如何加强全球半导体供应链？

终端客户群正在从传统芯片制造商转变为系统公司、现有芯片制造商和大量为非常特定应用开发芯片的新玩家的组合。其中一些公司正在开发最先进的技术，将其用于数据中心和人工智能应用程序的产品。

Si2首席战略官 Vic Kulkarni 表示：“如今，创建创新的定制硅设计的门槛已提高到每个芯片超过 5000 万美元。”IP 认证、架构、物理设计、创建软件堆栈、原型设计和验证的相关成本从 N5 的 4 亿美元飙升到 N2 的 6 亿多美元。这造就了精英级别的 IP、SoC 和芯片系统设计人员。

这些飙升的成本是芯片到系统设计流程复杂性的结果。

“我们需要一流的、多供应商、多云和混合云基础设施，以实现创新，同时满足结果时间 (TTR) 和上市时间 (TTM) ) 目标。鉴于该行业的复杂性和相互关联性，没有一家公司可以知道或做到这一切，” Kulkarni说。

图 1：近期云基础设施愿景。来源：Si2

Keysight科技软件合作伙伴和企业发展总监 Corey Mathis 表示，定制芯片的产品复杂性不断增加，需要多供应商工作流程的生态系统。“虽然一些公司可能表示他们的平台允许端到端的设计、模拟和验证，但没有一家公司是工作流程各个方面的市场领导者。半导体公司要想在满足客户需求的时间内将复杂的设计推向市场，就需要来自多个供应商的一流工具。”

它还需要 IP、设备、封装和其他组件，这些组件可能来自多个地区。

Cadence定制 IC 和 PCB 事业部高级副总裁 Tom Beckley 表示：“今天，每个人都希望在电子和半导体领域实现自给自足，这让他们感到非常焦虑。但在我从事这个行业的 40 年里，这种焦虑一直存在。我记得当日本是一个强国时，人们很沮丧。韩国成为强国，人们变得不安。然后，台积电在无晶圆厂方面创造了一个令人难以置信的商业模式。现在有很多关于如何在区域内或通过合作伙伴关系在所有这些部分中拥有独立且自我维持的生态系统的讨论。EDA、IP 和芯片都是其中的一部分，并且团队必须一起工作。我们不能以非常有效和非常经济的方式拆除或重新创造已经创造的东西。”

重建供应链是一项巨大的挑战。Beckley指出，波士顿咨询集团（Boston Consulting Group）的一项研究估计，转移到区域供应链将为每个区域或每组合作伙伴带来1万亿美元的前期投资，基础组件的成本可能会上升50%至65%。

“这是一种非常昂贵的方式，”他说。“我们有机会弄清楚如何鼓励当前的生态系统更有效、更高效地合作。为此，我们正在观察台积电和三星，进入美国、日本和欧洲并建造晶圆厂。应该鼓励这种类型的外国直接投资。同时，高技能劳动力应该可以自由移动和有效移动，不受任何限制。所有这些部分都为我们所有人创造了巨大的机会。”

当前的地缘政治紧张局势使这变得更加困难。英特尔副总裁兼产品和设计生态系统支持总经理 Rahul Goyal 表示：“过去三年告诉我们的一个关键问题是供应至关重要。即使是一个小的半导体部件也可以让整条生产线暂停。这是一个问题。我们需要一个更有弹性的供应链，一个更平衡的全球供应。这就是英特尔投资的地方。我们在美国和西半球进行投资，旨在加强西半球的供应链，并平衡全球供应。从生态系统的角度来看，英特尔所做工作的复杂性——无论是产品，还是产品生命周期的整个供应链——都需要全面的合作伙伴关系。即使不打算代工，你仍然需要与 EDA 合作，因为必须准备好 EDA 工具供自己的设计团队使用。代工厂将其提升到一个新的水平，以确保合作伙伴是多元化的行业参与者，因为客户将决定他们使用什么。我们并不总是知道他们使用什么工具或他们想要什么 IP。所以我们需要为这一切做好准备。”

Goyal 说，生态系统对此将变得越来越重要。“该行业正在共同努力建立一个生态系统，在这个生态系统中，我们都可以感到安全，我们可以以正确的方式传输数据，并在正确的地方拥有数据所有权。与此相关的是，有很多关于分析和安全标准的讨论，以确保我们在前进的过程中维护数据的安全性。有一些挑战，但在我们期待的过程中也有很多机会。”

Siemens Digital Industries Software产品管理副总裁 Michael Buehler-Garcia 指出，实现更强大的生态系统的一部分包括云。“云将运行与半导体代工厂相同的模型。如果一切都是在云中设计的，那么生态系统的这一部分可能在任何地方。这意味着设计人员会使用数据，而不是数据和工具会交给设计人员。但它必须有正确的商业模式和客户。作为一个 EDA 生态系统，我们必须为技术做好准备，并让客户做出决定，就像我们从 IDM 转向代工厂时所做的那样。有了它，就有各种各样的机会。”

这些机会延伸到供应链的所有部分，尤其是 EDA 和 IP。“EDA 和 IP 公司有许多角色可以抓住机会，帮助生态系统取得成功，”Synopsys Silicon Realization Group的高级副总裁Bari Biswas 说。“我们正在朝着芯片系统的方向发展，而不仅仅是片上系统。随着我们走向万亿美元的市场，我们将在未来 5 到 10 年看到多芯片系统，这些都是我们需要共同努力达到的机会。”

Biswas 表示，功耗、性能和面积限制仍在推动设计优化，但他指出，安全性应该是第四个向量。“如果云可以成为代工厂，那么我们需要为硬件带来安全性，并创建设计安全的芯片。”

那么，为了加强全球半导体供应链，创建强大的 EDA 和 IP 生态系统的最佳方式是什么？Keysight 的 Mathis 表示，这很复杂，但最终需要的是 EDA 和代工厂的管理层之间的良好协调，以实现满足客户需求的工作流程。Keysight、新思科技和台积电之间的合作就是一个很好的例子。

伙伴关系在创建一个真正强大的全球半导体生态系统中的作用并不总是那么简单。

Codasip 战略和生态系统副总裁 Mike Eftimakis指出了一篇论文哥伦比亚特区大学和佐治亚理工学院的研究人员就该主题分析了合作对全球关系和全球供应链的影响。“研究人员试图解释影响是什么，以及这些关系最终如何影响公司和整个供应链的绩效，”他说。“他们证明了这条道路非常复杂。它不会神奇地起作用。这是一条链子，它从协作项目开始，在这个项目中，或者你们一起工作的事实改善了合作公司之间的关系。这反过来提供了运营好处，就像他们一起工作时，他们开始做得更好。这就是直接影响公司业绩的运营效益。提供利益的不是直接合作，而是这些一系列事件。”

Eftimakis 表示，这在芯片行业很明显。“我们开始合作，但在我们真正专注于努力获得对两家公司都有利的结果之前，最终没有真正的好处。因此，只有当两家公司开始共同开展有意义的工作时，合作伙伴关系才能发挥作用。有时我们会看到只是营销伙伴关系的伙伴关系。它们绝对没有价值。事实上，为了营销目的而宣布的合作伙伴关系只是为了制造噪音，但每个人很快就会明白，如果它不提供价值，它就不是真正的合作伙伴关系。如果它不提供价值，它也不会为客户提供价值。深入思考合作伙伴关系非常重要，因为他们需要实际建立一些东西。我们如何与另一家公司一起真正创造价值？不只是，‘我们需要这个。让我们谈谈这家公司，我们会得到它。更重要的是可以一起做些什么，以确保我们从我们一起做的工作中获得，他们也会获得。这种方法已被证明对全球供应链产生积极影响。”

例如，Arm 成功地利用了广泛的生态系统，在从智能手机和物联网到服务器和 PC 的多个市场中获得了吸引力。

Arm 基础设施业务线高级副总裁兼总经理 Chris Bergey 表示：“30 年来，Arm 的一项遗产是我们不称我们的客户为‘客户’。我们称他们为合作伙伴，因为相对于与行业中的其他领导者合作以从支持的角度提供帮助，它与我们的关系非常深刻。从供应链的角度来看，Arm 与所有主要代工厂合作，并且还与许多第三方 EDA 公司密切合作。Arm 不知道我们的客户想要构建什么类型的解决方案以及他们的一些首选供应商是谁。与此相关的是，Arm 如此独特的原因之一是在谈到异构数据中心时，实际上是具有一些自定义逻辑或专门处理的 CPU。如果你看看半导体公司的 Arm 生态系统，那就是构建 DSP 的公司的名人录，在 I/O 集成方面最出色的公司，在网络空间中表现出色的公司，所以，这真的是关于能够从 Arm 计算中获取高性能结构的合作伙伴关系，将其与来自 EDA 供应商或其他 IP 提供商的免费 IP 相匹配，然后在此基础上构建并添加某种特殊的从功率效率的角度来看，从计算的角度来看，它可能非常强大。最后，它可以构建在多个晶圆厂中，这提供了灵活性。只有通过我们的合作伙伴关系，我们才能提供如此多样化的解决方案。” 从计算的角度来看。最后，它可以构建在多个晶圆厂中，这提供了灵活性。只有通过我们的合作伙伴关系，我们才能提供如此多样化的解决方案。” 从计算的角度来看。最后，它可以构建在多个晶圆厂中，这提供了灵活性。只有通过我们的合作伙伴关系，我们才能提供如此多样化的解决方案。”

Arteris IP 首席营销官 Michal Siwinski 表示：“很多人都更加重视电气化，潜在的全球气候挑战正在推动更多讨论。一些欧洲和中国的原始设备制造商已经宣布，从 2030 年开始，汽车将只使用电动汽车，不再销售汽油车。加利福尼亚正试图表明，在 7 年内，将不再销售新的汽油车。我们已经快到 2023 年了，考虑到经典的汽车周期设计周期是 7 年，没有太多时间来弄清楚所有要求并更快地开始创新。Arm 和 Arteris 都已经看到了这种额外的紧迫性。尽管看起来已经过了很多年，但在定义架构以及如何设计所有这些部分方面，我们几乎已经晚了。对核心创新的推动是巨大的。如果我们能一起更好地做到这一点，我们就可以节省大量的来回迭代，或者可能与客户需求不一致的情况。”

然而，这并不简单。Keysight科技的 Mathis 指出，不同的公司以不同的方式划分合作伙伴关系。“他们可能是支持云计算的技术合作伙伴、提供关键工艺开发套件 (PDK) 的代工合作伙伴，或者是集成各种设计、仿真和验证工具的工作流合作伙伴。”

Si2 的 Kulkarni 指出，必须从金融和技术投资的角度降低进入壁垒，以建立更大的生态系统。“下一波创新将来自系统优先的思维模式，通过生态系统协作进行硅到系统的创新，”他说。“在最近的 Si2 圆桌讨论中，爱立信硅谷首席技术官 Mallik Tatipamula 博士描述了 5G 到 6G 实现的复杂性。他分享了多维生态系统思维的重要愿景，以使从 5G 到 6G 的过渡成为未来五年内硅到系统协作的可实现目标。” 

图 2：将创造大赢家的新兴合作模式。来源：Si2/爱立信

虽然可以创建模型，但 Kulkarni 补充说，一些问题无法通过简单的合作关系解决。“要么必须有很多参与者，导致后勤问题和反垄断问题，要么，如果最终目标需要一个不存在的基础设施，或者仅以专有形式存在而没有其他人将支持，那么你必须考虑一个研发联合像 Si2 一样冒险。我们已经成功地使用了来自 IP、芯片制造商、EDA 供应商和硅代工厂的成员的协作模式。这些成员将一起调查行业，以在完整工作流程的背景下发现技术互操作性方面的差距，为协作团队重点关注关键可交付成果，准备高价值的用例和路线图，然后一起，致力于形成行业标准的概念验证参考实现。正如我们所期待的那样，特别是在小芯片和定制芯片时代，新的考虑变为了工厂自动化数据、多芯片组装规则标准化、2.5D/3D IC 配置等因素。

另一个需要考虑的新因素是电气设计、机械设计、热分析之间的壁垒开始下降并融合在一起。“EDA 与多物理场 CAE 工作流程的互操作性变得越来越重要，” Keysight科技的 Mathis 说。“即使存在两个软件提供商竞争的领域，他们的工具和技术也可能在更多领域相互补充，因此合作竞争变得越来越普遍。”