b0)? c :9’b0;//nLint no warning, but equal with next lineassign e=(i_a==8'b0)?(i_a+i_b):9'b0;//nLint error here, but not a real issue漏报原因分析：标红的两行，语义上是完全一致的，但是nLint会对后面一行误报位宽匹配错误。主要原因是对于赋值表达式 assign variable=condition？expression_a : expression_b; Verilog语法支持expression_a/expression_b为各种表达式，nLint的检测算法不能正确的处理嵌套复杂表达式，因此计算位宽错误。如果觉得误报可以忍的话，我还拿位宽检测作为例子，随手再来个漏报的例子。示例代码2：wire[2:0] i_a;wire[7:0] i_b;wire c;assign c=(i_a==i_b);漏报原因分析： 运行后nLint没有任何报错信息。主要原因是对于赋值表达式 assign variable= expression_a; Verilog语法支持expression_a为各种表达式，nLint的检测算法直接跳过复杂表达式，因此无法检测出expression_a内部的位宽匹配错误。再上个简单的。示例代码3：//assign port_out = 1'b0;assign b = (a==1'b0)?1'b0:1'b0;漏报原因分析：变量b被常量驱动nLint不会报出来。原因是对于变量驱动，nLint选择了比较容易的算法，没有真正的做语义分析。上面代码，如果对变量表按照数值展开，会很容易发现不论a为什么值，b都会被赋值为0。但是nLint只能识别出来被注释掉的一行的赋值表达式这种简单的形式。还能忍？再来。示例代码4：always@(*) if (sel||(!sel) ) port_out=port_in1; else port_out=port_in2;漏报原因分析：对于条件判断，nLint选择了比较容易的算法，没有真正的做语义分析。例如例子中红色部分，如果对变量表按照数值展开，会很容易发现红色运算结果永远为真。综合后 port_in2可能会被优化掉，没有真正的load。但是nLint目前算法无法识别。其实nLint的这种简单粗暴省时省力的算法非常好理解，就是垄断。产品合并后，客户的投诉有没有继续更新跟进，恐怕就只有他自己知道。简单地说，如果真剩下最后一个女人，她一定没有动力打扮，就算永远是“如花”的样子，也还得捏着鼻子忍。负能量到此为止，因为终于有人忍不住了。从2020年下半年开始，国内EDA公司逐渐开始进入前端。2020年6月份成立的芯华章，首轮就拿到了20亿投资，发力前端，甚至打出了开源EDA的口号。2021年1月九霄智能更是直接推出了第一款商用静态检查工具ultraeda，并且目前在免费试用阶段。所谓静态检查其实是和动态仿真相对而言的。动态仿真由来已久，是在设计中加入动态激励的基础上比对设计是否满足预期。仿真验证其实说白了，就是可以在结婚前试一段时间，尽量造，尽量挑毛病。除了各种激励，仿真最重要的是导入了时间的维度，而在时间轴上前后给出的两个激励有时候会有相关性。也正是因为如此，激励会变得异常复杂，使用者需要花费大量精力开发各种激励。有时候激励场景的构造比产品开发本身的难度还要大。因此，芯片设计公司里通常会有专门的团队负责构建激励，一般称为验证团队。而验证团队的规模通常是设计团队的两到三倍，并且在整个产品周期中时间占比最大，投入人力最多。静态检查工具对使用者的要求则比较低，设计开发完后基本上可以直接看到结果。这个过程大概相当于结婚前找人算一卦，预测两个人是否合适。由于输入有限，对用户的要求很低，而静态工具本身开发的难度则特别大。一般来说静态工具开发主要分为三步，语法分析，语义理解和规则导入。语法分析通过研究HDL语法，结合规则检查的需求，生成抽象语法树。语义理解部分在抽象语法树的基础上，提取核心逻辑。规则导入，是在语义的基础上，检查目标代码是否符合制定的规则。语法分析和语义理解属于编译器的前期步骤，目前成熟的HDL编译器都有各自的规则，这部分是比较成熟的逻辑。检查规则部分则是根据实际工作中遇到的各种人为引入的错误提供检查，能够在芯片项目早期发现更多的错误，节省大量人力。ultraeda从底层算法上彻底颠覆了nLint的检查方法，在语义层面上深入挖掘。该产品的静态语法检查功能深入分析了用户的意图，大大减少了误报和漏报的情况。例如，为了multidriver规则检查，ultraeda抛弃了形式推断的方法，用算法提取了整个模块的变量驱动表，在此基础上完成整个规则检查。该算法需要综合考虑各种条件分支和循环，同时对于不同变量取值可能会导致的多驱动问题都需要全盘考虑。2020年各大EDA公司联合举办的EDA知识竞赛，就是以multidriver的检测作为压轴考题，以期能找到合适的算法。九霄经过多年的深入研究，掌握了具有完全自主知识产权的核心算法，可极大的降低芯片中潜在的风险。下图为九霄公司ultraeda的独特drive视图（仅供业内人士参考）。距离静态检查最近的环节是前端的设计验证。因此，作为国内唯一一款商用前端EDA工具，为了方便芯片开发者使用，作为福利，ultraeda还集成了自动UVM验证平台，寄存器模型工具。并且精心打磨了集成开发环境，让用户在Linux图形界面下可以自由使用windows的各种编辑操作。ultraeda是EDA中一颗璀璨的明星，无论在什么地方,都好像漆黑中的萤火虫一样，那样的鲜明，那样的出众，它极简的操作，高端的算法，善解人意的预测都深深的迷住了小编。目前软件在免费试用期，强烈安利给芯片行业人士：下载链接: http://www.ultraeda.com/download/ueda-el6-1.2.1-1.x86_64.rpm 安装说明：http://www.ultraeda.com/#download-section 用户手册：http://www.ultraeda.com/download/JiuXiaoEDA_UserManual_1.8.pdf 视频教程：http://www.ultraeda.com/download/ultraeda_training.rar