艾新德魯夫執行院長 曹幻實（左） 安納芯半導體董事長 謝志峰（右）

·如何定義單片集成電路與混合式集成電路？

·數字電路和數模混合電路工程師技術壁壘相差幾何？國內外哪些企業值得關注？

·FPGA有何優缺點？適用場景如何？

·第三代半導體材料碳化硅的高溫性能可以應用在哪些領域？

·半導體設備產業就業前景如何，有哪些細分方向？

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

如何定義單片集成電路與混合式集成電路？

幻實（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續收到了很多問題，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）：

大多數集成電路的專有名詞定義都是英文翻譯的。當下，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。兩者的區別如下：

單片集成電路是在一個硅片上把所有的電路都設計進去，一次做成一個單片系統；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：網絡）

當然用英文的話可能會更準確一點，現在我只能用SoC和SIP拆解去理解其中的區別。

數字電路和數模混合電路工程師有何技術壁壘？國內外哪些關企業值得關注？

幻實（主播）：

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

謝志峰（主講人）：

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

這種電路的復雜度是比較高的，我們把它分成數字電路和數模混合電路兩大類。

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

數模混合電路需要兩個關鍵指標：速度—Speed和精度—Resolution，另外，轉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。

數模混合電路設計流程 （圖源：網絡）

做個總結，數字電路的設計工程師，可能需要用到的工具比較多，主要涉及先進制程，這種類型的工程師大約需要培養兩三年即可上手，而數模混合電路的設計工程師可能需要10-20年的功力，才能夠得心應手，所以存在一定的行業壁壘。一般來說這類崗位更加適合有工匠精神的老師傅。

那么哪些企業值得關注呢？實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商;還有一家公司叫ADI，它的技術水平也很高，但規模沒有TI大。另外還有一家相對小一點但也非常優秀的公司——美信MAXIM，這些是國外的公司。

模擬 IC 行業 Top10 廠商基本情況介紹 (圖源:各公司官網)

再來看國內，首先是華為海思，它是中國最大的芯片設計公司，無論是在數字電路還是數模混合電路都是屬于龍頭。另外還有一些不太出名的企業，比如蘇州的云芯微、迅芯微，北京的時代民芯等。總而言之，我們相對于國際大廠還有很長的路要走。

幻實（主播）：

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

FPGA有何優缺點？適用場景如何？

幻實（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可以根據用戶需要自行改變芯片內部結構，那么全部生產FPGA之后再用程序實現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現各種各樣的芯片，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，FPGA芯片在整個芯片產業中的占比很小，全球兩大FPGA公司Xilinx和Altera，Xilinx已經被AMD收購，Altera被英特爾收購，已經不存在獨立的公司了。FPGA芯片雖然能用最先進的制程，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，我認為有以下兩點：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，從經濟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芯片需要設計流片，最后驗證還要再改變設計，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計過程中增加不同功能。

一般情況下，FPGA功能驗證成功以后，需求量大的芯片還是會再做一個專用ASIC芯片，因為它面積小，速度快，功耗還有保障。做個總結，根據芯片需求量的大小，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（主播）：

我們的產品開發工程師都很聰明，把FPGA做成了一個像樂高一樣非常實用的工具。但FPGA的通用性同時也暴露了它在經濟適用性方面的一些弱點。比如一些開發高端醫療設備的公司，他們在工程試驗階段不想花費高昂的流片費用，就會選用FPGA先做一個試驗品，如果能驗證通過的話，再從適用性角度考慮要不要量產這款芯片。因為很多高端的醫療設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。

第三代半導體材料碳化硅的高溫性能可以應用在哪些領域？

幻實（主播）：

下一位知友提問：時下熱門材料—碳化硅（SiC）作為第三代半導體產業的重要基礎材料，在高溫領域有哪些應用？

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 市場規模現狀及預測 (圖源：:Yole)

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

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用是快充，原來要充幾個小時，現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，這些組合的應用范圍非常廣。應用領域最多的是汽車，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境下的應用，這些是我們可以預期的。未來很美好，但目前第三代半導體在整個集成電路產業里面占比還不到5%，我希望在將來第三代半導體能夠在整個半導體產業中占據更多的比例。

幻實（主播）：

現在第三代半導體相關的概念股票也已經上市了，隨著一些龍頭企業逐步在科創板登陸，關于這方面的創新也會越來越多，如果對這方面感興趣，大家不妨去查一下相關上市公司的詳細的數據。

半導體設備產業就業前景如何？

有哪些細分方向？

幻實（主播）：

下面是本期的最后一個問題，這位知友的問題是：畢業準備從事與半導體相關的工作，想要往設備技術方向發展，請問職業前景怎么樣？請謝博講講您的建議。

謝志峰（主講人）：
2018年開始，從中美貿易戰到科技戰，半導體成為一個熱門的話題。在這個龐大的領域中，目前中國大陸在芯片設計、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——半導體設備和半導體材料。

歷年全球半導體設備銷售額(億美元) （圖源：SEMI ）

這位粉絲提出要往半導體設備技術方面發展，我覺得前景很好，因為這個領域中國大陸相對來說比較弱，所以機會很多。半導體設備領域非常廣，它分為集成電路的制造設備，封裝測試的制造設備；在這些設備中還分檢測設備和生產設備。通常而言，大家口中說的一般是制造設備，它主要分以下四大類：

第一類是我們耳熟能詳的光刻機，這一類前景非常好；

第二類是鍍薄膜的設備，鍍薄膜又分為金屬材料、導電材料和非金屬材料的鍍膜；

第三類是刻蝕設備，主要用于去除光刻之后不需要的金屬材料或絕緣體材料；

全球半導體刻蝕設備市場規模(億美元) （圖源:Gartner ）

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

全球半導體離子注入設備市場規模 （圖源:Gartner ）

總之你要選一個你有興趣、也有優勢的地方去發展。半導體設備領域非常缺人才，也希望這位聽友不但自己投身到設備技術方面，也能夠廣而告之，讓更多的年輕人投入到半導體設備技術這個產業里面。

幻實（主播）：

進入這個行業不僅能取得一些自我研發產品的成就感，同時也進入了一個相對朝陽的行業，就如謝博士所言，這個行業確實非常缺乏人才，國家也在大舉投入，如果能做一些對整個中國半導體設備產業有貢獻的產品出來，也是自我價值的實現。

本期的聽友答疑就是以上的這些內容，非常感謝大家對我們芯片揭秘的持續的關注，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取得聯系，我們下期再見！

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