ICCAD 2019 张竞扬：1/10资金、1/10时间、1/10团队，如何高效设计芯片？

在11月21日于南京举办的中国集成电路设计业2019年会（ICCAD 2019）高峰论坛上， 摩尔精英董事长兼CEO张竞扬发表了 “1/10资金、1/10时间、1/10团队，如何高效设计芯片？ ”的专题演讲。

今天我要跟大家分享的是一个梦想和一个现实，梦想就是怎么用1/10资金、1/10时间、1/10团队，高效设计出更好的芯片。现实是摩尔精英在向这个目标前进的道路上取得的一点小进展。

各方面的付出都砍到了1/10，还想有更好的产出？可能吗？可能我们的第一直觉是不行，但实际上，效率10倍提升的事在半导体行业过去发生过好几次。

1. “历史上两次成功的10倍效率提升案例：专业分工和晶圆代工”

在电子产业高度垂直整合的60年代，IBM为开发System-360，在3年多时间里投入了52.5亿美元，超过造出原子弹的曼哈顿计划。实力雄厚如IBM也差点被这个项目搞得资金链断裂，其他小厂家更是被完全挡在了电子产业的门外。

1958年，第一次10倍效率提升的革命开始，仙童TI发明集成电路，摩尔定律初现端倪，18个月性能翻倍的魔法给行业发展注入强大动力，新的产业节奏，专业分工造就了独立的半导体公司，以英特尔，德州仪器，美光为代表的IDM企业引领行业。创立一家芯片公司需要的资金在当时大概是5000万美金，因为所有的芯片公司基本都需要自己建晶圆生产工厂，自己去研发生产工艺，自己招生产工人，然后才能自己做设计，需要的时间，钱和人都非常的多，5000万美金是很大一笔钱，但是和之前几十亿美金相比，已经提升了很多效率。

1987年，第二次10倍的效率革命开始，由台积电和Arm共同开启，晶圆代工和IP授权模式的诞生，极大的提升了芯片设计公司的效率。因为有了台积电提供工艺制造，有了Arm提供IP，相当于一头一尾做了很多工作，特别是有台积电投资建工厂，芯片公司创业需要的资金一下子就降低了一个数量级，大概500万美金就够了，验证过的IP又降低了设计的风险，芯片公司增加到了大概一千多家，芯片产业的规模也从80年代不到1000亿美金成长到今天接近5000亿美金。Foundry和IP授权的出现，是偶然中的必然，从垂直整合到垂直分工，各环节越来越专业，大大降低了半导体产业的准入门槛。

把芯片公司需要的资金降低50万美金有没有可能？如果能做到这样，很多新的终端市场就能够被覆盖到，会大幅度提升各个行业运转效率，增加市场的规模，我认为这个目标是可能的，而且更大几率会在中国实现。

2.“摩尔定律速度放缓，芯片产业进入成熟期，仍有10倍以上增长”

创新的第一步是我们要愿意去改变，去创新，相信半导体仍然是值得我们奋斗终身的行业，之前也有一些朋友调侃的说“硅谷已无硅”“半导体是夕阳产业了”，实际上，集成电路经过60年的发展，2018年全球产值也只占全球GDP的0.6%左右。特别是中国的芯片行业产值年度复合增长率在25%左右，十倍于全球GDP的平均增长速度，未来还会保持高速增长。

我认为芯片行业才刚刚进入壮年，未来的20年，半导体仍将是全球科技进步的主要推动力。不管是全球的半导体产业，还是中国的半导体产业，都还有巨大的发展空间，今天我们在这个行业的人是幸福的。世界需要的更多的芯片，不管是品类，还是数量，都会大幅度增加，这一点相信大家都会认同。

过去的50多年，半导体产业一直按照摩尔定律，每18个月翻倍，大家习以为常，今天我们同样的钱可以买到40万倍的运算能力，但是到了2015年以后，发生了变化，现在性能翻倍，需要十年以上，每年只能增长大概3.5%，底层规则的变化，将倒逼产业格局的重构。

未来的芯片也许名字和外表没有变化，但是内在逻辑的变化会是巨大的，就如同当年“功能手机”和今天“智能手机”的巨大差别，虽然都叫手机，但已是不同物种。技术停滞是后进者追赶的机会，规则变化是新公司崛起的摇篮，摩尔定律的放缓停滞，为中国半导体产业带来了一个难得的机遇期。

3.“芯片是中国制造业的钉子，科技升级的关键 ”

对中国而言，芯片有着更为重要的地位。中国是全球的制造业大国，我们的制造业有个特点，叫两头在外，核心零部件在外，很大市场需求在外，一旦过重的关税加到中国身上，国内的制造业将会很快发生转移，25%的关税可以把你所有的成本优势，所有的效率优势全部抹平。

而一旦有20%的企业转移走，代表的什么？今天从事制造业的5亿人口里面会有1亿人很难就业，再加上他们的家庭，这个是一个非常可怕的未来，今天中国的高速发展，繁荣富强让一些国家不平衡，但是如果14亿中国人穷困潦倒，吃不饱饭，对世界意味着什么，可能更需要仔细想想。芯片是中国制造业科技升级的关键，也是能够把制造业钉在中国不流失的钉子。

目前我国芯片自给率非常低，十年内要让本土芯片产业取得近十倍的增长，一代人，必将走过千山万水。这既是所有中国半导体人的机会，也是其义不容辞的责任。不管一个新的城市想发展半导体产业，还是一个新的公司创业，都仍然有非常好的机会。

4.芯片需要从“标准产品”转变成“定制服务”

和过去相比，今天的芯片产业有3个显著的变化：

第一是低毛利，技术更新速度放缓，芯片行业的野蛮增长结束，当大部分人都会做7nm的时候，自然无法维持高毛利，技术的普及带来行业平均毛利率的下降，需要更高效的协作，提升生产效率才能维持今天的盈利水平。过去芯片行业大家习惯50%以上的毛利率，但在其他的大部分行业，50%的毛利就是暴利了。

第二是碎片化，市场在发生变化，过去芯片主要服务电脑和智能手机市场，特点是单品类，单款每年上亿出货，全球前十大公司垄断。今天物联网的需求表现出前所未有的多样性，单品的出货很小，聚沙成塔，才是一个大的市场。物联网芯片，特别是早期阶段，单款年出货可能只有几十上百万，终端市场碎片化，系统客户希望芯片可以做到“多，快，好，省”，芯片公司要如何应对？

第三是定制化，客户不会体谅摩尔定律放缓，消费者也不会降低对更多，更快，更好产品的需求，同等工艺条件下，要想变出花来，只能靠设计的优化，靠量身定制提升性能，市场需要的芯片不再是一个标准化的产品，规格不再由设计驱动，客户需要的是定制的芯片服务，规格定义更多是系统驱动，特定场景下的定制芯片才能满足性能要求；芯片需要跟终端应用紧密结合，站在欧美总部拍脑袋定产品，卖到全世界的时代已经过去了。

系统和定制芯片协同的好处，用华为手机举例，很多人感觉华为手机拍出来的照片特别好，原因是华为通过手机处理器对拍的照片进行了实时的处理，自动识别场景，自动PS美化，给了你一张更符合公众审美的照片。如果用标准芯片方案，传感器照回来的照片就直接显示，差距就非常的明显。华为并没有用更好的工艺，只是通过定制实现了差异化的体验，带来了销售和市场份额的大幅提升。

5.“制程工艺升级放缓，性能提升需要定制芯片设计”

在性能-灵活度的折中上，通用处理器享有最大的可编程性和灵活度，但同等功能性、能下，功耗最大; ASIC（Application Specific Integrated Circuit 专用集成电路）等于将使用场景固化，灵活度最小，但效率更优。

今天的大多数芯片，即使是许多所谓的ASIC，本质上仍然是多用途的。我们直接使用商业IP和晶圆代工厂的标准单元库，尝试在一款芯片中尽可能多地组合功能，通过一次流片覆盖更多市场。所有这些捷径，都以降低芯片性能为代价。

如果我们把ASIC设计推向单一化的极致（Domain Specific, Dedicated ASIC），结果令人震惊。以加密货币挖矿计算为例，Benchmark的结果，同样成本下的专用ASIC效率，可以达到CPU的数十万倍。这些设计者们采用全定制基本单元库，手工来优化布局布线，挑战晶圆代工厂DRC极限，用设计SRAM基本单元的方式设计整块芯片，进行了极致优化。

6.“设计成本快速攀升，芯片行业需要工业革命”

我们看到定制芯片设计的潜能是巨大的，今天之所以没有太多的定制化极致的芯片，原因在哪里? 研发成本！

过去，设计一款28纳米芯片的研发成本约为5000万美元，7纳米上涨到3亿美元，而预测3纳米将达到15亿美元之多。先进工艺的芯片研发成本不断攀升，已经很少有芯片产品，能够承受得起这么昂贵的前期投入了。

在过去的30年，全球半导体研发支出比例基本保持在14%左右，物联网需要更多品类的芯片，每颗芯片的研发成本又在不断上升，如果按照这个趋势继续下去，不做任何改变，芯片的研发费用可能就吃掉所有的利润。

如何在一个碎片化市场里面，高效的定制开发芯片，维持相对合理的毛利率，这是个价值巨大的问题。芯片行业需要再一次的工业革命10倍提升生产效率。

7.“芯片巨头并购整合，规模经济提升25%效率”

行业在行动，通过并购整合提升效率。2015年之后全球发生了90起以上并购，总金额超过2500亿美金。感谢Mentor董事长Wally的数据追踪，我们看到，整合后，平均的效率提升大概是25%左右，按照全球646亿美金的研发支出，25%的提升意味着160亿美金的额外利润，虽然达不到期望的10倍提升。我们先看看25%的提升是怎么发生的，或者说为什么小公司的研发效率比不上规模化企业。

第一，公司规模降低新项目研发首付款；

借助公司已有的IP和EDA环境，新项目的启动成本几乎为零，而初创公司早期采购IP和EDA可能要花掉100万美金，不管是股权还是债权融资，资金的年回报率期望至少是15%，巨大的财务压力，逼迫初创芯片公司只能选择全民有共识的大市场，比如人工智能，自动驾驶，图像识别，只有这样的市场才能得到投资人，母基金，供应商，员工的一致认可，才有更大机会拿到融资，全球最好的团队在一片巨大的红海厮杀，细分芯片市场迟迟无人问津，更麻烦的是，即使成功，公司上市，早期购买IP和EDA的100万美金，也许花掉你5%股权，代价不菲。

第二，公司规模降低产品研发失败风险；

今天的商业IP产值约36亿美金，占研发646亿美金的5.5%，大量IP需公司自己研发，规模化公司重复使用内部验证过的IP，一方面避免反复发明轮子，提升效率；另一方面也降低风险，初创公司难以找到，也难以负担全顶级团队设计芯片各个IP模块，被迫取舍，降低了芯片性能，提升失败的不确定型。

第三，历史上所有产品分担研发运营团队投入；

全球过去60年有3亿多历史芯片型号，在售活跃的型号大概4000万，他们都在帮规模公司分担研发运营成本，中国芯片公司大概占8000款左右，万分之二，平均每公司只有不到4个型号，研发成本无法充分摊销。如果7nm芯片开发需要3亿美金由100款7nm的芯片来分担，平均也就是300万美金一款，这是规模带来的成本结构优势。

8.中国的2000家“芯片公司”本质是“产品部门”，需要生态协调整合，提升效率竞争力

中国的情况如何呢？根据中半协统计，2018年中国芯片设计公司，208家超过1亿人民币营收，165家超过100人规模，占比不到10%。中国的2000家芯片公司（去掉前十大公司），加起来只有200多亿美金的营收，平均一家不到1000万美金，而国际上成熟芯片公司的体量大概是这些初创公司的一百倍，从产品线和营收体量的对比来看，差距是悬殊的。

为什么？因为国内近一半的芯片设计公司是近三年内成立的，团队规模较小，产品线相对单一，更像一个“产品部门”。这些芯片创业的科学家，更像一个大厨，有一身高超的技艺，但让大厨出来创业开餐馆，浪费了很多精力，也并不擅长。

芯片公司要完成设计，需要和产业链十几个环节的供应商打交道，谈判交易成本很高，初创公司没有经验，没有时间，也没有订单规模（成熟公司规模的1/100），来克服环节间的交易成本，这2000多家公司也不可能一夜之间整合成为一两家公司，和国外的规模化芯片对手方竞争，中国的“芯片产品部门”想要突围，迫切需要找到一种新的模式，来提升效率，提升竞争力。

9.从“公司内部协作”到“全行业生态协作”，摩尔创芯生态链打造Powered by MooreElite生态

这正是摩尔精英在努力探索的方向。经过多年的商业实践，领先的、规模化的大公司已经演化出一套高效的内部协作机制，用集团层面的后勤保障、供应链、设计实现能力，支持数百个研发部门，同时用统一的渠道和品牌来销售所有产品。每个研发部门都像特种部队，快速移动，共享资源，从整合的后台得到及时的支持，快速发展。这样的大公司可以支持几十到几百个部门，几千到几万人的高效协作。

摩尔精英希望通过生态链平台整合，共享IP资源，共享销售渠道，调用整合的芯片工程能力、供应链生产能力和公司运营后台资源，并用这样的体系去支持上千家公司、几十万人，实现各自的芯片研发和销售。从“公司内部协作”到“全行业生态协作”，帮助芯片创业团队专注在他们的核心设计上，把原来跟十个供应商打交道才能完成的芯片，在同一个生态平台上就能高效闭环，这就是我们理想中的 Powered by MooreElite生态。

这样的生态体系就如同中国制造供应链，可以同时解决效率和弹性这两个相互矛盾的指标。让每一个小公司变得极度的高效，在他的领域都是世界级，然后整个这些小公司组成的生态链体系变得有弹性。当市场发生变化的时候，能够更好地应对。

10.“摩尔芯片云： IP托管交易，设计加速，SiP验证整合”

我们搭建了一个芯片设计云平台，基于现在的主流的公有云的架构，主要做下面3件事：

第一，IP的托管，交易，追踪；

过去IP为什么要在开始就收那么多钱？原因是没有办法保证IP的安全性，一旦给了你，你到底给了几个项目用？用到什么地方？都无法控制。所以IP厂商选择先收钱，落袋为安。但是如果在云端，能精确地控制每一个IP有多少项目使用，用在了什么地方，IP公司可以选择零首付，量产以后按出货计费，整体的收费从原来的一次性变成延迟一两年以后的分批。芯片设计企业有更多的时间可以多融资几次，融到的钱再回来买IP，或者客户的订单拿到再买IP，付费能力也会更强。云平台提供了一个安全的、可控可追溯的、多租户的共享平台，IP 厂家可以各自成“云”，使得数据“安全上传，永不落地”，杜绝IP泄露风险。

同时因为在云端是全行业都可以共享，你设计的IP能够被快速评估功效，历史数据也都在云端无法篡改，小IP团队也能获得客户信任。重复发明轮子的事情可以大幅度避免，一个好的IP团队，做出来的核心的模块可以被多个公司共享，IP研发费可以被多个公司分担，提前成本计提，每个公司只做自己最擅长的。通过这样的变化，希望能够帮助芯片设计公司用1/10的投入完成设计，而这些设计出来的芯片级IP，又会是下一代产品的基础。

第二，芯片设计流程的加速和自动化；

今天之所以芯片公司对设计上云不积极，很大一个原因是设计流程的自动化程度不够高，需要大量人工，限制了云端无限弹性算例发挥的空间。我们针对芯片设计需求搭建的软硬件、文件、工具的平台支撑层，这一层里面包括了CAD Flow, Reference Design, EDA, PDK等。以CAD Flow为例 ，通过明确定义数据输入输出和设计流程优化，可以帮助芯片公司用初级工程师干高难度的活，从而提升效率。

“像AMD、英特尔这样的大公司，可能它百分之六七十的芯片设计是设计流程完成的，CAD Flow 团队里面，集中了大量的资深专家，甚至是顶尖科学家、院士（Fellow）。”

EDA在云平台上也可以借鉴互联网的共享逻辑，提供“分时租赁”的方式来降低用户使用成本从而吸引更多的用户，推动行业发展，降低创新门槛。

第三，SiP封装的验证，整合，量产出货；

对于很多出货量不大的物联网产品，很多时候SiP的封装整合是比开一颗SoC芯片更合适的方式，因为有大量芯片开发者能够在一起协作，就会诞生大量的裸片资源，通过云端自动化的仿真和验证可以快速提供合适SiP方案，这些裸片销售也进一步帮助芯片公司，IP公司分摊了研发成本，减少了重复开发浪费。

同时这些裸片对应的IP也保留在云端，就像实体书和电子书一一对应，一旦出货量能支撑SoC的研发投入，可以在几个月内完成芯片替换。

总结：

不少人知道一个软件行业代码托管平台叫GitHub，全球4000万程序员在上面托管自己开发的代码。软件行业发展很快的一个原因，是因为每个人都是站在别人的肩膀上在创新。

摩尔芯片云就像是一个芯片IP领域的“GitHub”，希望未来可以聚合100万芯片开发者在云端协作，全行业的芯片工程师可以在一起研发，站在别人的肩膀上，做自己最擅长的事情，也帮助最好的IP在全球找到最多客户付费，提升芯片工程师的收入。

11.“摩尔芯片云 1.0 – IT/CAD混合云服务，芯片设计云计算白皮书发布”

芯片设计上云不是一蹴而就的，今天我们还做不到刚才说的最终的状态，设计云的1.0，是帮助初创芯片设计公司搭建整个的混合的IT和CAD的架构。摩尔精英用了1年时间帮助30多家芯片设计公司完成了设计环境的整体优化和提升。

这一套标准的IT/CAD架构具有很强的无缝扩展能力，可以很方便地接入云端，而不改变用户的使用习惯。云上和云下的资源构成了一个混合的、透明的设计环境，整个资源将根据用户的需求进行弹性分配，从而达到资源的高效使用和成本优化。也就是平时你可以用本地的服务器，但是当你需要更多算力的时候，或需要跟别人进行多方合作的时候，你不需要像以前那样频繁地拷贝设计数据，“混合云”形成了一个secure chamber，可以在安全级别定义框架下进行设计数据共享和设计协同。

详细方案信息，大家可以通过扫描这个二维码了解更多，下载摩尔精英基于亚马逊AWS验证实践发布的《芯片设计云计算白皮书1.0》。

12.“摩尔供应链云： 数据流，资金流，实物流 三流合一 ”

再聊聊供应链云做什么，芯片公司创始人大多是设计背景，往往容易忽略供应链的工作量和风险，摩尔精英有60多人的团队在支持我们的客户做在研发，工程，量产3个阶段的流片封测，生产管理，产品工程，质量工程需求，大多数芯片公司全公司可能还没有这么多人，期望找一两个人就解决自己公司的供应链生产是不现实的，特别是今天全行业有着2000多家公司在争抢优秀的供应链人才，即使你有足够的钱，也很难找到经验足够的团队。

实物流的问题解决，只是供应链的1/3，过去在芯片供应链中，数据流和资金流不被重视，原因主要是芯片公司规模足够大，靠自己的公司品牌，公司的资金积累，足够支持新产品的量产，赢得客户订单。但是今天的众多初创公司，第一款产品，没有品牌，没有资金，数据流和资金流的重要性会不断提升。

通过大数据增强信息透明，才能从“公司品牌背书”的传统供应链模式走到“第三方大数据背书”的新阶段，实现“数据流，资金流，实物流”的“三流合一”来提升芯片供应链生产效率。

摩尔供应链云 1.0，是为芯片设计客户提供运营托管OPS服务。经过一年多的打磨和持续的数据信息化建设，已经上线服务众多客户，针对晶圆代工、专业封装、测试方案等全生产环节，打造了供应链项目管理、供应链ERP系统和良率数据分析系统，提供基于数据信息化的运营服务。我们努力成为2000家芯片公司整合的供应链运营部门，提升供应链环节的效率与质量。

“摩尔精英，让中国没有难做的芯片”

总结一下，为了应对半导体行业的新的挑战和变化，云端的全行业生态协作将会成为新的趋势，能够聚集支撑几十万上百万的芯片从业者在一起协作，交换比较优势，可以同时去满足效率和弹性这2个看似互相矛盾的指标，摩尔芯片云和供应链云提供协作平台，帮助芯片公司提升研发效率。

希望通过这些努力，让一颗芯片的投入从“500万美金、36个月、100人”，能够降低到“50万美金、4月、10个人”。通过复用裸片，复用IP，复用经验，让更多的这个公司能够专注在自己最核心的领域，让终端客户可以买到多快好省的芯片。

如何用1/10的资金做到?答案在于充分复用芯片/裸片，一次芯片流片(Full Mask Tapeout)，可以在十个不同的产品中，通过系统级封装SiP的方式，反复地利用这些裸片，提升芯片设计NRE投入的产品化率。

如何用1/10的时间完成？那就必须要多用别人的IP，因为每个人都不比别人笨。如果想用10%的时间去做所有的事，世上没有这样的魔法；而如果90%的设计采用外部IP，自己的团队专注做10%的差异化部分，并且努力做到世界级的水平，最终的芯片性能反而可以胜出。

如何用1/10的团队实现？解决之道就是复用经验、复用研发资源。90%的设计用外脑，10%由自有团队设计。目前中国的芯片人才严重不足，我们应该鼓励一些优秀的人才，以芯片设计工作室的形态，凭借自己的经验和技术能力，赋能更多的公司和产品。

最后说一点心里话，我的同学、同事、朋友绝大部分都是半导体行业的，走到哪儿，我的标签都是半导体人，2019年芯片变成最热的行业，贸易战中芯片成为软肋，人人关心谈论，未来10年20年估计贸易摩擦都不会消停，不能每次一闹腾，就威胁不卖我们芯片吧，那我们半导体人多憋屈。10年后我们再聚到一起，希望那时候中国芯片不再受制于人，其他各行各业的同胞都不需要为我们操心，就像我们不操心粮食供给，不操心国防安全。

有人说，“使命”这两个字，就是你怎么使你这条命，摩尔精英的使命是， 让中国没有难做的芯片，这也是我个人的使命，一往无前，永不回头，希望和在座各位精英一起，为之奋斗，早日实现。

演讲嘉宾：张竞扬，摩尔精英创始人、董事长兼CEO

张竞扬，摩尔精英创始人，董事长兼CEO。创立摩尔精英前，曾在上海微技术工研院担任商务总监，负责政府、产业关系及战略合作。此前为SEMI（国际半导体产业协会）高级经理，负责半导体业务战略合作、标准、咨询服务。早前曾任职于IBM，担任过IBM微电子中国区业务拓展主管、IBM微电子亚洲技术支持中心负责人、IBM芯片研发中心高级工程师等职务。张竞扬于东南大学无线电系取得硕士学位，目前就读于清华大学经济管理EMBA，同时担任东南大学集成电路校友会副会长职务。

摩尔精英

摩尔精英公司是领先的芯片生态链平台，使命是“让中国没有难做的芯片”，提供一站式 “芯片设计服务、供应链管理、人才和企业服务”等专业服务，客户覆盖全球1500家芯片公司。我们致力于提升效率，赋能芯片公司用1/10资金、 1/10时间、 1/10团队完成芯片设计。

我们拥有从180nm到8nm的设计服务能力，支持Turnkey、NRE和驻场等灵活服务模式，提供从Spec/FPGA/算法到芯片交付，包括：架构规划、IP选型、前端设计、DFT、验证、物理设计、版图、IT/CAD PaaS、流片、封装和测试等服务。产品涵盖：消费电子、物联网、高性能计算、汽车电子、工业等。

摩尔精英全球员工超过300人且快速增长中，总部位于上海，在合肥、北京、深圳、重庆、苏州、广州、成都、西安、南京、厦门、新竹和硅谷等地有分支机构。

 

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