「芯视野」海思之后，5nm谁来扛旗？

海思被禁之后，华为芯片及相关业务可谓全面受阻。一方面是华为思变，一系列新的战略布局密集出台，寻求多路并举的自救之道。另一方面是国内设计业也在多个赛道上挥师并进，尤其是这近两年间，国内设计芯片企业融资屡创新高、新品发布此起彼伏，端的是一派繁荣。

在经过时间的锤炼之后，一个值得业界审视和复盘的问题亦浮出水面，在华为海思之后留下的“真空”地带特别是在先进工艺设计层面，国内有哪些厂商能有实力“补位”？是否真的能如海思那般攻城略地？谁最有希望扛起5nm先进设计的大旗？

先进设计走到哪一步？

业界都知道，长久以来，华为海思的自研芯片并不是一个完全封闭的生态，可分为“大海思” 和“小海思”。而大海思涉及手机处理器芯片麒麟、基带芯片巴龙、5G基站芯片天罡、AI 芯片昇腾、服务器芯片鲲鹏等，采用均是业界最先进的工艺，无论是性能、市场都表现出强劲的实力。

麒麟芯片成就了华为强大的Mat和P系列，代表了国产智能手机SoC设计的巅峰，但令人扼腕的是，由于受到美国多轮打压，5nm的麒麟9000已成为先进工艺上的绝唱。

除了制程之外，芯片设计还需要在架构、IP、算法等方面进行创新和整合，而工艺越先进，则意味着整个芯片设计难度也会呈指数级上升。而且，先进制程芯片的设计成本大幅增加。IBS数据显示，设计一颗28nm芯片成本约为5000万美元，而7nm芯片需要3亿美元，5nm则需要5.42亿美元。

资深半导体行业人士陶明指出，大陆的先进工艺设计（16nm及以下）集中于AI芯片（包含云端及智能驾驶芯片）、交换机芯片、CPU/GPU/DPU、矿机ASIC领域，这些领域各有一些头部企业走在前列，但鲜有企业能够进入到个位数先进制程。

若以麒麟的5nm工艺来对标，除了矿机ASIC中的比特大陆推出了基于最先进的5nm的矿机芯片，平头哥发布了自研5nm服务器芯片倚天710，中兴通讯的7nm芯片已实现商用正在研发5nm芯片之外，其他领域快的如有些国内自动驾驶芯片公司要量产7nm智能座舱芯片，互联网巨头的一些AI芯片在向5nm迈进，CPU/GPU/DPU领域大多企业还只是规划向5nm迈进，大多数节点还在16nm或10nm之上，真正实现5nm芯片量产的着实寥寥。

即便对于大陆一些面向消费电子领域的老牌芯片设计厂商来说，最快的可能也涉及6/8nm之间。

“仅从台积电来看，先进工艺代工板块Mobile和HPC就基本占据了80%左右，而国内的一些老牌厂商是归类于Consumer的，占比不高，而且工艺还没有到5nm。即使能行，但对大陆先进设计水平的提升贡献并不大，不能代表真正的先进工艺。”陶明指出。

挑战重重

无疑，国内IC设计业整体向5nm挺进尚存“距离”，这背后折射出深藏于国内设计业的重重挑战。

众所周知，芯片设计包含IC前端设计（逻辑设计）和后端设计（物理设计），前端设计根据芯片规格书完成SoC的设计和集成, 使用仿真验证工具完成SoC的设计验证，包含RTL编程和仿真、IC系统设计、验证、综合、STA、逻辑等。而后端设计是将前端设计产生的门级网表通过EDA设计工具进行布局布线和物理验证，以生成可以送交foundry进行流片的GDS2文件为终点，涉及数字电路综合、自动布局布线、时钟分析、时序修正、电源分析、信号完整性分析、物理验证、代工厂tapeout等工作，相对前端更加复杂，需要拼人头、经验和实力。

先进工艺芯片设计是一个极其复杂的系统工程，芯片越是复杂越需要EDA，但国内EDA缺少全流程的解决方案、对先进工艺的支持不力等制约，如果设计厂商在所谓的禁运名单之上，那意味着难以得到国外先进EDA工具的支撑，导致先进工艺研发难以推进。

对于在先进工艺试水的某些国内公司来说，还存在一种“现象”，即借助设计服务公司如日本索喜、GUC、Farady等做后端设计。

在陶明看来，这反映了国内设计厂商在先进工艺设计后端设计能力不足、对Foundry掌控能力缺失的问题，即便能将成形的后端设计版图拿去台积电流片，但台积电有可能会拒绝。

但国内一家知名投资机构负责人徐亮在接受集微网采访时认为，因为先进工艺设计的投资巨大，设计公司往往为保险起见还是希望将后端等和工艺相关的设计流程外包给对工艺更熟悉、且有此工艺经验的设计服务公司，来降低风险加快设计进度。而且，每个新工艺后端设计需要对新的工具流程、设计分析以及工艺特性和特殊要求有经验，从而为客户在一定面积、功耗要求下设计出性能安全的芯片。

对于这种求“外援”的做法会否影响国内在先进工艺设计水平的提升，徐亮表示，企业总是会找到最优路径去发展，所以会催生水平高一些的设计服务公司，当然如果在台积电、联电流片，设计公司也会更信任其关联的台湾设计服务公司如GUC、Farady等。

对此一家国内GPU厂商人士楚智也直言，5nm设计不止是经验问题，还要考虑资本投入、市场需求等，大陆前十的设计公司在前端设计方面基本没有太大问题，后端设计因要考虑与代工厂建立一定的联系，找一些代工厂的设计服务公司来推进产能也是可取的。

但陶明认为，这归根结底还是实力问题。一方面国内先进工艺设计公司要提升后端设计能力，另一方面也要在IP层面下工夫，从而能像海思一样自主设计一些关键IP。此外，在热火朝天的资本助力之下，设计公司需要一个所谓的“成果”来吸引更多的融资，并快速地为站台的投资“金主”兑现芯片的落地，不得不以“时间”换“空间”。

还要指出的是，由于大陆代工厂在先进制程工艺产线研发受阻，目前大陆先进工艺的代工只能寻求台积电、三星，基于对产能分配、技术实力、资金能力以及地缘政治等的考量，有些厂商可能此路难通。一位业内人士也提到，基本上台积电承接的订单都来自大客户，包括苹果、英伟达、AMD、联发科等，小客户的单很难排到台积电的产能，或可能数十亿元的订单才有可能。

但其实，目前的主要“矛盾”仍是大陆设计厂商在先进工艺的能力和产能需求还未全面“释放”。

哪款芯片先进设计最难？

尽管比特大陆等打了5nm的头阵，但也要看到的是，AI芯片、交换机芯片、CPU/GPU/DPU以及矿机ASIC等，进行5nm设计与量产的难度是不可同日而语的。

陶明指出，从难易程度来看，矿机ASIC领域相对结构较简单，国内厂商大都可自主设计，基本不用外包或只外包很少一部分设计工作。

在AI芯片中，陶明认为，自动驾驶芯片主要考验算力、算法，并要在可靠性、稳定性方面通过汽车业的认证与测试，相对来说难度不是太高。涉及数据中心或云端AI芯片，强调架构和算力，对先进工艺和先进封装方面也有较高要求，国内一些互联网巨头因有资金实力以及应用需求，加上一些实力派如AI四小龙以及兴起的初创企业，在这方面也应能打出一片天地。

而在国家大力扶持的国产CPU领域，众所周知的是由于信创、自主可控等的推动以及多年的积累，诸如龙芯、兆芯、海光、飞腾等设计实力较高，发展也较快。

GPU则要分两大类。陶明分析说，有一类是传统GPU，国内厂商如景嘉微等实力在不断提升，但面临的英伟达、AMD等对手实力太强了。尽管信创赛道提供了一些机会，但相对也比较敏感。还有一类是国内火热的GPGPU，即通用图形处理器或通用GPU，与传统的GPU不同的是相对通用计算单元更多，图形渲染功能相对较少，或与矿机ASIC芯片区别不大，难度不是太高。

相对最难的则属交换机芯片和DPU。

“交换机芯片难度很高，需要对网络有深刻的理解，而且外包设计服务这条路走不通，因思科、博通、Marvell等厂商在这一领域实力强大，他们虽然有设计服务公司，但不会竞争对手培养。这一产品是真正货真价实拼实力的，需要时间的沉淀和经验的积累，基本是初创公司不敢碰的赛道，资本也很少投资这一领域。”陶明解读说。

陶明进一步提到，最近国内火热的DPU赛道，也是一条艰难的路。“DPU更偏向于智能网卡这类网络型的，比拼的是综合实力，需要懂网络、协议、存储、安全、云计算等，如何将接口IP调好、如何与客户的协议配合好、如何将软件适配好、如何持续迭代优化等都是巨大的挑战，如果没有这方面的深厚积累以及与数据中心巨头的绑定，一些初创DPU厂商有可能三五年后就被拍在沙滩上了。”他如此直言道。

谁将扛起先进设计的大旗？

了解到不同芯片不同先进工艺设计的难度之后，还是要回到最初的问题，未来谁将在5nm及以下先进工艺成就“海思”式的荣光？

就像这名话所言：我们很幸运，有一个华为，但是不幸的是，只有一个华为。当芯战已成为国运之战之际，我们需要有更多的华为海思式的公司，擎起大陆先进工艺设计实力的旗帜。

要知道，海思的成功亦是积数年之功。陶明提及，海思在早期也是走设计服务外包ASIC道路，但后来逐渐转向CoT（Customer-owned Tooling）。这也意味着拥有了这些Tool以后，从前端到后端所有设计都可自主搞定。而海思从ASIC往CoT方向过渡了很多年，投入了无数真金白银，可谓是万里长征一步一个坑趟过来的，所以最终才能全面开挂，也为国内先进设计业发展做出了不可磨灭的贡献。

陶明谨慎地表态说，在先进工艺上国内可能中兴微、平头哥以及一些相对成熟的CPU、GPU和矿机ASIC、AI芯片厂商可自主实现CoT模式，要达到海思那样全覆盖、全能型选手，还需要较长的一段时间。

投资机构代表徐亮则相对乐观地表示，国内老牌主流的SoC设计公司如展锐、Amlogic、瑞芯微等，有能力或潜力向先进工艺冲刺，同时国内也成立了很多新的CPU、GPU、AI等设计公司，也需要用到先进工艺，他们也有胜出的机会。

作为国内GPU阵营的一员，楚智也认为，基本大陆前十的设计公司已积累了相当的实力，一些新兴的赛道也涌现了一批有实力的初创企业，看好他们未来在先进工艺开发的表现。

如果说造芯是场不容失败的“攻坚战”，那么先进工艺设计开发必然是我们要攻克的桥头堡，需要在EDA、IP、设计服务、代工、先进封装等领域的齐头并进，需要遵循产业规律、有板凳要坐十年冷的持久战准备，这条路必然没有捷径。

（注：应受访人要求，文中陶明、楚智、徐亮均为化名）

（校对/李延）