美國商務部禁止美國公司7年內向中興通訊出售元器件、軟體和技術， 讓中國通信行業首次感受到“缺芯”之痛。
在此背景下， 國內圍繞晶片半導體產業的發展， 出現了很多評論。 人們對國內晶片行業目前發展的程度也有很多不同角度的看法。
本文將以系統介紹晶片種類、晶片設計的全生命週期以及晶片製造的成本為切入點， 結合物聯網發展， 針對目前中興“芯”痛、通信晶片巨頭高通擬收購恩智浦這兩個熱點事件， 對中國晶片產業提出一些自己的思考。
晶片的種類
晶片是一個很廣泛的概念，
晶片分門別類， 有大有小。 歸納起來， 大體可以分為4類：
1、計算晶片
計算晶片種類大致分為通用計算類晶片CPU， 信號處理晶片DSP， 圖形計算晶片GPU和其他特殊計算加速晶片， 比如比特大陸的比特幣礦機ASIC晶片， 又或者人工智慧加速晶片等。
通用CPU又根據指令集分為3個分支：
x86系列， 即Intel/AMD系列晶片， 多用於個人電腦和伺服器領域。
ARM系列， 多用於嵌入設備， 如手機、智慧終端機等低功耗設備。 實際上， 越來越多的嵌入設備使用ARM架構， ARM系列晶片被認為是最適合物聯網設備的一種晶片架構。 需要指出的是， ARM公司本身不銷售晶片， 而是採用2種IP授權的方式對外輸出，
MIPS系列， 我國自主研發的CPU多採用MIPS架構。
總體而言， 我國在通用CPU和GPU以及最新的AI晶片上已有佈局， 並非一無所有。
比如， 通過對著名英國Fabless設計商 Imagination Technology的收購， 中國已經獲得PowerVR系列， MIPS系列以及通信Ensigma系列等多種IP內核。 遺憾在於， MIPS架構由於缺乏軟體生態， 其應用領域較為狹窄。
在AI晶片上， 我國像海思、寒武紀等許多IC設計廠商相繼投入AI晶片設計， 說明新一輪基於物聯網邊緣計算的硬體研發已經在我國啟動。
2、存儲晶片
存儲晶片種類繁多， 三星是此類晶片設計和製造垂直產業的一個典型代表。 我國企業在存儲晶片上還有待提高。
3、感測器感知晶片
在萬物互聯的大趨勢下， 感測器晶片負責把物理世界各態接入互聯網電子資訊系統， 是物聯網的入口。 感測器晶片可以按照感知類別大致分為四類：運動感測組合感測器晶片、環境感測組合感測器晶片、光學感測組合感測器晶片、其他感測器（詳見下圖）。
在國外， 綜合感測器巨頭供應商有博世Bosch、意法半導體STMicroelectronics、恩智浦NXP和霍尼韋爾Honeywell， 當然還包括傳統圖像感測器巨頭索尼Sony等。
從市場資料來看， 2015年中國感測器市場約為106億美元， 到2019年估計為137億美元， 其中， 國內感測器廠商市場佔有率僅為13%，
就當前來看， 我國晶片企業在感測器領域雖有涉及但都比較渺小， 唯有MEMS麥克風領域的歌爾股份技術水準較為領先， 並以此成為蘋果iPhone的供應商。
4、通信晶片
在物聯網場景下， 通信晶片負責將資料通過無線或有線的方式接入互聯網。 中興就是以提供無線通訊為主要業務的通信設備商企業。 通信設備商企業又因業務分為基站方和終端方， 比如高通主營業務在終端， 基站涉及較少， 而中興華為則是同時涉及基站和終端業務。
由於通信晶片涉及RF射頻、IF中頻、ADC/DAC、基帶、電源管理等多個細分領域的專業晶片類型， 而針對此次中興被美國制裁事件的相關報告已有很多， 筆者在此就不一一展開介紹了。
需要指出的是， 雖然在特定的具體局部環節上， 某類晶片的供給因為良品率、性能、穩定性等多方面原因還依賴于外國供應商， 但從總體而言， 我國企業在通信晶片領域已經達到國際領先水準， 這可以從5G標準得出結論—— 當企業已經深入參與到頂級行業標準制定， 那麼它的水準不可能差。
另一個有趣的現象是根據Gartner的統計資料， 在我國企業2017年晶片採購中， 中興公司的晶片採購量不在前十大排名中， 由此可見並不十分依賴進口， 這也可能就是為什麼在4月16日中興被制裁的消息傳出後， 美國股市當日的ADI、TI等股票並沒有受到影響而大幅下跌， 以高通為例， 4月16日美股收盤， 高通股票僅下跌1.72%。
那為什麼中興稱此次禁售或使企業進入休克狀態呢？
這裡需要注意的是禁售的具體內容：美國商務部宣佈將禁止美國公司向中興通訊銷售任何零部件、商品、軟體和技術。
筆者認為，中興的軟肋，乃至中國半導體產業的真正軟肋不是晶片元器件本身，而是晶片設計製造過程中的EDA軟體授權。下面結合晶片的全生命週期流程來作個詳細闡述。
晶片設計的全生命週期
晶片從設計到製造，涉及的步驟異常複雜而專業。其中，晶片的設計流程分為正向設計和反向設計2種流程。反向設計流程的初衷是用於檢查別家公司是否抄襲，但後來被小公司使用作為一種節省研發經費、快速複製別家晶片的一種方案。鑒於此設計流程違反智慧財產權保護原則，本文只對正向設計流程予以介紹。
下麵以通信晶片的正向設計流程為例。因為通信晶片涉及混合信號設計，設計流程具有廣泛代表性。
從上圖可以看出，通信晶片的設計流程主要包括下述四個主要步驟：
1、系統架構和演算法設計。系統架構設計主要確定晶片的整體框架和結構。這裡用到的軟體主要有微軟的Office套件如Word、Excel等，還有微軟Visio等一些畫圖軟體用來描述系統架構設計思想。軟體系統架構設計還會涉及UML等專業圖形表述語言。需要說明的是，系統架構設計還包括系統級的演算法設計。這裡還分成軟體和硬體設計，以上流程圖重點針對硬體設計。
2、系統行為模擬。在硬體系統設計中，當選定架構以後，就需要對其設計進行系統級模擬以確保所設計系統在性能上達到產品規劃中的KPM指標。這裡所涉及到的軟體主要是Mathworks的Matlab和Simulink系列，Python語言因為其開源和免費的特點也越來越受到歡迎。像Matlab和Python這樣的指令碼語言往往只是用於前期的方案可行性分析，性能模擬則用到C/C++語言以及搭建在Linux上的伺服器集群。
3、規格制定。在系統模擬完成，其系統性能指標達到預期之後，晶片系統工程師起草規格文檔用來具體描述相關晶片模組的具體性能參數指標。晶片模組又細分為類比和數位2個部分。根據晶片類別不同，有的晶片只含有數位電路部分，而有的晶片則更偏向於類比電路。
4、類比電路和數位電路設計。在片上系統（System On Chip）設計指導思想下，通信晶片同時含有類比和數位電路設計部分，英文專業術語叫Integrated Circuit Design（IC電路設計）。從以上流程圖可以看到，規格制定以後的所有環節都屬於IC電路設計範疇。此設計環節用到的電腦輔助設計軟體統稱為Electronics Design Automation (EDA)。從這個環節開始，晶片設計開始與EDA軟體強耦合，可以不誇張的說，沒有EDA軟體，晶片就無法完成設計。
不過，EDA軟體不同於互聯網軟體棧，所有軟體都是以閉源形式在Linux伺服器上部署，授權使用者以遠端登陸的方式在伺服器上完成晶片設計流程，這種使用和部署環境使得盜版EDA軟體都難尋蹤跡。
讓人遺憾的是，晶片設計重度依賴EDA軟體，而中國的EDA軟體供應商極度匱乏。
從上圖HGData收集的資料可以看出在全球EDA軟體供應商清單中，沒有一家中國供應商。假設以上EDA供應商終止軟體授權和技術支援，國內任何一家晶片設計商都會停擺。
在IC設計實際使用中，EDA軟體被Cadence、Synopsys和Mentor Graphics壟斷，這三家公司一直穩居EDA行業的前三甲，占整個EDA行業總收入的70%，需要注意的是，以上三家皆為美國公司（注：Mentor已被西門子收購）。
所以，EDA軟體才是目前中國晶片產業的技術壁壘。
解構晶片的成本
需要說明的是，EDA軟體在晶片設計中的重要性，還可以從晶片製造的成本中看出，下面我們來看一下晶片的成本構成。
晶片除了硬體製造成本，還包括專利授權費用、開發工具費用和人力成本之內的軟成本。軟成本是晶片主要成本源頭， 其中開發工具費主體就是EDA軟體成本。
然而，EDA軟體收費模式不是一次性買斷型，而是以軟體即服務的形式每年收取費用。以下介紹幾種典型收費場景：
2、按照部署工具的電腦資源來收費。有些EDA工具按照部署工具的電腦資源來收費，即使用的用戶越多，伺服器集群越多，其收取的費用也越多。很多情況下，晶片設計商為了減少開銷，會專門成立針對EDA工具的IT團隊以實現在已有的EDA軟體協定下，盡可能多的在企業內部動態分佈登陸帳號和計算資源。
3、技術支援。EDA歸根結底是一種電腦軟體，是軟體就會有bug等一系列問題需要維護。對於任何一個晶片企業來說，硬體錯誤成本巨大，然而EDA軟體卻又承載著晶片流片前的模擬驗證等關鍵性步驟，所以，由於EDA軟體本身的缺陷導致晶片硬體錯誤是企業無法承擔的。為了防止此類事件發生，晶片設計商通常會願意支付額外的技術支持費用以確保問題及時得到有效解決。
關於中興“芯痛”的思考
如果不想讓中興“芯痛”成為整個中國晶片產業的長痛，在物聯網時代下，大力發展中國晶片半導體產業尤為重要。這裡有兩個方面的原因：
1、在物聯網時代下，晶片市場體量巨大。據IDC 預計，到 2020 年全球物聯網市場的規模將從 2014 年的 6558 億美元增至 1.7 萬億美元(CARG17%)。而我國物聯網產業規模已從 2009 年的 1700 億元躍升至 2016 年的 9300 億元，預計 2020年有望突破 1.5 萬億元。另據預測，全球物聯網終端總數在2022年將達到 193.1 億部，到物聯網成熟階段，其產業鏈中硬體感知層將占整個物聯網價值鏈的30%，其中，晶片供應商和硬體模組供應商將分別占到10%和20%。
2、晶片產業涉及國家安全。晶片產業對國家安全的重要性，可以從最近幾次業內的並購案件窺見一斑：
2017年9月13日，美國總統特朗普以國家安全為由，禁止中資Canyon Bridge Capital Partners LLC收購美國FPGA晶片公司Lattice Semiconductor Corp。
2018年3月12日，美國總統特朗普以國家安全為由，否決新加坡半導體巨頭博通對美國高通公司總額高達1170億美元的收購案。
結合此次的中興事件，再次說明一個道理：為了保證國家安全和全球晶片市場競爭力，晶片產業必須立足走“自主智慧財產權”的發展道路，期望通過並購手段獲得技術已不可行。
除了大力推廣中國晶片產業自身的有機發展，我們也要密切關注全球晶片產業的競爭平衡性，因為晶片產業是一個“贏者通吃”、“大魚吃小魚”的高技術壁壘產業。
這一點在物聯網時代下尤為明顯。
物聯網時代節點設備的高集成度、高程式設計度和高智慧度將成為技術發展的大趨勢。具體分為：（1）多重感測器晶片的融合；（2）感測器晶片與計算處理晶片以及AI晶片的融合；（3）感測器晶片與通信晶片的融合。
因此，筆者認為，對於最近美國高通公司擬收購荷蘭恩智浦公司的提案應該引起重點關注。
感測器晶片領域的恩智浦，無論在消費電子、汽車電子，還是在工業電子和醫療電子等細分行業，均有建樹。同時，恩智浦在電源管理和RF射頻業務方面頗具實力，尤其是在汽車電子領域處於一流水準，其60GHz雷達收發機系統是汽車ADAS的關鍵部件。恩智浦在金融IC晶片和NFC近場通信晶片中也是技術壟斷地位。
通信晶片領域的高通，其技術實力不言而喻，“高通稅”一詞的發明已經足以說明。目前高通已經擁有高度集成SoC系統級方案。高通4月11日發佈全新10納米SoC晶片QCS605系列，已經實現GPU、CPU、DSP、AI、WiFi、Bluetooth、GPS、ISP、Audio Codec以及Quick Charging等技術的All In One。
不難預測，高通與恩智浦的合併將使其在物聯網時代擁有巨大技術優勢，因為並購可以使高通公司實現前文所述的物聯網高度集成SoC。這是否會影響全球半導體晶片產業的競爭平衡呢？讓我們拭目以待。
那為什麼中興稱此次禁售或使企業進入休克狀態呢？
這裡需要注意的是禁售的具體內容：美國商務部宣佈將禁止美國公司向中興通訊銷售任何零部件、商品、軟體和技術。
筆者認為，中興的軟肋，乃至中國半導體產業的真正軟肋不是晶片元器件本身，而是晶片設計製造過程中的EDA軟體授權。下面結合晶片的全生命週期流程來作個詳細闡述。
晶片設計的全生命週期
晶片從設計到製造，涉及的步驟異常複雜而專業。其中，晶片的設計流程分為正向設計和反向設計2種流程。反向設計流程的初衷是用於檢查別家公司是否抄襲，但後來被小公司使用作為一種節省研發經費、快速複製別家晶片的一種方案。鑒於此設計流程違反智慧財產權保護原則，本文只對正向設計流程予以介紹。
下麵以通信晶片的正向設計流程為例。因為通信晶片涉及混合信號設計，設計流程具有廣泛代表性。
從上圖可以看出，通信晶片的設計流程主要包括下述四個主要步驟：
1、系統架構和演算法設計。系統架構設計主要確定晶片的整體框架和結構。這裡用到的軟體主要有微軟的Office套件如Word、Excel等，還有微軟Visio等一些畫圖軟體用來描述系統架構設計思想。軟體系統架構設計還會涉及UML等專業圖形表述語言。需要說明的是，系統架構設計還包括系統級的演算法設計。這裡還分成軟體和硬體設計，以上流程圖重點針對硬體設計。
2、系統行為模擬。在硬體系統設計中，當選定架構以後，就需要對其設計進行系統級模擬以確保所設計系統在性能上達到產品規劃中的KPM指標。這裡所涉及到的軟體主要是Mathworks的Matlab和Simulink系列，Python語言因為其開源和免費的特點也越來越受到歡迎。像Matlab和Python這樣的指令碼語言往往只是用於前期的方案可行性分析，性能模擬則用到C/C++語言以及搭建在Linux上的伺服器集群。
3、規格制定。在系統模擬完成，其系統性能指標達到預期之後，晶片系統工程師起草規格文檔用來具體描述相關晶片模組的具體性能參數指標。晶片模組又細分為類比和數位2個部分。根據晶片類別不同，有的晶片只含有數位電路部分，而有的晶片則更偏向於類比電路。
4、類比電路和數位電路設計。在片上系統（System On Chip）設計指導思想下，通信晶片同時含有類比和數位電路設計部分，英文專業術語叫Integrated Circuit Design（IC電路設計）。從以上流程圖可以看到，規格制定以後的所有環節都屬於IC電路設計範疇。此設計環節用到的電腦輔助設計軟體統稱為Electronics Design Automation (EDA)。從這個環節開始，晶片設計開始與EDA軟體強耦合，可以不誇張的說，沒有EDA軟體，晶片就無法完成設計。
不過，EDA軟體不同於互聯網軟體棧，所有軟體都是以閉源形式在Linux伺服器上部署，授權使用者以遠端登陸的方式在伺服器上完成晶片設計流程，這種使用和部署環境使得盜版EDA軟體都難尋蹤跡。
讓人遺憾的是，晶片設計重度依賴EDA軟體，而中國的EDA軟體供應商極度匱乏。
從上圖HGData收集的資料可以看出在全球EDA軟體供應商清單中，沒有一家中國供應商。假設以上EDA供應商終止軟體授權和技術支援，國內任何一家晶片設計商都會停擺。
在IC設計實際使用中，EDA軟體被Cadence、Synopsys和Mentor Graphics壟斷，這三家公司一直穩居EDA行業的前三甲，占整個EDA行業總收入的70%，需要注意的是，以上三家皆為美國公司（注：Mentor已被西門子收購）。
所以，EDA軟體才是目前中國晶片產業的技術壁壘。
解構晶片的成本
需要說明的是，EDA軟體在晶片設計中的重要性，還可以從晶片製造的成本中看出，下面我們來看一下晶片的成本構成。
晶片除了硬體製造成本，還包括專利授權費用、開發工具費用和人力成本之內的軟成本。軟成本是晶片主要成本源頭， 其中開發工具費主體就是EDA軟體成本。
然而，EDA軟體收費模式不是一次性買斷型，而是以軟體即服務的形式每年收取費用。以下介紹幾種典型收費場景：
2、按照部署工具的電腦資源來收費。有些EDA工具按照部署工具的電腦資源來收費，即使用的用戶越多，伺服器集群越多，其收取的費用也越多。很多情況下，晶片設計商為了減少開銷，會專門成立針對EDA工具的IT團隊以實現在已有的EDA軟體協定下，盡可能多的在企業內部動態分佈登陸帳號和計算資源。
3、技術支援。EDA歸根結底是一種電腦軟體，是軟體就會有bug等一系列問題需要維護。對於任何一個晶片企業來說，硬體錯誤成本巨大，然而EDA軟體卻又承載著晶片流片前的模擬驗證等關鍵性步驟，所以，由於EDA軟體本身的缺陷導致晶片硬體錯誤是企業無法承擔的。為了防止此類事件發生，晶片設計商通常會願意支付額外的技術支持費用以確保問題及時得到有效解決。
關於中興“芯痛”的思考
如果不想讓中興“芯痛”成為整個中國晶片產業的長痛，在物聯網時代下，大力發展中國晶片半導體產業尤為重要。這裡有兩個方面的原因：
1、在物聯網時代下，晶片市場體量巨大。據IDC 預計，到 2020 年全球物聯網市場的規模將從 2014 年的 6558 億美元增至 1.7 萬億美元(CARG17%)。而我國物聯網產業規模已從 2009 年的 1700 億元躍升至 2016 年的 9300 億元，預計 2020年有望突破 1.5 萬億元。另據預測，全球物聯網終端總數在2022年將達到 193.1 億部，到物聯網成熟階段，其產業鏈中硬體感知層將占整個物聯網價值鏈的30%，其中，晶片供應商和硬體模組供應商將分別占到10%和20%。
2、晶片產業涉及國家安全。晶片產業對國家安全的重要性，可以從最近幾次業內的並購案件窺見一斑：
2017年9月13日，美國總統特朗普以國家安全為由，禁止中資Canyon Bridge Capital Partners LLC收購美國FPGA晶片公司Lattice Semiconductor Corp。
2018年3月12日，美國總統特朗普以國家安全為由，否決新加坡半導體巨頭博通對美國高通公司總額高達1170億美元的收購案。
結合此次的中興事件，再次說明一個道理：為了保證國家安全和全球晶片市場競爭力，晶片產業必須立足走“自主智慧財產權”的發展道路，期望通過並購手段獲得技術已不可行。
除了大力推廣中國晶片產業自身的有機發展，我們也要密切關注全球晶片產業的競爭平衡性，因為晶片產業是一個“贏者通吃”、“大魚吃小魚”的高技術壁壘產業。
這一點在物聯網時代下尤為明顯。
物聯網時代節點設備的高集成度、高程式設計度和高智慧度將成為技術發展的大趨勢。具體分為：（1）多重感測器晶片的融合；（2）感測器晶片與計算處理晶片以及AI晶片的融合；（3）感測器晶片與通信晶片的融合。
因此，筆者認為，對於最近美國高通公司擬收購荷蘭恩智浦公司的提案應該引起重點關注。
感測器晶片領域的恩智浦，無論在消費電子、汽車電子，還是在工業電子和醫療電子等細分行業，均有建樹。同時，恩智浦在電源管理和RF射頻業務方面頗具實力，尤其是在汽車電子領域處於一流水準，其60GHz雷達收發機系統是汽車ADAS的關鍵部件。恩智浦在金融IC晶片和NFC近場通信晶片中也是技術壟斷地位。
通信晶片領域的高通，其技術實力不言而喻，“高通稅”一詞的發明已經足以說明。目前高通已經擁有高度集成SoC系統級方案。高通4月11日發佈全新10納米SoC晶片QCS605系列，已經實現GPU、CPU、DSP、AI、WiFi、Bluetooth、GPS、ISP、Audio Codec以及Quick Charging等技術的All In One。
不難預測，高通與恩智浦的合併將使其在物聯網時代擁有巨大技術優勢，因為並購可以使高通公司實現前文所述的物聯網高度集成SoC。這是否會影響全球半導體晶片產業的競爭平衡呢？讓我們拭目以待。