IC设计服务产业蔚然成风 这家初创企业凭何获大厂青睐?

2003年,正在0.13微米制程与联电激战正酣的台积电做了一个决定,即投资成立刚满5年的IC设计服务公司——创意电子(GUC),成为后者单一最大股东。在之后的近二十年时间里,GUC逐渐成为设计厂向台积电投片的最快捷方式,并在设计产业东风之下迎来高速发展。

GUC的成功是半导体分工时代的一个缩影。台积电的诞生分割了设计和制造两大环节,鼓励了更多初创企业进入行业,却也带来了问题——一颗芯片从设计到代工厂流片,缺乏一个充当桥梁的专业团队,以协助缺乏经验的设计公司降低流片成本,加快产品上市。

事实上,当年与台积电在制程技术上尚且能够并驾齐驱的联电,早在1993年就已敏锐察觉到这一环节存在的必要性,在1995年正式转型成为纯晶圆代工厂前,分拆了其IP和NRE部门成立智原科技,后者同样已成为设计厂向联电投片的最重要也是最为快捷的路径之一。

随着半导体产业链向中国大陆转移,同时愈发紧张的地缘政治因素驱动从IC设计到制造的供应链本土化,这一受到代工巨头重视的环节,也逐渐成为自主替代的核心助力,受到瞩目。

在此背景之下,一批中国大陆IC设计服务公司正在崛起,他们来自于头部设计厂、代工厂,具备丰富的设计、流片经验,已成为推动本土IC设计发展的重要力量,垣芯半导体正是其中的一员。

垣芯半导体创始人 曾艳飞

中兴事件成为创业契机 先进工艺优势凸显引中芯橄榄枝

2018年,是中国大陆半导体产业转折性的一年,正在格芯进行5G通信芯片流片关键阶段的中兴通讯,受到美国商务部制裁,直到最终支付了高达14亿美元的赔款,才避免了产品的流产。垣芯半导体创始人、同样也是当年格芯这一项目Leader的曾艳飞,对此记忆犹新。

毕业于国防科技大学计算机学院微电子专业硕士的曾艳飞,在格芯之前,曾就职于ALCHIP、AMD等国际大厂,担任芯片设计工程师、项目经理、技术Leader,拥有30颗以上的芯片流片经验。对后端设计的深入理解,让曾艳飞在中兴事件中意识到,国产替代大势所趋。

2018-2019年,曾艳飞联合ALCHIP、华为海思资深ASIC设计师成立垣芯半导体,提供从RTL到GDSII的先进工艺大型高端芯片的定制和流片业务,包括IP选型、DFT、验证、物理实现、模拟板图设计等,与国内外各大代工厂、封测厂都有合作关系,一站式提供NRE设计、流片、封测等业务。

凭借团队深厚的技术积累以及业内口碑,垣芯很快接到了第一笔订单,即一款16nm制程的AI芯片,并在3个月内完成了MPW的NRE设计,流片4个月后成功点亮(即一次性流片成功),随后在2020年2月、7月先后点亮12nm、7nm制程AI芯片,14个月间接连点亮三颗先进制程芯片,让垣芯很快收到了业内的瞩目。

AI芯片为代表的先进工艺,正是垣芯区别于同赛道其他厂商的核心竞争力所在,尤其是在中国大陆,在先进工艺流片方面经验较少,而垣芯的核心技术团队成员均来自于AMD、ALCHIP、华为海思、格芯等国际大厂,并在重要项目中担任过要职,使得垣芯在先进制程设计服务建立了护城河,这成功吸引了中国大陆在先进工艺上走得最远的中芯国际。

2020年10月,成立仅17个月的垣芯,接到了中芯国际的橄榄枝,双方决定共同合作先进工艺。据曾艳飞介绍,在接触后的两个月,中芯国际即给公司开设账号开始合作,而与其有这种合作关系的企业目前或不超过10家。

曾艳飞表示,与中芯国际的合作实际上是互利共赢的。一方面,基于双方的合作关系,选择垣芯做设计服务的设计厂在中芯国际流片将获得更好的排期,进而会有更多的客户通过垣芯流向中芯国际;另一方面,选择中芯国际做流片的设计厂也更可能选择垣芯做设计服务。

尽管如此,作为IC设计服务赛道的新入场者,垣芯所面对的挑战者众多。除了前文已经提到的GUC、ALCHIP,还有美国博通,中国大陆的竞争格局较为分散,短期内仍将呈现鱼龙混杂的态势,目前有Brite以及由其他环节横向拓展IC设计服务业务的公司。

曾艳飞认为,与这些公司相比,公司主要有几大优势:一是相对于GUC、Brite等与代工厂联系紧密的专业设计服务公司,垣芯在为设计公司选择流片代工厂时更加自由,既可以与台积电、台联电等合作,也可以与中芯国际合作;二是相较于跨行的竞争对手,公司尤其在先进工艺的技术、口碑积累更加深厚。

也正是在这些优势之下,公司成立以来每年营收都能保持50%以上增长,2021年营收更是在2020年的基础上翻了4倍。曾艳飞坦言,在全球缺芯以及供应链本土化的趋势之下,中国大陆近年来流片项目众多,人才短缺的情况下,公司甚至不需要市场部寻找业务,“不是我们去找客户,而是客户来找我们。”

垣芯半导体 荣誉墙

IC设计服务站上风口浪尖“黑天鹅”、技术新趋势带来增量

“被项目、客户追着跑”,是IC设计服务产业站上风口的写照。根据市调机构IBS预测,到2030年,全球半导体市场规模将从2020年4,398亿美元增长至11,304亿美元,中国大陆市场的占比将从2020年的53.67%扩大至2030年的0.01%,IC设计作为目前与国外差距最小的环节,其市场前景可见一斑。

根据ICCAD日前发布的最新数据,2021年中国IC设计全行业销售额预计达4586.9亿元,较2020年增长20.1%,从企业规模来看,人数在1000人以上的企业个数为32家,较去年仅增加3家,与此相对的是,人数小于100人的小微企业个数达到2351家,较上一年增加489家。

小微企业的崛起,正是IC设计服务产业的重要增长引擎。根据估算,目前后端设计服务成本约占研发成本的40%。就中国大陆来说,大批初创公司涌现,高端项目遍地,却苦于缺乏经验以及资金支持难以流片。“很多设计公司一年只出一个产品,团队只有架构工程师,养不起一个后端设计团队。”

与此同时,当半导体产业不断向先进制程推进,芯片的流片成本一再叠高。据介绍,一颗12/14nm芯片,流片费用要将近400万美元,而7/8nm制程的则要将近1000万美金;同时,随着全球代工厂缺货涨价,流片成本进一步提高,选择可靠的设计服务供应商以提高流片成功率成为重中之重。

从行业竞争角度来看,更高的流片成功率意味着设计厂能够更快地进行产品的迭代。在当前应用层出不穷、产品迭代周期一再缩短的行业背景之下,这将为设计厂在竞争中带来更大的优势,与之相反的是,如果设计厂选择的设计服务公司经验、技术储备不足,损失的不仅是资金还有时间成本。

另一方面,从商业模式来看,IC设计服务也是一笔长期的生意。据曾艳飞介绍,客户往往在第一代产品成功流片后,为了保持技术的一致性,其第二代、第三代产品的流片和设计服务供应商的选择也会趋于相同,另外,在一款芯片流片成功后,设计厂每次向代工厂下单,都会向相应的设计服务商缴纳服务费。

行业趋势之下,疫情和缺芯两大“黑天鹅”,又意外给IC设计服务产业带来了变数。从需求角度来说,疫情增加了居家办公、在线教育等需求,消费类芯片以及数据中心芯片需求量的攀升给设计服务公司带来了更多的业务;另一方面,由于设计服务可以完全线上实现,因此在项目进度和交付上几乎没有影响。

而从缺芯的角度讲,对于垣芯等以先进工艺为主打的设计服务公司来说,影响也相对更小一些。由于目前的缺芯主要发生在成熟制程,而在中国大陆本身对先进工艺量产的产能需求并没有成熟工艺那么大,加上垣芯与中芯国际等大厂拥有良好的合作关系,在流片排期上也有一定的优势。

除了行业特性以及意外事件以外,设计行业的技术趋势也正在给设计服务产业带来新的增量,其中Chiplet以及RISC-V架构的崛起最受瞩目。对于前者,曾艳飞认为仍需等待技术突破和市场真正成熟的契机,而对于后者,其则表示,将会是未来中国大陆赶超海外的重要途径。

曾艳飞认为,相比起10年前,最近几年的处理器性能提升实际上并不高,从工艺角度来说,硅芯片已经几乎走到极限了,而新型材料的第三代半导体还在试验量产中,无法达到真正的量产。当芯片工艺走到极限,也就意味着接下来只能从架构上进行改进。

有人预言,在未来的5年左右,顶级处理器的性能提升会陷入停滞,此时就是国产芯片追赶的最好机会了。曾艳飞说,“我们可以率先在新的架构,如RISI-V上深入研究,也可能率先进入下一个阶段,比如碳基芯片等,那么在未来弯道超车也不是不可能的。”

欲借RISC-V MCU切入IC设计赛道 推动国产替代初心不变

2020年起,半导体行业掀起一波并购热潮,同时在缺芯、地缘政治紧张的情况下,供应链安全正在成为产业链各环节公司的重压考量,不少大厂开始向产业链上下游进行整合。曾艳飞认为,当下来看,未来几年,产业链整合趋势将大于分工趋势。或许正是基于这种判断,垣芯也正在向上游拓展业务。

据曾艳飞介绍,垣芯计划从IC设计服务向IC设计与服务并存的业务模式转型,目前已着手产品的研发,目标是在2023年或以后推出首款基于RISC-V架构、面向消费端的MCU。其坦言,这一类产品开发周期短,需要的资金投入小,更加适合体量较小的初创企业作为行业的“敲门砖”。

对于垣芯来说,深厚的技术积累能够帮助其在横向对比同类产品的基础上,研发出综合性能更好、性价比更高的产品,而流片经验上的先天优势,不仅能够使得垣芯能够免去在后段设计环节上的成本投入,并且基于其与代工厂的合作关系,其产品在流片周期上也会具备一定优势。

另外,同样也是基于设计服务业务的优势,和其他初创IC设计公司相比,垣芯拥有天然的资金源泉。据曾艳飞透露,垣芯成立至今尚未进行过融资,并非没有投资方前来洽谈,但是由于公司暂时不缺资金所以作罢;虽然切入IC设计赛道后,融资在所难免,但设计服务业务也将起到保驾护航的作用。

另一方面,在IC设计业务上的延伸,还将反过来带动设计服务业务的增量。曾艳飞举例说明,如果一家设计服务公司本身就有RISC-V芯片的设计流片经验,那么对于设计厂来说,选择这样的设计服务公司会更加放心,提高了流片成功率,且在合作的同时能够借鉴后者的技术,达到共赢。

在曾艳飞的规划里,IC设计和设计服务业务今后很难说哪一项会占据更大的比重,今后随着业务的发展、融资进程的加速以及商业模式的改变,还会有很多变数。但从本质上看,垣芯将一直保持“共造垣芯态,勇创中国芯”的初心,为中国半导体国产化贡献自己的一份力量!

在此愿景之下,曾艳飞对公司的规划也是全方面的,对于目前产业面临的问题,其也有独特的思考。例如在目前行业人才紧缺的问题上,曾艳飞就表示,与部分大厂大抢高端人才不同,垣芯愿意向各种学历背景的人才抛出橄榄枝,并且也更加注重企业自身对人才的培养能力。

在缺芯问题上,曾艳飞则认为,全球芯片危机短时间内很难缓解,虽然局部一些领域出现了缓解,但是在工业、汽车领域依旧紧缺严重,这同时也是国产化的一个机会。垣芯方面,已经跟国内外半导体上下游企业保持了良好的合作关系,可以最大限度的保证产能的稳定性。

此外,为了获得更好的发展环境,垣芯从原先的注册地迁址张江,而作为895创业营的一员,曾艳飞坦言,张江高科的环境和895创造营的平台对公司这一类的初创公司带来了非常大的帮助,过去的一年里,垣芯多次参加平台组织的活动,近期还获得了2021年895创业营“芯力量奖杯”。

曾艳飞表示,通过平台组织的上交所活动,公司深入学习了上市的基本要求和流程,2021年还参加了湘商第八届创新创业大赛,并拿到了一等奖的好成绩,在良好的创业氛围之下,受益良多!


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