美国半导体业界眼中的挑战与机遇

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，美国最大的优势还是创新，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，也纷纷用上了最新的工艺。
 

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，如此以来在我们的眼中，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最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优秀的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，顶尖大学也推出了持续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顶尖人才。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。