中兴通讯事件之痛:中国电子整机产业的皇帝新衣!
互联网我们有BAT可以和facebook/google过过招,电子整机有华为中兴可以对抗思科爱立信,IT行业里面为什么独独集成电路,没有能跟美国抗衡的能力呢?这还要从IC设计产业的特点来说起。IC设计相对于互联网和整机设备,有两个重要特点,试错成本高和排错难度大。互联网做一个app,可以一天出一个版本,有些bug没关系,第2天就可以修复,试错和修改的成本几乎为零。整机硬件的电路板设计周期在1天到1个月之间,生产周期在3天到2周之间,出了错重新投板费用在几百到几千之间,最多数万块钱。而IC设计,不算架构设计,从电路设计开始,到投片,最少要半年时间。投片送到工厂加工生产,一般要2个月到3个月。最重要的是一次投片的费用最少也要数十万元,先进工艺高达一千万到几千万。如此高的试错和时间成本对一次成功率的要求极高,不得不把流程拖长,反复验证,需要多个工种密切配合,团队中一个人出错,3个月后回来的芯片可能就是一块儿石头。修改一轮,又三个月出去了。
与试错成本高并存的是排错难度大。互联网编个软件,调试起来几乎可以在程序任意地方设断点,查看变量当时的状态或者打出log。硬件电路板上,几乎任何一根信号线可以拉到示波器上看波形。而一颗手指甲盖大小的芯片,里面有上亿个晶体管,而最终能在电路板上测量到的信号线却只有十几根到几百根。如何根据这少得可怜的信息,推理出哪个晶体管设计错误,难度不言而喻。
两大特点导致对IC从业人员的素质要求极高,试错周期长需要逻辑严谨细致的工作态度,排错难度大需要一套科学的实验方法。而这两方面,恰恰是国内教育的软肋。过分重视知识的记忆,而忽略逻辑和方法。所以当软件工程师们靠自己的聪明和勤奋,不断快速迭代的时候,ICer们却经常遇到猪队友的困惑,导致原地打转。加班已经不能再多,却还是一次次的delay,上市时间依然落后。更有很多bug无法找到原因,反复投片实验也无结果,最后只能以项目失败收场。
高难度的产业背后蕴藏的是巨大的利益和商业价值。集成电路被誉为电子工业的粮食,除了对国家和行业安全有着巨大的意义,利润率也随着技术含量水涨船高。芯片本身的材料是二氧化硅,成本极低,上面凝聚的技术就决定了利润。消费类芯片产品一般毛利率在30%~40%,工业用产品一般能在50%~60%以上,更有甚者,以高性能模拟芯片为主的美国Linear公司,平均毛利率能达到90%!很多我们无法设计的芯片,例如高端交换芯片,毛利率都在99%以上。一旦中美开战,即便没有禁运,美国政府利用行政手段把自己电子武器的批量成本压到我们的1/10是分分钟的事情,细思极恐。
尝试突破
我们一直努力,从未放弃。
高校。有些高性能关键器件芯片规模不大,看起来挺适合高校来作为突破的主力军。但多年下来,业内公认是高校的水平不如工业界。这不是中国特有的,美国也这样。这和前述集成电路产业的特点密切相关。高校的优势是出新idea,对于算法这类领域挺合适,仿真实验看到结果快且准,仿出来有效果基本实际就会有效,顶多实现复杂度太高。芯片试错成本高,流程长,参与协作的工种多,任何一个环节出问题,就看不到好结果。能把一个芯片做成业界普遍水平,不掉坑里,就已经不容易,需要多年积累。学生们积累少,纵有好的idea,往往躲不过路上无数的暗坑,还没看到idea的效果,就死在半路了。学校的特长是做更前沿的研究,适合弯道超车。而集成电路恰恰不好弯道超车,尤其是模拟芯片,你不解决100MHz的问题,到200MHz的时候那些问题还在。
仿制、抄袭。军迷们引以为自豪的山寨能力,就是看美军有什么,我们就抄一个。集成电路也可以抄,学名反向设计。虽然芯片很小,电路密度极大,但仍然可以通过显微、照相等方式获得他的全部版图信息,然后复制一份,送到工厂生产,似乎看起来就可以得到一模一样的产品了。其实不然,版图相当于软件编译后的机器代码,可读性很差,无法了解其原理和架构。而版图提取本身存在物理误差和人为错误,尤其对于高性能的模拟混合信号芯片,对工艺又非常敏感,稍有不一致都可能导致芯片性能和良率的巨大差异。而此时设计人员无法了解原理,定位错误犹如一个盲人在大海里捞针。军工研究所普遍采用这种方法,每次反向犹如一场赌博,有时候做出来OK最好,一旦出现问题,基本束手无策。所以多年下来,除了电路比较简单的射频和功放芯片,上述高性能PLL,ADC等关键器件反向成功,能量产装备的例子寥寥无几。
科研项目。国家近十几年来,一直通过863/973/核高基等国家级科研计划对关键器件进行支持,投入巨大。后期也要求工业界和整机厂加入,以解决应用脱节的问题。但这些年下来,真正能量产并转化为实际产品的成果寥寥。究其原因,一个是目标脱节。IC界有个说法,实验室测试通过只是迈出了一小步,到量产还有巨大的工作量。科研项目只需要在评审的时候能够提供几颗样片,演示出所需性能即可拿到尾款。而工业级应用需要在各种温度和环境变化条件下保持性能稳定,以及解决批量生产的良率问题。如何保证量产是需要从设计一开始就考虑的,有些科研单位选择的架构本身就决定了成果只能交差,而不能量产。二是指标脱节。科研项目的立项单位不考虑国内实际水平,盲目追赶世界领先水平。不管上一周期的项目是否完成,今年的指标一定要更近一步。申请单位恶意竞争,不考虑自身实力,申请时竞报指标,谁提的指标高谁拿到项目,才不管2年以后如何交差。这样的制度下,本来按照已有技术积累,做100MHz还能量产,指标竞价完成后目标变成500MHz,最后谁都搞不定。
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