艾新德鲁夫执行院长 曹幻实（左） 安纳芯半导体董事长 谢志峰（右）

·如何定义单片集成电路与混合式集成电路？

·数字电路和数模混合电路工程师技术壁垒相差几何？国内外哪些企业值得关注？

·FPGA有何优缺点？适用场景如何？

·第三代半导体材料碳化硅的高温性能可以应用在哪些领域？

·半导体设备产业就业前景如何，有哪些细分方向？

点击收听大咖谈芯现场实录↓↓↓

芯粉答疑 | SiC、SoC、SIP、AD/DA、FPGA、ASIC你懂多少，来听专家详细解答！

如何定义单片集成电路与混合式集成电路？

幻实（主播）：

欢迎大家收看芯片揭秘，又到了芯粉答疑时间，近期芯片揭秘的后台陆陆续续收到了很多问题，所以我们抓紧制定了一期答疑专期。

首先是来自第299期的听友，昵称是“英子的空间”。他的提问是希望谢博士科普下单片集成电路与混合式集成电路是如何定义的？

谢志峰（主讲人）：

大多数集成电路的专有名词定义都是英文翻译的。当下，我们的集成电路一般分为单片集成电路和混合式/多片集成电路。两者的区别如下：

单片集成电路是在一个硅片上把所有的电路都设计进去，一次做成一个单片系统；混合式集成电路是通过封装的形式，把各种功能的芯片集成在一起。从外表可能看不出来，但实际上它是由单片集成电路或者其它各种芯片混合在一起封装形成的集成电路。

SoC与SIP （图源：网络）

当然用英文的话可能会更准确一点，现在我只能用SoC和SIP拆解去理解其中的区别。

数字电路和数模混合电路工程师有何技术壁垒？国内外哪些关企业值得关注？

幻实（主播）：

下一个问题来自于《中国芯片新机遇26讲》，提问听友叫“洪荒少男”，他的问题是：请谢老师讲一讲ADC（模拟数字转换器）行业的竞争壁垒有多深，这个领域我们可以关注哪些企业？ADC也属于国产替代的重要方向，对此请谢博与大家科普一下。

谢志峰（主讲人）：

模拟数字转换电路即AD/DA（Analog-to-Digital或者Digital to Analog），就是把模拟信号转成数字信号或者将数字信号转成模拟信号。

这种电路的复杂度是比较高的，我们把它分成数字电路和数模混合电路两大类。

数字电路完全是数字信号，基本上遵循的是摩尔定律。比如我们口中经常提及的中芯国际14nm，台积电的7nm、5nm，这些讲的是最先进的电路，即数字电路。

数模混合电路需要两个关键指标：速度—Speed和精度—Resolution，另外，转换的时候还有另外两个概念：带宽和精度，所谓带宽就是模拟信号能够涵盖多大的频率宽度，精度就是在转换的过程中不失真的程度，精度有10比特、12比特、14比特、甚至16比特，一般比特越高越难做。

数模混合电路设计流程 （图源：网络）

做个总结，数字电路的设计工程师，可能需要用到的工具比较多，主要涉及先进制程，这种类型的工程师大约需要培养两三年即可上手，而数模混合电路的设计工程师可能需要10-20年的功力，才能够得心应手，所以存在一定的行业壁垒。一般来说这类岗位更加适合有工匠精神的老师傅。

那么哪些企业值得关注呢？实际上全球三大主要的模拟电路公司都是在欧美，最有名的是TI，它是全球最大的模拟电路供应商;还有一家公司叫ADI，它的技术水平也很高，但规模没有TI大。另外还有一家相对小一点但也非常优秀的公司——美信MAXIM，这些是国外的公司。

模拟 IC 行业 Top10 厂商基本情况介绍 (图源:各公司官网)

再来看国内，首先是华为海思，它是中国最大的芯片设计公司，无论是在数字电路还是数模混合电路都是属于龙头。另外还有一些不太出名的企业，比如苏州的云芯微、迅芯微，北京的时代民芯等。总而言之，我们相对于国际大厂还有很长的路要走。

幻实（主播）：

谢博讲述得非常全面，其实我最早关注到这款芯片是来自我们国内的一些军工企业，他们在雷达或者是卫星定位上面都会用到数模转换芯片，我们国家的中电体系也是努力建设去做这款芯片。我们的消费级市场的产品想要做到像TI、ADI这样极具性价比，我觉得还是有距离的。

FPGA有何优缺点？适用场景如何？

幻实（主播）：

下面来看来自知乎平台的问题，第一位知友的问题是：FPGA可以根据用户需要自行改变芯片内部结构，那么全部生产FPGA之后再用程序实现所需要的功能不就行了，为什么还需要那么多型号的芯片？

谢志峰（主讲人）：

这位听友听起来对FPGA有着一定的了解。FPGA作为一个可编程的逻辑门阵列电路，它可以通过软件编程的方法实现各种各样的芯片，照理来说就不需要其他型号的芯片了。那么都用FPGA，到底行不行呢？

其实，FPGA芯片在整个芯片产业中的占比很小，全球两大FPGA公司Xilinx和Altera，Xilinx已经被AMD收购，Altera被英特尔收购，已经不存在独立的公司了。FPGA芯片虽然能用最先进的制程，也能够通过编程形成不同功能的芯片，但是它的市场并没有那么大。究其原因，我认为有以下两点：一是它非常贵；二是它效率并不高。它的电路大而全，可以通过软件编程形成电路，这样的芯片，它的面积会比一般ASIC芯片要大很多，在成本和功耗上并不划算，从经济层面来说其性价也不高。

而适合FPGA芯片的场景如下：

一是需求量不大。例如几百颗、几千颗，这种情况下专门做ASIC芯片不值得，但FPGA适合；

二是需要快速改变芯片的功能。做专用的ASIC芯片需要设计流片，最后验证还要再改变设计，一套流程下来需要大概1-2年的时间，最快也要6个月；而FPGA可以很快组成一个新的电路，这就有利于在修改设计过程中增加不同功能。

一般情况下，FPGA功能验证成功以后，需求量大的芯片还是会再做一个专用ASIC芯片，因为它面积小，速度快，功耗还有保障。做个总结，根据芯片需求量的大小，我们可以选择FPGA或者ASIC。目前95%以上还是使用ASIC的方法，主要是从成本、性价比及功耗的角度考虑。

幻实（主播）：

我们的产品开发工程师都很聪明，把FPGA做成了一个像乐高一样非常实用的工具。但FPGA的通用性同时也暴露了它在经济适用性方面的一些弱点。比如一些开发高端医疗设备的公司，他们在工程试验阶段不想花费高昂的流片费用，就会选用FPGA先做一个试验品，如果能验证通过的话，再从适用性角度考虑要不要量产这款芯片。因为很多高端的医疗设备本身的需求量不是很大，如果为此专门做一颗专用芯片并不划算，我觉得这是市场的选择。

第三代半导体材料碳化硅的高温性能可以应用在哪些领域？

幻实（主播）：

下一位知友提问：时下热门材料—碳化硅（SiC）作为第三代半导体产业的重要基础材料，在高温领域有哪些应用？

谢志峰（主讲人）：

这个问题要分两个维度看——衬底材料和器件材料。我理解这位粉丝是在问器件用在哪里，而不是说这个材料用在哪里。

SiC 市场规模现状及预测 (图源：:Yole)

碳化硅本身作为第三代半导体的代表材料，它具有耐高温、耐高压、抗辐射等优秀的性能。例如特斯拉将碳化硅用于MOS管上，很多人认为未来很多汽车上的芯片会由IGBT转向碳化硅。

另外，碳化硅还能作为氮化镓的衬底材料，即在碳化硅衬底上面生长氮化镓。最近氮化镓最火的一个应用是快充，原来要充几个小时，现在可以在很短的时间充电，目前快充氮化镓还是用的硅基的衬底。

不仅如此，碳化硅基也可以用在射频应用。下一代5G，甚至6G的通讯中就要用氮化镓这样的集成电路，但氮化镓本身没有天然的衬底材料，一般是用碳化硅做衬底，我认为这种氮化镓材料用在射频通讯的电路上也不错。所以碳化硅作为衬底材料，氮化镓作为外延等等，这些组合的应用范围非常广。应用领域最多的是汽车，众所周知智能汽车对高温、高压要求很高；其次是航天或其他恶劣环境下的应用，这些是我们可以预期的。未来很美好，但目前第三代半导体在整个集成电路产业里面占比还不到5%，我希望在将来第三代半导体能够在整个半导体产业中占据更多的比例。

幻实（主播）：

现在第三代半导体相关的概念股票也已经上市了，随着一些龙头企业逐步在科创板登陆，关于这方面的创新也会越来越多，如果对这方面感兴趣，大家不妨去查一下相关上市公司的详细的数据。

半导体设备产业就业前景如何？

有哪些细分方向？

幻实（主播）：

下面是本期的最后一个问题，这位知友的问题是：毕业准备从事与半导体相关的工作，想要往设备技术方向发展，请问职业前景怎么样？请谢博讲讲您的建议。

谢志峰（主讲人）：
2018年开始，从中美贸易战到科技战，半导体成为一个热门的话题。在这个庞大的领域中，目前中国大陆在芯片设计、芯片制造、芯片封装测试和软件方面都有很大的投入，但有两个方面相对来说还比较薄弱——半导体设备和半导体材料。

历年全球半导体设备销售额(亿美元) （图源：SEMI ）

这位粉丝提出要往半导体设备技术方面发展，我觉得前景很好，因为这个领域中国大陆相对来说比较弱，所以机会很多。半导体设备领域非常广，它分为集成电路的制造设备，封装测试的制造设备；在这些设备中还分检测设备和生产设备。通常而言，大家口中说的一般是制造设备，它主要分以下四大类：

第一类是我们耳熟能详的光刻机，这一类前景非常好；

第二类是镀薄膜的设备，镀薄膜又分为金属材料、导电材料和非金属材料的镀膜；

第三类是刻蚀设备，主要用于去除光刻之后不需要的金属材料或绝缘体材料；

全球半导体刻蚀设备市场规模(亿美元) （图源:Gartner ）

第四类是高温和离子注入设备，所谓的高温也就是在氧化炉反应炉进行高温处理（diffusion and ion implantation），Diffusion即扩散过程。离子注入（ion implantation）是把杂质掺杂到硅衬底材料里面去，这里涉及到了很多关键的高能物理知识。

全球半导体离子注入设备市场规模 （图源:Gartner ）

总之你要选一个你有兴趣、也有优势的地方去发展。半导体设备领域非常缺人才，也希望这位听友不但自己投身到设备技术方面，也能够广而告之，让更多的年轻人投入到半导体设备技术这个产业里面。

幻实（主播）：

进入这个行业不仅能取得一些自我研发产品的成就感，同时也进入了一个相对朝阳的行业，就如谢博士所言，这个行业确实非常缺乏人才，国家也在大举投入，如果能做一些对整个中国半导体设备产业有贡献的产品出来，也是自我价值的实现。

本期的听友答疑就是以上的这些内容，非常感谢大家对我们芯片揭秘的持续的关注，如果有什么想探讨的或者想交流的，欢迎大家在我们的微信社群及每期的栏目后台的留言与我们取得联系，我们下期再见！

芯粉答疑将会以两月一次的频率更新，欢迎听众粉丝们积极留言！期待提出你的产业观点与问题，我们会挑选有料、有趣、有价值的问题由主讲人谢志峰博士为你独家解答。更多精彩活动请持续关注芯片揭秘，我们一起共创国潮芯生态！

*博客内容为网友个人发布，仅代表博主个人观点，如有侵权请联系工作人员删除。