魏少军院士：破解半导体微缩技术瓶颈的两大路径( 二 ) ·“中国集成电路产品的发展有

“设计公司的产品需要找工厂加工，但之前都是一些非专业的加工，碰到了很多麻烦，产品有了问题后两者会扯皮，到底是制造的问题，还是设计的问题。台积电出台的标准化让所有设计公司有章可循，只要按照它的标准来做设计保证能成功，不成功就赔钱。 ”
由于晶圆制造成本快速飙升，而Fabless资产轻、初始投资规模小、对市场需求反应快速、转型相对灵活等特点使得其备受青睐。到1990年前后，高通、英伟达、联发科等大量Fabless公司成立， Fabless迅速崛起。数据显示， 1994年-2010年，集成电路设计业处于井喷期，收入的年均复合增长率达21.66% ，同期IDM（集芯片设计、制造、封测等多个环节于一体）的年均复合增长率为4.7% 。 2010年-2021年，集成电路设计业收入的年均复合增长率降至10% ，但仍高于同期IDM的4.5% 。 2010后， Fabless进入稳定发展期， 2021年占比升至31.6% 。
魏少军表示，这表明设计+代工的商业模式展示了非常强的生命力。对于代工厂而言，设计公司生产订单的填充使得代工厂具备规模效应，摊薄单位成本，进而能获取更多设计公司的生产订单。对于设计公司而言，代工厂的生产成本降低，也就降低了设计公司的进入门槛，进而催生了更多设计公司。
中国芯片设计业已具可观规模
就中国而言，近年来芯片设计业的发展之快有目共睹。据介绍， 2021年，中国芯片设计企业已超2800家，全行业销售预计为4586.9亿元，同比增长20.1% 。 2021年中国已有400余家设计企业年销售额超过1亿元，两三家企业超过100亿元，相当一批企业超过了10亿元。
从集成电路设计的区域销售情况来看，长江三角洲地区占据半壁江山，京津环渤海地区、珠江三角洲地区紧随其后；去年所有销售规模进入前10的城市设计业销售增速都超过了60% ，其中增速最高的城市是济南，增速达到了193.9% 。
从2021年的发展来看，消费类电子占到较大分量，通信占比略微下降。但通信在集成电路发展中一直占有非常重要的历史地位，魏少军认为随着关键技术突破以后，中国在通信、计算机电子方面的发展指日可待。
“中国集成电路产品的发展有自身特点，以中低端为主，高端产品不是太多，但也不是没有。 ”在魏少军看来，我们已经有了相当可观的产业规模，也有了完整的产品体系，下一步的发展是从追赶到并行，并在部分领域逐渐实现领跑。
魏少军表示，集成电路设计的最终目标是集成电路产品，与用户的关系非常紧密，因此要紧紧与客户联系，理解他们的应用，了解他们的需求，以创新为动力驱动发展， “中国的应用如果要走到世界前列，芯片设计人员必须站在时代潮头，勇当弄潮儿，才能引领产品发展。 ”
集成电路设计业的挑战与破题
经过多年发展，集成电路设计业当下有哪些新的发展趋势，又面临哪些挑战？
魏少军介绍，在尺寸微缩技术下，单个芯片上可以集成的晶体管数量是天文数字，比如5纳米工艺下，一个平方毫米上可以集成大约1.1支晶体管，系统复杂度极其高。
但一方面，集成电路集成度在不断提升，应用领域在拓展；另一方面，今天的半导体微缩技术已经逼近物理极限，未来必然会受到限制。此外，芯片设计还面临速度、功耗、灵活性、软硬件协调配合应用的困境。
除了新器件、新材料、新工艺持续往前发展，魏少军认为，未来集成电路发展有两条新路径：一是芯片架构的创新，另一条路是采用微纳系统集成的方式使得产品能够异军突起。