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美国半导体业界眼中的挑战与机遇

国际金属加工网 2022年05月31日

电子发烧友网报道(文/周凯扬)在美国政府极力推动芯片法案下,美国的半导体生产制造业似乎已经收获了一定保证。然而仅仅解决制造问题并不足以解决美国的半导体困境,还得从设计和企业发展层面破除各种阻碍。近日,美国总统拜登的科技顾问委员会召开了一次会谈,召集了英特尔、新思、斯坦福大学和SambaNova等行业各个领域的代表,对美国半导体产业面临的挑战与机遇进行了公开讨论。

三大因素制约半导体创新

斯坦福大学电子工程专业助理教授Priyanka Raina认为,美国※大的优势还是创新,然而在半导体领域,限制创新的因素有三个:一是摩尔定律的减缓,虽然我们对摩尔定律各有解读,但摩尔定律的突破慢了下来却已经成了共识,对于诸多仍需要更先进工艺才能发挥优势的创新设计来说,确实是一大限制。尤其是我们看到不少AI芯片创企推出的产品,也纷纷用上了新的工艺。

SysMoore / 新思

当然了,这一限制目前已经有了一些缓解的迹象,那就是通过Chiplet、2.5D/3D封装等设计优化来解决问题,如此一来在我们的眼中,就会出现像新思提出的SysMoore这样的观感,但归根结底,其本质还是提升工程师设计效率。

第二则是设计软硬件系统的复杂性,如今芯片设计造出来硬件还不够,还要打造一个配套的软件方案乃至生态,比如AI推理和训练芯片、自动驾驶芯片等面向特定领域的硬件加速器,更不用说设计、验证和软件工程带来的巨大成本投入了。

提升软硬件系统设计与验证的抽象程度迫在眉睫,就像上个世纪芯片设计从掌握在几家大公司手里,到转向各种小型fabless厂商一样,EDA工具仍需要简化芯片设计的过程,提供更多自动化特性的同时降低成本,让芯片设计拥有更多的受众,以更大的基数来促进创新。美国作为EDA大本营,几大EDA厂商已经开始着手相关的工作了。

第三则与人才相关,学生对半导体设计兴趣的持续下滑。这也与第二点息息相关,从目前的芯片设计方式来看是很难吸引学生兴趣的,自学编程可以随便做出一个网站,但系统性地学习芯片设计可不是那么好拿到自己设计的芯片的。也正是因为如此,学生群体对半导体领域的关注度在逐年降低,虽然高薪工作机遇只增不减,但从EE转CS的人已经越来越多了。

Priyanka公布了斯坦福大学每年芯片设计课程统计情况,拿VLSI系统入门这项课程举例,近五年的报名人数已经不到2005年的三分之一。而对于大学生来说,他们要的不是大学开更多芯片设计课程,而是教授更加有意义的芯片设计课程,比如与代工厂合作MPW流片。

AI仍是半导体换代和吸引资本的主要驱动力

随着一众创企不断涌入市场,整个半导体行业所需的资本投入也在随之增加,尤其是AI公司。根据统计数据表明,到了2025年,半导体行业的20%投资都与AI相关。而且我们从大厂动向上也能看出,英特尔、英伟达和高通这些半导体大厂※喜欢收购这类潜力巨大的AI创企。

半导体公司商业生产路线图 /  SambaNova

根据美国AI独角兽SambaNova公司提供的商业生产路线图我们可以看出,在客户进行PoC测试之前,这类AI创企几乎是没有任何营收的,全靠资本支撑,而且年度支出一直在攀升。即便在量产后,也需要一定时间才能创造利润,这还是在找到市场的乐观前提下。相关的AI创企主要是ToB的,如若商业化进程不理想,在没有收获客户的情况下,很快就会沉寂下去了。好在AI半导体产业虽然淘汰竞争强烈,人才吸纳能力也很强。

当然了,我们不能只看SambaNova给出的图来规划半导体公司发展,SambaNova不担心资本不仅仅是因为来自软银、英特尔和谷歌的巨额投资,也是因为背靠美国国防高级研究计划局(DARPA)和美国国家实验室的合作,再加上SambaNova是从斯坦福大学起家的,其他半导体创企恐怕难以模仿其发展路线了,只能尽力争取做到稳固的资本支撑和可持续的盈利能力。

结语

从美国半导体产业的政策方向和业内见解中,我们也能在我国半导体产业的发展上收获一些启发。要说我国(大陆+台湾)在半导体产业上的占比,大部分还是在制造端,尤其是封装和测试,其次是材料和晶圆制造,至于制造设备上的占比几乎可以忽略不计。固然国内涌现了不少杰出的Fabless厂商,也带出了不少创新芯片设计,但看向IP、逻辑、存储和EDA方面,在全球市场的占比还是太少了。

半导体供应链占比 / ESDA

在人才培养上也是如此,美国公司已经开始了设计工程师人才扩招,卓越大学也推出了持续2年的半导体相关硕士学位的资助计划,也与政府一道公开或私下资助其中的卓越人才。针对在美受教育人才外流回中国的趋势,他们也开始提供工作凭证和VISA来留住这一部分技术群体。在这场抢人战役中,中国只靠拉锯战是很难赢的,本土人才的培养还是得先支棱起来。


(周凯扬 电子发烧友网 )

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