艾新德魯夫執(zhí)行院長 曹幻實(shí)（左） 安納芯半導(dǎo)體董事長 謝志峰（右）

·如何定義單片集成電路與混合式集成電路？

·數(shù)字電路和數(shù)模混合電路工程師技術(shù)壁壘相差幾何？國內(nèi)外哪些企業(yè)值得關(guān)注？

·FPGA有何優(yōu)缺點(diǎn)？適用場景如何？

·第三代半導(dǎo)體材料碳化硅的高溫性能可以應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？

·半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)就業(yè)前景如何，有哪些細(xì)分方向？

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芯粉答疑 | SiC、SoC、SIP、AD/DA、FPGA、ASIC你懂多少，來聽專家詳細(xì)解答！

如何定義單片集成電路與混合式集成電路？

幻實(shí)（主播）：

歡迎大家收看芯片揭秘，又到了芯粉答疑時間，近期芯片揭秘的后臺陸陸續(xù)續(xù)收到了很多問題，所以我們抓緊制定了一期答疑專期。

首先是來自第299期的聽友，昵稱是“英子的空間”。他的提問是希望謝博士科普下單片集成電路與混合式集成電路是如何定義的？

謝志峰（主講人）：

大多數(shù)集成電路的專有名詞定義都是英文翻譯的。當(dāng)下，我們的集成電路一般分為單片集成電路和混合式/多片集成電路。兩者的區(qū)別如下：

單片集成電路是在一個硅片上把所有的電路都設(shè)計(jì)進(jìn)去，一次做成一個單片系統(tǒng)；混合式集成電路是通過封裝的形式，把各種功能的芯片集成在一起。從外表可能看不出來，但實(shí)際上它是由單片集成電路或者其它各種芯片混合在一起封裝形成的集成電路。

SoC與SIP （圖源：網(wǎng)絡(luò)）

當(dāng)然用英文的話可能會更準(zhǔn)確一點(diǎn)，現(xiàn)在我只能用SoC和SIP拆解去理解其中的區(qū)別。

數(shù)字電路和數(shù)模混合電路工程師有何技術(shù)壁壘？國內(nèi)外哪些關(guān)企業(yè)值得關(guān)注？

幻實(shí)（主播）：

下一個問題來自于《中國芯片新機(jī)遇26講》，提問聽友叫“洪荒少男”，他的問題是：請謝老師講一講ADC（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器）行業(yè)的競爭壁壘有多深，這個領(lǐng)域我們可以關(guān)注哪些企業(yè)？ADC也屬于國產(chǎn)替代的重要方向，對此請謝博與大家科普一下。

謝志峰（主講人）：

模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路即AD/DA（Analog-to-Digital或者Digital to Analog），就是把模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號或者將數(shù)字信號轉(zhuǎn)成模擬信號。

這種電路的復(fù)雜度是比較高的，我們把它分成數(shù)字電路和數(shù)?；旌想娐穬纱箢悺?/span>

數(shù)字電路完全是數(shù)字信號，基本上遵循的是摩爾定律。比如我們口中經(jīng)常提及的中芯國際14nm，臺積電的7nm、5nm，這些講的是最先進(jìn)的電路，即數(shù)字電路。

數(shù)?；旌想娐沸枰獌蓚€關(guān)鍵指標(biāo)：速度—Speed和精度—Resolution，另外，轉(zhuǎn)換的時候還有另外兩個概念：帶寬和精度，所謂帶寬就是模擬信號能夠涵蓋多大的頻率寬度，精度就是在轉(zhuǎn)換的過程中不失真的程度，精度有10比特、12比特、14比特、甚至16比特，一般比特越高越難做。

數(shù)?；旌想娐吩O(shè)計(jì)流程 （圖源：網(wǎng)絡(luò)）

做個總結(jié)，數(shù)字電路的設(shè)計(jì)工程師，可能需要用到的工具比較多，主要涉及先進(jìn)制程，這種類型的工程師大約需要培養(yǎng)兩三年即可上手，而數(shù)?；旌想娐返脑O(shè)計(jì)工程師可能需要10-20年的功力，才能夠得心應(yīng)手，所以存在一定的行業(yè)壁壘。一般來說這類崗位更加適合有工匠精神的老師傅。

那么哪些企業(yè)值得關(guān)注呢？實(shí)際上全球三大主要的模擬電路公司都是在歐美，最有名的是TI，它是全球最大的模擬電路供應(yīng)商;還有一家公司叫ADI，它的技術(shù)水平也很高，但規(guī)模沒有TI大。另外還有一家相對小一點(diǎn)但也非常優(yōu)秀的公司——美信MAXIM，這些是國外的公司。

模擬 IC 行業(yè) Top10 廠商基本情況介紹 (圖源:各公司官網(wǎng))

再來看國內(nèi)，首先是華為海思，它是中國最大的芯片設(shè)計(jì)公司，無論是在數(shù)字電路還是數(shù)?；旌想娐范际菍儆邶堫^。另外還有一些不太出名的企業(yè)，比如蘇州的云芯微、迅芯微，北京的時代民芯等?？偠灾覀兿鄬τ趪H大廠還有很長的路要走。

幻實(shí)（主播）：

謝博講述得非常全面，其實(shí)我最早關(guān)注到這款芯片是來自我們國內(nèi)的一些軍工企業(yè)，他們在雷達(dá)或者是衛(wèi)星定位上面都會用到數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，我們國家的中電體系也是努力建設(shè)去做這款芯片。我們的消費(fèi)級市場的產(chǎn)品想要做到像TI、ADI這樣極具性價比，我覺得還是有距離的。

FPGA有何優(yōu)缺點(diǎn)？適用場景如何？

幻實(shí)（主播）：

下面來看來自知乎平臺的問題，第一位知友的問題是：FPGA可以根據(jù)用戶需要自行改變芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)，那么全部生產(chǎn)FPGA之后再用程序?qū)崿F(xiàn)所需要的功能不就行了，為什么還需要那么多型號的芯片？

謝志峰（主講人）：

這位聽友聽起來對FPGA有著一定的了解。FPGA作為一個可編程的邏輯門陣列電路，它可以通過軟件編程的方法實(shí)現(xiàn)各種各樣的芯片，照理來說就不需要其他型號的芯片了。那么都用FPGA，到底行不行呢？

其實(shí)，FPGA芯片在整個芯片產(chǎn)業(yè)中的占比很小，全球兩大FPGA公司Xilinx和Altera，Xilinx已經(jīng)被AMD收購，Altera被英特爾收購，已經(jīng)不存在獨(dú)立的公司了。FPGA芯片雖然能用最先進(jìn)的制程，也能夠通過編程形成不同功能的芯片，但是它的市場并沒有那么大。究其原因，我認(rèn)為有以下兩點(diǎn)：一是它非常貴；二是它效率并不高。它的電路大而全，可以通過軟件編程形成電路，這樣的芯片，它的面積會比一般ASIC芯片要大很多，在成本和功耗上并不劃算，從經(jīng)濟(jì)層面來說其性價也不高。

而適合FPGA芯片的場景如下：

一是需求量不大。例如幾百顆、幾千顆，這種情況下專門做ASIC芯片不值得，但FPGA適合；

二是需要快速改變芯片的功能。做專用的ASIC芯片需要設(shè)計(jì)流片，最后驗(yàn)證還要再改變設(shè)計(jì)，一套流程下來需要大概1-2年的時間，最快也要6個月；而FPGA可以很快組成一個新的電路，這就有利于在修改設(shè)計(jì)過程中增加不同功能。

一般情況下，F(xiàn)PGA功能驗(yàn)證成功以后，需求量大的芯片還是會再做一個專用ASIC芯片，因?yàn)樗娣e小，速度快，功耗還有保障。做個總結(jié)，根據(jù)芯片需求量的大小，我們可以選擇FPGA或者ASIC。目前95%以上還是使用ASIC的方法，主要是從成本、性價比及功耗的角度考慮。

幻實(shí)（主播）：

我們的產(chǎn)品開發(fā)工程師都很聰明，把FPGA做成了一個像樂高一樣非常實(shí)用的工具。但FPGA的通用性同時也暴露了它在經(jīng)濟(jì)適用性方面的一些弱點(diǎn)。比如一些開發(fā)高端醫(yī)療設(shè)備的公司，他們在工程試驗(yàn)階段不想花費(fèi)高昂的流片費(fèi)用，就會選用FPGA先做一個試驗(yàn)品，如果能驗(yàn)證通過的話，再從適用性角度考慮要不要量產(chǎn)這款芯片。因?yàn)?/span>很多高端的醫(yī)療設(shè)備本身的需求量不是很大，如果為此專門做一顆專用芯片并不劃算，我覺得這是市場的選擇。

第三代半導(dǎo)體材料碳化硅的高溫性能可以應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？

幻實(shí)（主播）：

下一位知友提問：時下熱門材料—碳化硅（SiC）作為第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)材料，在高溫領(lǐng)域有哪些應(yīng)用？

謝志峰（主講人）：

這個問題要分兩個維度看——襯底材料和器件材料。我理解這位粉絲是在問器件用在哪里，而不是說這個材料用在哪里。

SiC 市場規(guī)?，F(xiàn)狀及預(yù)測 (圖源：:Yole)

碳化硅本身作為第三代半導(dǎo)體的代表材料，它具有耐高溫、耐高壓、抗輻射等優(yōu)秀的性能。例如特斯拉將碳化硅用于MOS管上，很多人認(rèn)為未來很多汽車上的芯片會由IGBT轉(zhuǎn)向碳化硅。

另外，碳化硅還能作為氮化鎵的襯底材料，即在碳化硅襯底上面生長氮化鎵。最近氮化鎵最火的一個應(yīng)用是快充，原來要充幾個小時，現(xiàn)在可以在很短的時間充電，目前快充氮化鎵還是用的硅基的襯底。

不僅如此，碳化硅基也可以用在射頻應(yīng)用。下一代5G，甚至6G的通訊中就要用氮化鎵這樣的集成電路，但氮化鎵本身沒有天然的襯底材料，一般是用碳化硅做襯底，我認(rèn)為這種氮化鎵材料用在射頻通訊的電路上也不錯。所以碳化硅作為襯底材料，氮化鎵作為外延等等，這些組合的應(yīng)用范圍非常廣。應(yīng)用領(lǐng)域最多的是汽車，眾所周知智能汽車對高溫、高壓要求很高；其次是航天或其他惡劣環(huán)境下的應(yīng)用，這些是我們可以預(yù)期的。未來很美好，但目前第三代半導(dǎo)體在整個集成電路產(chǎn)業(yè)里面占比還不到5%，我希望在將來第三代半導(dǎo)體能夠在整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中占據(jù)更多的比例。

幻實(shí)（主播）：

現(xiàn)在第三代半導(dǎo)體相關(guān)的概念股票也已經(jīng)上市了，隨著一些龍頭企業(yè)逐步在科創(chuàng)板登陸，關(guān)于這方面的創(chuàng)新也會越來越多，如果對這方面感興趣，大家不妨去查一下相關(guān)上市公司的詳細(xì)的數(shù)據(jù)。

半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)就業(yè)前景如何？

有哪些細(xì)分方向？

幻實(shí)（主播）：

下面是本期的最后一個問題，這位知友的問題是：畢業(yè)準(zhǔn)備從事與半導(dǎo)體相關(guān)的工作，想要往設(shè)備技術(shù)方向發(fā)展，請問職業(yè)前景怎么樣？請謝博講講您的建議。

謝志峰（主講人）：
2018年開始，從中美貿(mào)易戰(zhàn)到科技戰(zhàn)，半導(dǎo)體成為一個熱門的話題。在這個龐大的領(lǐng)域中，目前中國大陸在芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、芯片封裝測試和軟件方面都有很大的投入，但有兩個方面相對來說還比較薄弱——半導(dǎo)體設(shè)備和半導(dǎo)體材料。

歷年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售額(億美元) （圖源：SEMI ）

這位粉絲提出要往半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)方面發(fā)展，我覺得前景很好，因?yàn)檫@個領(lǐng)域中國大陸相對來說比較弱，所以機(jī)會很多。半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域非常廣，它分為集成電路的制造設(shè)備，封裝測試的制造設(shè)備；在這些設(shè)備中還分檢測設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備。通常而言，大家口中說的一般是制造設(shè)備，它主要分以下四大類：

第一類是我們耳熟能詳?shù)墓饪虣C(jī)，這一類前景非常好；

第二類是鍍薄膜的設(shè)備，鍍薄膜又分為金屬材料、導(dǎo)電材料和非金屬材料的鍍膜；

第三類是刻蝕設(shè)備，主要用于去除光刻之后不需要的金屬材料或絕緣體材料；

全球半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備市場規(guī)模(億美元) （圖源:Gartner ）

第四類是高溫和離子注入設(shè)備，所謂的高溫也就是在氧化爐反應(yīng)爐進(jìn)行高溫處理（diffusion and ion implantation），Diffusion即擴(kuò)散過程。離子注入（ion implantation）是把雜質(zhì)摻雜到硅襯底材料里面去，這里涉及到了很多關(guān)鍵的高能物理知識。

全球半導(dǎo)體離子注入設(shè)備市場規(guī)模 （圖源:Gartner ）

總之你要選一個你有興趣、也有優(yōu)勢的地方去發(fā)展。半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域非常缺人才，也希望這位聽友不但自己投身到設(shè)備技術(shù)方面，也能夠廣而告之，讓更多的年輕人投入到半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)這個產(chǎn)業(yè)里面。

幻實(shí)（主播）：

進(jìn)入這個行業(yè)不僅能取得一些自我研發(fā)產(chǎn)品的成就感，同時也進(jìn)入了一個相對朝陽的行業(yè)，就如謝博士所言，這個行業(yè)確實(shí)非常缺乏人才，國家也在大舉投入，如果能做一些對整個中國半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)有貢獻(xiàn)的產(chǎn)品出來，也是自我價值的實(shí)現(xiàn)。

本期的聽友答疑就是以上的這些內(nèi)容，非常感謝大家對我們芯片揭秘的持續(xù)的關(guān)注，如果有什么想探討的或者想交流的，歡迎大家在我們的微信社群及每期的欄目后臺的留言與我們?nèi)〉寐?lián)系，我們下期再見！

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