ICCAD2023：《提升芯片产品竞争力》

近日，在广州市举办的中国集成电路设计业2023年会暨广州集成电路产业创新发展高峰论（ICCAD2023）上，中国半导体行业协会集成电路设计分会理事长魏少军教授带来主题为《提升芯片产品竞争力》的精彩演讲，演讲完整内容分享如下：

中国半导体行业协会集成电路设计分会理事长魏少军

大家上午好。 2023年受全球经济不景气和产业进入下行周期的影响，再叠加外界的遏制和打压，以及新冠肺炎疫情的长尾效应，中国集成电路产业的发展遇到了非常大的挑战。由于前两年产能紧张造成 的疯狂备货，集成电路产品库存积压严重，设计业遇到了过许20年来最为严峻的困难，发展放缓。从大的形势看，全球半导体产业2023年 1到9月的销售为4389亿美元，同比下降1.4%，预计全年数据会与去年持平，也不排除出现个位数的衰退的可能性。 中国半导体产业的发展也呼应了全球的情况。根据中国半导体行业协会统计，2023年1到9月中国集成电路产业的销售为8096.5亿元，仅仅增长了2.4%，设计、制造、封测三翼的增长分别为6.5%、1.1%和负3.2%。 今天大会我作的报告尝试给大家一个关于2023年中国集成电路设计业发展的一个比较全面的总结，题目是《提升芯片产品竞争力》，供大家参考。 受全球半导体行业下行周期和库存严重积压的影响，大陆集成电路设计的发展明显放缓。我们的产业发展增速下降至个位数，与往年一样，受到已经IPO和正在IPO的企业不能透露业界的影响，这次年会发布还只能是预测数据，与最终年度数据相比会有差异，仅供大家参考。我们这个数字来自各地方协会、国家集成电路设计产业化基地和我们的设计企业，我们对这些数据进行分析综合，并再次基础上对个别数据进行必要的外推，继续遵循“就低不就高”的原则，在这个过程当中，我们得到了半导体行业协会和国家集成电路产业化基地给予的巨大支持，在这里我代表分会向大家表示衷心的感谢！ 统计涉及的集成电路企业数量3451家，比上年3243家多了208家。设计企业数量的增速进一步下降，去年开始下降，这些增加的企业中有相当一部分属于已有企业异地发展的结果，实际增加的新的设计公司的数量不多。 2023年全行业销售预计为5774亿元，相比2022年增长约8%，增速比上年低了8.5%，上年是16.5%。按照美元与人民币1：7的平均兑换率，全年销售约为824.9美元，占全球集成电路市场的比例将略有提升。由于汇率原因提升得并不是特别明显。 第二，区域发展情况。根据统计，京津、环渤海、长江三角洲、珠江三角洲和中西部地区都保持了正增长。表一给出了各区域，这个里头刚才这张图给出了2023年产业发展的统计数据，长江三角洲、珠江三角洲、京津、环渤海和中西部地区的产业规模，分别达到3212.4亿元、1442.3亿元、1089.4亿元和868.9亿元，增长率分别为8.5%、49.7%, 6.5%和0.9%。长江三角洲的增速比全国平均数略高，除0.5个百分点，珠江三角洲地区出现强烈反弹，增速高达49.7%，稍后会说明原因，比全国平均数高了41.7%。京津冀环渤海比全国平均增速低2.5%，而中西部地区的增长只有0.9%。 如果大家注意的话，一定可以看到，与往年的情况类似，这一阵表中所给出的各地区产业规模之和大于前年给出的5774亿元，这个差额有833亿。为什么？这是因为一些企业在多个城市有分支机构，各地统计的时候把这些企业整体销售纳入到当地了，出现了重复计算的现象。为了保证这个数据的严谨，我们在总数当中将这些重复的东西去掉，把6600多亿减调833亿以后得到了5774亿，重复数据要去除。但是在各地区没有都去除掉，还是尊重各地区报的数据，所以出现的数据是比较大的。 设计业增速最高的10个城市中，增速最高的是深圳，达到65.9%，这是创记录的一个数字。可能很多朋友已经猜到了，背后的原因就是华为在前几个月发布Mate60手机，带动整个行业一次突破性的进展，我们看到大宗商品的突破带来的影响力非常巨大。 在参与统计20个城市中（不含香港），有5个城市出现了负增长。按照2023年增速排列的前10个城市，第一是深圳，增长65.9%，第二是重庆，增长19.2%，杭州增长18.9%，济南增长15.4%，苏州增长12.3%，无锡增长11%，南京增长10%，珠海增长6.6%。跟2022年数据相比，这个增速在各个城市非常不平衡，今天你高，明天就是我高，你追我赶，呈现欣欣向荣的争先的现象。 这一张表格给出2023年设计业规模位居前十位城市的预测。上海、深圳、北京继续把持前三位，但是深圳和北京的位置发生了一次颠倒。杭州设计业规模达到619.5亿元，首次超过无锡。应该说无锡设计业规模589.7亿元，也是创历史新高，但是比上一年相比增速只有11%，与杭州设计业18.9%的增速相比还是差了不少。很遗憾，无锡“千年老四”的位置没保住，这次变成老五了，希望无锡下一次能跟上。前10个城市设计业产业规模都超过130亿元，门槛提高到137亿元，比去年提升15亿元。统计数据表明前十大城市分布与上年相同，长江三角洲5个城市，珠江三角洲地区仍然只有深圳一个城市，中西部地区3个城市，京津环渤海也只有3个城市，这些城市规模之和达到5501亿元，占全行业比重达到89.4%，比上年提高1.2%，但仍然低于90%。 销售过亿企业的情况，即行业龙头企业和骨干企业发展情况。尽管设计业的整体发展在2023年受到多重因素影响，增速放缓，但龙头企业和骨干企业发展速度依然稳健，且总体上有一定的改善。统计数据表明，虽然进入前十大设计企业榜单的门槛从2022年的70亿元下降到65亿元。但十大设计企业的综合增长率达到51%，是近期没有看到过的。我们十大企业综合增长率超过50%，达到51%，远远高于全行业平均增长率8%，这还是包含有3家出现负增长的情况，如果这3家都是正增长的话，可能增长率还会更高一些。2023年有625家企业的销售超过1亿元人民币，比2022年566家增加了59家，增长里达到10.4%。这一张表给出的是销售超过亿元企业的情况。 这一张图给出销售过亿企业的区域分布，长江三角洲地区销售过亿企业数量仍然最高，有311家，比上年增加54家，占比提升到49.8%，长江三角洲地区占有中国搬移江山，过亿企业当中的半一江山。珠江三角洲占比下降到9.8%，京津环渤海地区有91家，比上一年减少2家，占比降低到4.6%。中西部地区有99家企业销售过亿，比上年增加了8家，但总体体量比较小，所以它占比反而比起2022年要低了一点，是15.8%。 这里给出了销售过亿企业的城市分布，上海从去年的80家增加到今年的90家，增加了10家。深圳从76家减少到74家，北京从68家减少到67家，合肥增加12家，成都增加9家，珠海增加7家，杭州、西安、长沙各增加5家，与2022年相同，只有上海、深圳和北京3个城市销售过亿企业数量在占比上超过10%，最高14.4%，其余城市占比均为个为数。这到底是好事，还是坏事？我们现在不好讲，看起来产业分散得比较开，可能从各个城市来看是好事，但从产业聚集度来看不议定是好事。我们宁愿要一个大企业，不要10个小企业，稍后我会跟大家分享，我们的企业由于体量小以后是经不起风雨的，今年的情况充分反映这一点，大企业的抗压能力要远远好于小的企业，这也是我们现在比较担心的一点。 各区不同销售企业的分布情况，其中销售5000到1亿元企业176家，销售1000万到5000万是740家，销售额小于1000万企业是1910家，因此我们的小企业还是大多数，少于1000万统计多少企业是负的，大部分还是处于初创阶段或者收支不平衡的阶段。 这一张图给出了设计企业人员规模的大概统计，有34家企业人数超过1000人，与上年基本持平。有65家人员规模500到1000人，比去年增加了2家，人员规模是100-500人的有461家，比上年增加了26家，但80%的企业还是人数少于100人的小微企业，共2891家，比上年还多了180家。当然，这些比较小的企业可能是分支机构，不一定是真正的利润主体。从总体数量看，小微企业仍然占了绝大部分。 2023年大陆芯片设计从业人员规模大约在28.7万人，人均产值200万左右。按照1：7的汇率大概28.6万美元。由由于数量增加和汇率的影响，我们按美元计算的人均劳动生产率出现了一些负增长，这也是今年特有的现象。 这里给出了产品结构的调查。2023年大陆设计企业主要产品领域分布，除了通讯领域的业绩明显提升，再次提到华为的Mate60，引导了通讯芯片的爆发。消费类芯片销售增长最快，达到35.9%，其他领域增速都在下降，这也是我们现在面临的比较大的困境，我们的产品消费类、通讯类比较好，其他战略性领域总体来说还是有相当大的隐忧。 第二部分，设计产业的发展质量分析，到底我们发展得如何。 首先，产业集中度情况有所改观，但是改观不大。2023年虽然十大技术企业进入门槛，但是整体增长率高达51%，十大设计企业销售综合达到1829.2亿元，行业收入占比为31.7%，与2022年1226.5亿元占比22.9%相比，这个改善是明显的，这就有力地说明当行业处于下行周期时，头部的骨干企业的承压能力更大，抗压能力更强。所以企业要体量，如果没有体量，真正出现一点风吹草动我们是抗不住的。我们再次强调，我们并不希望出现一堆小企业，希望设计行业出现大企业。另外，625家销售过亿元人民币企业的销售综合达到5034.2亿元，比上年4940.6亿元增加了93.6亿元，占全行业销售总和比例87.2%，与上年85.1%相比，增加了2.1%，产业集中度略有改观，但离我们的期望值还是差距比较大。第二，上市企业发展质量还需改善。近年来，随着合计科创板创立，不少设计企业登陆资本市场，目前还有一些企业准备上市。2022年我曾经做出一个承诺，会根据上市企业的年报，对我们设计行业的经营情况做一些分析，因为上市企业实际上代表了我们的主体，并以此对全行业的发展质量作出评估。根据2023年上半年已经上市的108设计企业半年报数据，我们得出上市企业的销售总和为1358.9亿，占全行业比重23.5%，这个数字不高，说明上市公司的规模也并没有我们想像的那么好，利润总和为63.6亿元，利润率只有4.7%。盈利企业66家，亏损企业42家。就是说，在上市企业当中，居然有将近39%的企业在上半年出现了亏损。 虽然这些数据不能说明上市公司全年的经营情况，但是也提醒我们，即便是已经实现IPO的企业，今年的情况也不容乐观。第三，企业对市场变化的把握能力不足。尽管今年设计业在极其困难的外部条件下取得8%的增长，但也有当一部分企业甚至很大一部分上市企业的处境并不乐观及企业大面积出现亏损，已经成为设计业不能回避的事实。在与企业日常交往中，我们了解到亏损的主要原因是由于前两年花了不少资源抢产能，导致库存，积压严重。当行业供应出现饱和时，这部分库存面临减值风险，随着时间推移，库存产品的竞争力逐步丧失，造成损害是必然结果。暴露出我们的企业市场大潮中还与进一步茉莉，提升对市场、为需求的把控能力，避免盲目跟风，降低我们的经营风险。第四，对国产替代的盲目跟进。这几年由于地缘政治博弈引发的外部环境恶化及特别是美国的遏制，使得国产化替代的呼声日剧高涨。之前国产芯片被刻意冷落的芯片现在大有好转，甚至出现用户主动要求设计企业送样检测的情况。但是冷静看待国产替代带来的机遇，促使企业抓住机遇更上一层楼是一个严肃的课题，到今天为止我们并没有很好地解决。其实国产替代并不是低水平的代名词，而是高水平的要求。数10年来，大量的电子设备主要依赖的是进口芯片，现在突然要改为国产芯片，我们面临的挑战是多样的。例如国产芯片在实现替换的时候，事实存在的各项指标差异，该如何调整，以适应系统的需求，这也是给国产替代提出的一个严肃挑战。我们的企业是否做好了相应的准备？大多数情况看并没有做好准备。第五，高端芯片的突破尚待时日。在市场竞争中，高端芯片是竞争的焦点。高端芯片之所以被分类为高端，就是因为其背后隐藏高额的利润。因此高端芯片是产业必争战略高地。我们必须承认，中国集成电路设计业正在向高端迈进，但主流仍然停留在中顶端。高端芯片的研发只是少数有实力的企业，而外部对中国高端芯片打压和遏制则是明确的。无论是去年10月7日美国出口管制措施，还是今年10月17日美国商务部进一步明确和出台的管制新规，都将高端芯片的出口列为限制对象，不仅不卖给我们高端芯片，还要对我们自己的高端芯片生产进行限制。一方面使得我们的超级计算机、人工智能需要的芯片带来了麻烦，但另外一方面也给了设计企业难得的机遇去填补外国产品主动退出的市场。虽然不少企业都意识到这一点，也做了很大努力，但在高端芯片上面的建树还是乏善可陈，毕竟高端芯片的发展需要更长时间的积累，简单靠高额投资砸钱是解决不了问题的。这里特别提醒资本界的同志们，大家不要想得太简单，芯片需要长期积累。 借此谈几点认识。最近今年全球半导体企业诡谲的发展状况，不少行业专家和企业家进行了深入思考，在不同会议上也有很多交流，我谈一点认识，也是行业普遍的认识。第一，坚持以产品为中心的发展理念。芯片设计企业的安身立命之本是拥有技术过硬、有竞争力的芯片产品。作为芯片产品的开发者，设计企业的工作理所当然是以产品为中心，这一点不用去怀疑。为什么我这里还是要强调以产品为中心？实际上想向那些投资设计企业的投资人和资本方说的。集成电路设计是资本密集行业，5纳米即便在技术成熟后，开发一颗芯片成本也高达2.5亿美元。14纳米工艺节点开发一颗芯片的成本往往也需要上千万美元。没有资本加持，设计企业想取得成功非常困难，甚至不可能。因此设计业非常欢迎投资，也对资本给予的支持和帮助心怀感激。 我们也看到，资本的逐利本性也决定了芯片产品不过是资本用来逐利的工具。今年我们不反对用芯片赚钱，这也是设计企业的宗旨，但是盲目追求逐利，通过快速的投资来打造集成电路设计企业，恐怕会事与愿违。芯片研发除了需要高额投入，还需要很长的时间，也会受到多种因素的影响。如果不能坚持以产品为中心或者拿以产品为中心作为幌子，内心深处念念不忘快速盈利，恐怕就会陷入急功近利的陷阱。 我们谈以产品为中心，不仅要求设计企业围绕产品开展工作，也希望投资人和资本方面真正认识到以产品为中心的深层含义，含着发展中国芯的情怀发展设计企业，就一定能够走向成功。相反天天想着快速盈利，不一定能够最终赚到钱。 谈到以产品为中心，就要关注产品的商品属性，要敢于在市场上亮剑，才能够让产品通过迭代不断成熟。因此，不能仅仅满足于在国产市场有所斩获，更不能与同行残酷厮杀。近两年大家对无节操的内卷十分反感，另一往来又不得不主动反感，这种现象应该被杜绝。尽管中国是世界上最大的单一芯片市场，但是中国之外的市场更大。中国市场和国际市场大概是3：7的比例，国际市场更大，我们的设计企业应该勇敢走出去参与国际循环，只有这样国内大循环和国内国际双曲环相互促进的局面才能形成，我们的设计企业才能获得更大的发展空间。第二点认识，注重技术积累，持续提升设计能力。集成电路从诞生起就是创新驱动的产业，也是高度依赖技术积累和技术进步的产业。技术是集成电路产业的根本。去年年会，我提出要着力创新技术，降低对工艺技术进步和EDA工具的依赖，能够用14纳米甚至28纳米做出7纳米产品性能才是真正的高手。 今年华为推出了Mate60手机，很多人都跑来问我，是否知道70 9000S芯片是不是用7纳米工艺制造的？对于这样的询问，我回答不知道，因为华为从来没有官方宣布过是用哪个工艺制造，我不能乱说。通常我会反过来问另外一句，用不用7纳米真的那么重要吗？为什么我们这么关心7纳米工艺？为什么不讨论一下这么一部高性能手机，居然没有使用一个美国的元器件？今年10月，我需美国出席世界半导体理事会的会议，期间有机会和一些美国企业交流，私下他们对华为的Mate60手机没有使用美国元件的敏感高度远远高于是否使用了7纳米的工艺。我突出感觉，华为这次在系统技术的创新，对60手机的应用起到了非常关键的应用。我认为60手机的成功很好诠释了技术积累和技术能力的重要性。 再举一个例子，长江存储的3D-Nand存储器，我们知道3D—Nand存储器的兴起时间并不长，不到10年的时间，但今天已经成为手机等设备的主要存储媒介，我们长江存储进入这个领域的时候，国际巨头已经开始量产64层的单芯片解决方案的芯片，面对技术成熟度和知识产权等多方面的壁垒，长江存储没有选择走单片集成的方案，而是将外围电路和存储器分为两片，通过两片的堆叠建合，形成了最终产品。在初期的时候，估计有很多人用同情的眼光看着长江储存，你这两片方案成本一定是高的，生产效率一定是低的，可靠性一定是差的，甚至有些人等着看长江储存的笑话。今天当技术进步到200多层以后，情况发生了反转。三星半导体CEO尹钟龙先生在2021年IDEM国际会议上说依靠堆叠技术3D—Nand可以做到1000层。日本海峡公司共宣布将放弃单片方案转向两片对立的方案。长江储存不但没有闹笑话，反而在技术方面走在了前面。 通过这两个例子，大家就可以理解，无论华为，还是长江储存，之所以能够成功都不是一蹴而就，技术积累起到非常关键的作用。第三，大胆创新。特别要注意交叉领域的集成创新。这两年“Chiplet”一词出现的频率特别高，从Chiplet本身的内涵而言，在产业界已经存在十多年，之所以最近成为大家关心的热门，是因为沿着等比例缩小的路径前行时，大家越走越累。且不说摩尔定律到底还能走多久，一直是很多人无法回避且无法回答的问题，只是先进工艺节点的研发费用就是绝大部分企业难以面对的困难。这两年，在大家熟知的PPA往往在后面加一个C，也就是cost ，因此PPA成了叫PPAC，虽然成本一直是大家关注的重要因素，但之前主要还是看它在市场上能否有竞争力。今天是芯片研发能否启动的最重要因素，可能根本因为钱的问题你连启动做这件事都做不了，可以看到这个成本有多么重要。Chiplet恰好能够在一定程度上缓解功耗、性能*的矛盾。不得不说目前存在两种极端认知。一种认为Chiplet无所不能，可以实现中国集成电路的突围，成为克服“卡脖子”问题的利器的说法也很多。另外一种认为Chiplet不过是一种封装技术，必将其看得太重，单片集成永远是解决问题的正道和王道，应该说两种观点都有一定的道理，但都有偏颇之处。 首先，我们应该看到，在现行的平面等比例缩小技术确实面临器件物理进入接近一大米的挑战，需要找到一种新的方式。我们坚信摩尔定律将长期有效，但是实现方式可能与今天完全不同。例如三维集成电路已经在3D—Nand内存储器上获得成功，随着时间的推移，预计可以慢慢突破，认为Chiplet是终极解决方案的看法不免过于悲观。 其次，如果从大集成的角度看，Chiplet有着广阔发展前景，但并不是唯一发展道路，经济性才是决定性的因素。不少专家和企业家都看到这一点，影响摩尔定能否前进的因素不是技术的难度和技术的复杂度，行业里没有人怀疑一纳米工艺是否能做到，但是很可能这样的工艺成本太高，大家用不起，所以最终我们要面临的终极挑战是高昂的成本，设备可以在很大程度上降低使用最先进工艺的要求，在成本上大大缓解先进工艺带来的高额费用，确实有吸引力。当然，要想实现系统级的集成，Chiplet是很好的方向。因此，我们可以认为大集成的概念早就出现了，而且确信最终可以引领产业的发展，但是否还是我们今天所说的Chiplet吗？ 第三，我们可以多做一些考虑，发掘Chiplet背后隐藏新的商机和机遇。过许20多年里我们对于如何使用IP核已经耳熟能详，也认识到SoC的研发的研发离不开第三方的IP核。今天我们或许可以将一颗颗小芯片想像成某种形式的IP核，再通过转接板或堆叠的方式整合在一起，形成更为复杂的应用系统。如果进一步设想这些第三方的小芯粒，经过标准化过程实现了接口的统一，那么派生出一个采用第三方小芯片，按照应用需求，通过混合堆叠和集成打造芯片级系统的新商业模式甚至新业态，也不是不可能。 事实上今天一些国际巨头就正在推广向UCIE这样的接口标准。国内也有组织在推动类似的事情，值得我们的企业家朋友们关注。原来我们谈到芯片企业的时候，一般都讲你要去设计一个芯片，有可能今后我们不需要设计芯片，我们就去设计一个系统，当然这个系统是在单个封装当中的系统，它的主要来源是小芯片，这是一个全新商业模式，值得我们去探索。第四，要走出自己的发展之路。中国集成电路的发展已经走过30年的发展历程，从开始的个位数企业寥寥数千万元销售，成长为今天拥有3000多家企业，销售收入超过5000亿元的群体。如果说中国集成电路设计企业的发展之前更多是跟随和模仿其他先进国家和地区，今天我们已经清醒认识到，面对中国这个庞大市场和当前的国内外形势，简单跟随已经不行了，必须走出一条自己的道路。 今年以来，我们在多个场合提出面对逆全球化，我们要主动作为，实现集成电路产业的再全球化。再全球化过程中，中国必须主动病有所作为。要实现这一点，必须让我们的产品走在国际前列，这意味着设计的任务和使命将完全不同。这既是挑战，更是机遇。 我们应该坚信有能力实现这一目标，因为我们拥有独一无二的庞大中国市场，可以以应用带动产品创新，打造中国的产品标准和产品体系。中国是一个世界工厂，为全世界生产产品，因此大多数情况下产品规格是人家定义，产品定义是人家做的，设计要求也是别人给的，我们是比照别人的设计开发产品，导致我们守着中国这个大市场却不能发展得很好。集成电路设计业面对的是产品开发，现在我们也必须将目光向内，从研究应用入手，强化自己的产品定义能力，从应用设计芯片等多个方面形成独特的产品方案，打造自己的标范标准和范式，中国集成电路设计业独有的优势是别人抢不走的，从根本上摆脱技术路径的对外依赖，形成自己的产品体系和技术标准，这将使我们立于不败之地。