国产芯片开发为什么这么难？2023 中国芯片开发者调查报告发布 ...

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作者 | 屠敏
出品 | CSDN（ID：CSDNnews）
造芯难，随着各产业的发展，研发不同场景下的芯片更难。
不久前，OPPO 芯片设计子公司哲库关停，两名高管在最后一次会议上几度哽咽，宣布因为全球经济和手机行业不乐观，公司的营收远远达不到预期，芯片的巨大投资让公司无法负担，最终 3000 多人原地解散。这一消息迅速席卷全网，也给半导体行业带来一抹悲凉的色彩。
' X- J9 h4 ?0 ~事实上，近几年来，随着国际竞争环境的演变，以及半导体行业的长周期性，芯片行业面临着多维度的挑战。日前，CSDN 从开发者、工程师维度进行了深度的调研，最新发布了《2023 中国芯片开发者调查报告》，分享开发者认知中的芯片行业现状，揭晓国产芯片研发的重点难题，希望借此能够为半导体行业的从业者、企业、学术研究带来一些思考。



芯片人才缺失严重，软硬协调能力培养需重视
一直以来，芯片从设计到制造从未有过坦途。这背后需要大量的知识积累和开发经验，但在国内这方面的人才储备仍然相对较少，这使得芯片研究和开发的进程受到了限制。
; J+ ^' U  m6 ]3 z) x! f数据显示，开发者对芯片的了解程度存在较大差异。仅有 6% 的开发者能够深入理解技术，较深入应用。多数处于了解概念阶段，占比近五成。
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开发者对芯片的了解情况
究其背后，要开发芯片，相关从业者需要掌握一系列技术，包括但不限于：
+ Z7 X1 x. d% J- V3 X逻辑设计：了解数字电路设计和逻辑门电路。你需要熟悉硬件描述语言（HDL）如 Verilog、VHDL，以及逻辑设计工具 EDA（Electronic Design Automation）等。
1 f$ \/ f0 l* P# M% ~3 s+ z物理设计：涉及芯片的物理布局和布线。
+ z3 t+ C  ^3 S2 C9 z' o模拟设计：熟悉模拟电路设计和模拟集成电路（IC）设计技术。这包括了解模拟电路元件、电路模拟工具如 SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis），以及模拟电路布局和布线。
1 M- f: ]6 s4 B" ~' E射频（RF）设计：了解射频电路设计和射频传输原理。这涉及高频电路、微波电路、天线设计等。
" \6 Z+ Z+ C- B' o# b6 S数字信号处理（DSP）：了解数字信号处理理论和技术，用于设计处理音频、图像、视频等数字信号的芯片。
时钟和时序设计：掌握时钟电路设计和时序分析，以确保芯片内各个模块的时序一致性和正确性。
混合信号设计：熟悉模拟和数字电路的集成设计，以便开发混合信号芯片，如数据转换器（ADC 和 DAC）或传感器接口。
9 h! x  U, o  r半导体工艺技术：了解半导体制造工艺和工艺流程，包括光刻、薄膜沉积、离子注入、蚀刻等。这对于了解芯片制造过程和对芯片性能的影响非常重要。
芯片验证：了解芯片验证技术，包括功能验证、时序验证、功耗验证和物理验证。这包括使用仿真工具、验证语言（如 SystemVerilog）和硬件验证语言（如 UVM）。
芯片封装和测试：了解芯片封装和测试技术，包括封装类型选择、引脚布局、封装材料和测试方法。
0 f% J7 Z4 O; w5 h以上只是芯片开发中的一些关键技术，也属于冰山一角。因此，芯片开发人员需要不断学习来提高自身的技术水平和竞争力。数据显示，芯片相关从业者有超过半数的人，每天至少学习 1 小时以上。
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开发者在芯片开发技术上学习时长
$ m8 k: j7 \" T" o对于芯片开发这个复杂的任务，随着物联网、5G 网络、人工智能等领域的快速发展，对高性能芯片的需求越来越大，而这种需求又远远超过了现有的芯片工程师数量。55.98% 的开发者表示，他们团队当前最急需的是芯片架构工程师。其次是集成电路 IC 设计 / 应用工程师、半导体技术工程师。

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行业急缺的芯片工程师
对此，中国科学院计算技术研究所副所长包云岗点评道，芯片设计人才严重短缺，软硬件协同能力培养需重视。在调研的开发者中，只有 6% 的开发者能够深入理解芯片技术，也就是芯片设计人员仅占软件开发人员的 1/16 左右（6% vs. 94%）。用软件行业来对比，2021 年软件相关产品营业额约为 36000 亿（软件产品收入 26583 亿元 + 嵌入式系统软件收入 9376 亿元），芯片设计行业产值约为软件开发行业产值的 1/7。这些统计数据口径并不一致，但也一定程度上能反映出芯片设计人员的严重短缺。
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小团队作战，AI 成为芯片应用的重要场景之一
2 o. F& K: @! ~5 c! Q$ J1 D放眼当前国内芯片市场入局的公司规模，呈现出一定的分散趋势。40.42% 的公司人数小于 10 人，这些公司可能是由独立的芯片设计师或者小团队组成，可能主要专注于某个细分领域的应用开发。
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; n! a$ d! V" N# C芯片公司的开发人员规模
1 ~+ B: z9 p2 r# `数据显示，当前的芯片公司的芯片主要服务于物联网以及通信系统及设备。其中，物联网占比最大且远高于其他产品 / 服务，占比 31.07%，其次为通信系统及设备，占比 20.63%。



芯片公司提供的产品 / 服务领域
* p4 u2 E0 e9 P* B人工智能蓬勃发展，越来越多的专用芯片设计用于人工智能领域，它们的特点是针对特定的计算任务进行了高度优化。数据显示，在国内的芯片公司中，有 38.46% 的芯片是搭载人工智能技术的，能为人工智能应用提供更加高效的计算能力。
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: c5 R: @, i5 H芯片搭载人工智能技术的比例
; h+ N( X* p$ q6 V0 wC/C++ 和 Verilog 是开发者最为常用的编程语言
& ?) Q# E$ {# h) T+ _- @在芯片开发工具层面，芯片开发人员在开发语言的选择上多样性较高，其中最常用的两种语言分别是 C/C++ 和 Verilog。C/C++ 是一种常见的通用程序设计语言，可用于高级的应用程序和底层系统编程，数据显示，近五成的开发者在使用它们进行编写代码；而 Verilog 则是一种硬件描述语言，主要用于数字电路的建模和仿真，使用的开发者占比 12.94%。


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芯片开发中常用的开发语言
芯片开发中使用的 EDA 工具多种多样，且芯片开发人员常用的 EDA 工具呈现出多样性和分散性。
+ u* B' j6 ]' b% p. w. U; i数据显示，使用最广泛的工具是 Protel，占 26.11%；其次是 AlTIum Designer，占 18.10%；开发人员可以根据自己的需求、意愿和实践经验，选择最适合自己的工具来进行芯片设计、仿真和测试。

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开发者常用的 EDA 工具
5 y  |( ~4 O9 b) X! T国产芯片开发的挑战：设计、低功耗和专利
在现代技术中，芯片作为基础设施之一，芯片参数也是开发者们最为关注的话题。首先是算力，它衡量芯片处理速度的指标，67.06% 的开发者表示他们关心芯片算力参数；其次是功耗，它也是衡量芯片的重要指标之一，42.63% 的开发者也比较关心。
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开发者关心的芯片参数
/ k* J( s9 ~4 b+ [: ?$ N国产芯片在开发中面临很多挑战和难题，以下是一些主要的方面：
/ z+ ]8 o; n" j' @, A4 a设计能力：芯片设计是复杂而艰巨的工作，需要高超的技术和精湛的设计能力。39.91% 的开发者表示，当前以国内的设计能力，很难去降低芯片设计成本。其次便是低功耗设计，35.36% 的开发者表示要实现低功耗也非常困难。
  u% {0 D% K, X) C, U& ]6 f专利保护：芯片制造涉及到大量的专利技术，国内芯片开发中，需要进行专利规避。
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国产芯片开发过程中最难的问题
  G. x, E9 F* U* _在芯片设计上，开发者最担忧的是 EDA 设计工具，现代芯片的复杂度非常高，一个芯片可能包含数十亿个晶体管和数百万条线路，因此设计过程中需要更优秀的工具来帮助工程师处理如此巨大的设计空间。
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国产芯片设计过程中最难的问题
芯片制造与软件开发流程不同，不能像软件开发那进行小步快跑的迭代，整个制造过程的成本也比较高。
56.62% 的开发者认为在芯片制造中，容易出现产品应用市场与设想出现偏差，从而导致研发投入、生产成本等方面的浪费。其次是在芯片开发过程中，某些设计规格无法实现，半数的开发者都对此表示担心。


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芯片制造过程中的难点
一个好的芯片产品不仅需要硬件的卓越性能和稳定性，还需要配套完善的软件栈和周到的支持和服务。只有这样，才能真正赢得开发者和消费者的青睐和信赖。而这些软件栈中，开发者最关心的是芯片对操作系统的支持情况，其次是芯片的版本和兼容性。
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开发者对芯片软件栈感兴趣的内容
% l- q& h# ^# k) o7 O/ w$ [8 H) I包云岗认为，超过 41% 的开发者最关心的是芯片对操作系统的支持情况。由此可见，优秀的芯片设计人才不仅仅懂芯片架构，也需要懂操作系统等软件栈知识。然而，这类人才在国内更是稀缺，因为很多集成电路学院并不开设操作系统等软件课程。要解决人才急缺问题，当前人才培养理念与方案需要改变，需要更重视软硬件协同能力的培养。
/ B9 s8 E3 C$ Z& c% L. N- i开源芯片的未来
随着开源芯片技术的日益成熟，其市场份额也将逐渐增加，开源芯片平台如 RISC-V 等已经被广泛应用于各种应用场合。它作为一项新兴技术，其未来的发展前景非常广阔，76.77% 的开发者都看好开源芯片的发展，有望实现规模应用，将会在未来的几年中迎来爆发式增长。



开发者对开源芯片发展趋势的看法
整体而言，包云岗总结道，新兴领域芯片需求快速增长，开源芯片未来可期。
一方面，报告中显示当前芯片主要服务于物联网（31%）以及通信系统及设备（21%）。在调研的企业中，研发的芯片中有 38% 搭载人工智能技术，这也反映了当前人工智能领域的蓬勃发展。两项数据结合，可以大致反映出很多物联网场景也有人工智能需求。
另一方面，在被调研的芯片公司中，40% 的公司人数小于 10 人，26% 的公司人数为 10-100 人。结合 2022 年 12 月魏少军教授在 ICCAD 会上的关于中国芯片设计产业总体发展情况的报告数据显示，全国甚至有 2700 余家（占 84%）芯片设计公司人数不足 100。
  |/ m7 X* N) {9 L% U! G8 K总之，国内绝大多数芯片设计企业人员规模并不大，他们主要专注于某个细分领域的芯片开发。这些企业的存在是因为物联网等新兴领域带来的芯片碎片化需求，而以 RISC-V 为代表的开源芯片允许企业更方便地定制芯片，是应对碎片化需求的有效方式，也有助于实现企业非常关心的降低芯片设计成本的需求。
以上便是《2023 中国芯片开发者调查报告》的内容。之后我们将上线完整的电子版报告内容，覆盖开发者现状、开源、数据库、AIOT、操作系统、云计算、芯片七大维度，敬请期待。