旧年将逝，总少不了对新年的展望。当然，我指的不是新年聚会上的客套祝福语，而是科技发展的新趋势。这不，保持一年一预测的阿里巴巴达摩院又发布了2020年十大科技预测，其中一条格外引人注目：2020年，芯片敏捷设计成为后摩尔时代芯片开发新模式。
这条预测之所以引人注目，缘于这样一个事实：国产芯片公司，包括华为海思、中芯国际、紫光集团等头牌企业一年的营业收入顶不上一个英特尔。对中国芯来说，改变落后局面，不仅需要大笔真金白银投入，更需要商业模式创新，以推倒芯片设计“成本墙”。
现在，芯片设计“成本墙”，慢慢的变成了影响国产芯片未来发展的主要的因素。而历史证明，唯有推倒“成本墙”才能迎来行业大变局，让后来者抢到迎头赶上的机会。
01高通差点一口气接不上
在大多数人看来，芯片设计行业的专利保护是一种令人望而生畏的存在。其实，比“专利墙”更可怕的，是“成本墙”。今天的许多芯片大佬，二十多年前，都曾饱尝过芯片设计“成本墙”的碰壁之苦。1990年2月，成立不到5年的高通在CDMA上押上大部分家当，开始端起芯片设计的饭碗，组建了一支大约30人的设计队伍，进行通信芯片所有的核心设计、开发以及测试工作。当时，芯片设计的技术门槛还不高，主流的芯片还是DRAM内存，英特尔刚刚将经营重心转向CPU，486芯片推出不到一年，它仅有120万个晶体管。
”扩频之母“海蒂.拉玛，本职是电影明星，发明了扩频技术，成为高通的码分多址（CDMA）技术的基础。
但是，芯片设计的成本墙却不低，有大概数千万美元，算不上天文数字，但也足以让创业公司高通难以负担。启动芯片设计项目前，由于有AT&T、NYNEX Mobile、Ameritech Mobile、摩托罗拉、OKI电子和Pactel等六家公司承担芯片初期开发成本，高通CEO欧文.雅各布才下了进军芯片设计的决心。不过，到1991年9月，高通还是撑不住了，现金流几近枯竭，账上现金只剩12.5万美元，都不够给员工发工资。幸运的是，当年12月高通IPO成功，顺利融资6800万美元，接上了那口气，完成CDMA试验和芯片设计。撑过艰难时期的高通，成长为移动SOC芯片设计领域的头牌企业，如果它晚几十年进入这一行业，面对高耸的“成本墙”，可能会知难而退。
02中国芯难以承受之重
二十多年后，芯片设计的成本墙呈指数级攀升，一款高端SOC芯片的设计成本需要数亿美元。华为fellow艾伟曾透露，采用7nm工艺的麒麟980的研发成本超过3亿美元。3亿美元的设计成本接近中芯国际2016年全年净利润，超过了目前上市的中国半导体50强中的30家利润的总和（2016年数据），这就从另一方面代表着国产芯片企业很难涉足高端芯片设计。
这也是目前仅有华为海思一家公司迈入高端芯片设计领域的原因，因为翻不过“成本墙”。
高端SOC芯片玩不起，中低端的总可以玩吧？也不容易玩！
以偏中低端的28nm工艺的SOC芯片为例，完整的EDA工具版权费超500万元人民币，购买内存控制器等外围IP的费用也超过500万元，设计人力成本支出每年1000万元，流片和封装测试费用大约1500万元，设计总成本超过3500万元人民币。
3500万元人民币也超过中国目前多数芯片公司的利润。换句话说，设计一款低端SOC芯片，对多数国产芯片公司来说，也面临巨大的风险，因为搞不好，公司就会从盈利跌入亏损。
高耸的芯片设计成本墙，正成为中国芯难以承受之重。如何压低或推倒“成本墙”？太平洋对岸的美国或许可以给出启示，因为30多年前它也曾遭遇同样难题。
03美国借MOSIS压低成本墙，成功反击日本半导体产业
上世纪80年代，美国半导体行业面临芯片设计成本重压，逼得英特尔、德州仪器、摩托罗拉、IBM等头牌企业，不得不收缩专用芯片设计生产，转向通用芯片，以摊薄研发成本。
其中，英特尔将专用芯片Intel4004改造为通用芯片，推出Intel8008和Intel8080。Intel8080虽然是具有划时代意义的第一块8位CPU，背后却是英特尔满满的成本重压下的苦涩。由于通用芯片设计成本低于专用芯片，导致专用芯片发展裹足不前，没有成为一个独立分支，等于给日本人留下一个市场空挡。
这时候，雪上加霜的是，在DRAM芯片行业，美国已经被日本全面击溃。
芯片行业这一严重状况，引起了美国军方和工业界对微电子领域的格外的重视。美国决心利用自己的芯片设计优势，推进专用芯片（ASIC）的发展，以弥补和日本竞争时的工艺技术短板。1980年美国国防部在南加州大学投资建立了MOSIS（MOS Implementation System），目的就是降低专用芯片设计成本。
MOSIS官网
MOSIS 采用多品种掩膜技术模式，将几十种乃至上百种不同设计，做到同一套掩膜版上，并放到同一块晶圆上流片，大幅降低了芯片设计与流片成本。仅掩膜版这一环节，就将成本从超过5万美元降到最低400美元，降幅最高达到99.2%。同时，MOSIS又开发出SCMOS（Scalablc CMOS）工艺，它可以让同一种芯片版图采用不同工艺，为用户节省了修改芯片设计版图的费用。
MOSIS整合了全美芯片设计资源，还整合了各半导体厂家的最新工艺技术（掩膜版和流片），近 40 年来 MOSIS 为大学和研究机构流了 60000 多款芯片。这一创新模式使芯片的整个研发成本降低到了原来1/50，使美国芯片设计迎来大爆发。
MOSIS还获得意外大礼包，直接催生了新的商业模式——无晶圆厂模式（Fabless）。由于MOSIS成功压低芯片设计“成本墙”，数百家芯片设计新兴创业公司如雨后春笋冒出，集中在1985年前后创立，其中的英伟达（NVIDIA）、高通（Qualcomm）、博通（Broadcom）和赛灵思（Xilinx）等成为各自细分行业的领头羊。
英伟达（nvidia）创立地
靠着MOSIS这一创新模式，美国牢牢掌控了芯片设计制高点，最终完成对日本芯片业的防守反击，成功卫冕全球高技术领域冠军地位。
那么，对处于追赶状态的中国芯来说，该如何创新地推倒芯片设计“成本墙”呢？
04中国芯未来：像做互联网那样做芯片设计？
中国目前做的最成功的行业当属互联网，电商、网络社交、共享打车、生活服务等领域，都分别孕育出全球级巨头。在关系未来发展的全球独角兽TOP10榜单上（2018），中国的互联网公司占了5席。
要知道，中国的互联网产业二十多年前完全是美国的舶来品，起步比美国慢了至少十年，最初的商业模式也是“山寨”硅谷互联网公司，为何却能蓬勃发展为全球一支重要的行业力量？答案是，除有10亿计的庞大市场哺育、创始人锐意进取外，还有开源的软件技术上的支持。淘宝购物、微信、QQ聊天等我们今天离不开的互联网服务，都运行在开源系统Linux之上。
假如没有Linux，BAT等中国今天的互联网巨头，初创时将不得不从零开始造“轮子”——写系统软件，对当时技术薄弱的中国创业公司来说，这是一个不可能完成的任务。但由于有比较成熟的开源软件库的存在，中国的互联网创业公司可以从中找到合适的模块，通过你自己的需要做出修改后，最快可以在一个月里搭建出一个业务原型，所需要的开发人员最少只需要3到5人。然后辅以敏捷开发——根据市场需要快速迭代，不断贴近客户的真实需求，最终占领市场。
价值高达百亿美元的开源软件库
可以说，开源软件降低了中国互联网创业的技术门槛和创新门槛，敏捷开发缩短了产品上市周期，这是国内互联网产业在显著落后欧美的情况下，还能迎头赶上的内在原因。
中国互联网的这一模式或可移植到芯片领域：以开源芯片设计资源降低设计成本，同时以敏捷开发缩短开发周期。
目前，在最低端的180nm工艺芯片上，已经有了比较丰富的开源芯片设计资源，包括开源的 Magic（包含 Xcircuit、IRSIM、NetGen、Qrouter 和 Qflow）EDA 工具链，兼容 WISHBONE 总线协议的开源 IP 模块，以及开源工艺库供选择，并且流片费用也并不高。
总之，研制一款 180nm 工艺的芯片只需要几千美元，门槛已经低到3至5个人规模的创业公司即可实现芯片设计。
目前的问题是，中高端芯片还缺乏完整的开源芯片设计 EDA 工具链与工艺库资源，这正是国产芯片业需要努力克服的地方。倪光南院士任理事长的中国开放指令生态（RISC-V）联盟（简称“CRVA”），在相关报告中认为，国产芯片如能利用好RISC-V的开放资源，同时芯片设计也能像软件开发一样采用敏捷设计，3至5 人的小团队在 3至4 个月内, 只需几万元便能研制出一款有市场竞争力的芯片或IP核, 那么就可以大幅度的降低芯片开发的成本和风险，在AIOT 智慧物联网时代芯片需求放量的情况下，必将吸引众多创业者进入芯片设计领域，形成国产芯片设计的繁荣局面，有望解决中国芯“被卡脖子”的难题。
无晶圆模式
目前，芯片设计已经位于行业大变革前夜，新的转机若隐若现，多种创新尝试成为可能，国产芯片设计如能从中发掘出创新模式压低乃至推倒“成本墙”，降低创业门槛，或可复制互联网产业奇迹。
备注：图片来源于互联网，版权归图片作者所有，如有侵权，请即联系删除。
