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芯片國產(chǎn)替代:替代策略與實施要則干貨

發(fā)布時間:2023-01-06 責(zé)任編輯:秋天

在缺“芯”困局之下,國產(chǎn)替代的呼聲愈發(fā)高漲。但就目前的產(chǎn)業(yè)環(huán)境而言,國產(chǎn)芯片替代實際上機遇與挑戰(zhàn)并存。半導(dǎo)體行業(yè)由于其自身“高精尖”特質(zhì)所致,是典型的資產(chǎn)密集、技術(shù)密集、人才密集型產(chǎn)業(yè)。產(chǎn)品從研發(fā)到量產(chǎn)的周期較長,需數(shù)十年。同時,芯片國產(chǎn)化的機遇也是空前的。國家利好政策不斷發(fā)布:投資補助、稅收優(yōu)惠等為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展保駕護航,加之眾多資本持續(xù)加大對芯片產(chǎn)業(yè)的投資力度,也有助于國產(chǎn)廠商的發(fā)展及技術(shù)突破。本文內(nèi)容根據(jù)2022 ICS集成電路峰會論壇上,深圳市大盛唐科技有限公司總經(jīng)理韓軍龍帶來的國產(chǎn)替代實戰(zhàn)分享,來了解關(guān)于芯片國產(chǎn)替代的策略及實施要則。


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大盛唐科技有限公司總經(jīng)理 韓軍龍

國產(chǎn)替代實戰(zhàn)分享


什么是芯片替代?

①澄清沒有設(shè)計、生產(chǎn)出“完全”一樣的兩個芯片

因為芯片設(shè)計者經(jīng)驗、硅片純度、wafer制造工藝、封裝設(shè)備、QC測試標(biāo)準(zhǔn)、金屬線材成分等等一系列因素存在差異化,所以嚴(yán)格意義上講,所以不存在完全相同的芯片替代。如下圖:芯片就像樹葉一樣,沒有完全相同的兩個。


②實際工作中的替代要求

實際工作中,我們所謂的芯片替代,一般選擇3~5個關(guān)鍵參數(shù)比較接近(>75%以上近似度),甚至是2-3個參數(shù)接近即可,就基本實現(xiàn)了客戶的功能要求,即可以替代成功;一般至少75%以上的近似度比較理想,這樣有利于替代后,實現(xiàn)電路的穩(wěn)定性、可靠性。


除了某一領(lǐng)域先進的專用芯片以外,一般情況下,為了用戶使用便捷化,大多數(shù)芯片設(shè)計公司在設(shè)計芯片時,都會按照行業(yè)慣例規(guī)則規(guī)定參數(shù),即設(shè)計基本具有相同的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù),容易實現(xiàn)品牌見相互替代。


比如:FLASH、DDR、LDO、INTERFACE、74XXX、光耦、等等。這類芯片在設(shè)計的封裝尺寸、基本參數(shù)等等很接近,容易實現(xiàn)不同品質(zhì)之間的替代。


芯片國產(chǎn)化的原因

中美貿(mào)易戰(zhàn),造成供應(yīng)鏈存在巨大的風(fēng)險。美國政府對中國企業(yè)制裁名單不斷增加,尤其對高科技各行業(yè)前三大龍頭企業(yè)不斷新增制裁,他們普遍存在強烈的供應(yīng)鏈風(fēng)險擔(dān)憂。


其次,芯片品牌多,型號更多,經(jīng)常存在元器件停產(chǎn)、缺貨、長交期的現(xiàn)象困擾制造業(yè),尤其工控、汽車行業(yè)尤為明顯。


另外,用戶因為缺貨,進行緊急找貨、調(diào)貨,經(jīng)常會買到冒牌貨、散新貨、翻新貨等等,以假亂真,從而導(dǎo)致生產(chǎn)出的貨物不良現(xiàn)象時有發(fā)生。


如: 2021年TI的汽車芯片TPSXXX系列,從10-20元人民幣被炒作到2000元以上,面對這么高的利潤,華強北有些人會鋌而走險。以假亂真。    


最后,制造業(yè)成本壓力大,愿意接受國產(chǎn)替代。華為、中興、比亞迪等行業(yè)龍頭企業(yè)有替代先例,有效地帶動了國產(chǎn)化替代的浪潮。


國產(chǎn)化替代的類型


1、功能性替代。芯片具有基本近似的功能參數(shù)指標(biāo),但因內(nèi)部設(shè)計原理及部分參數(shù)不同,所以無法進行在PCB上的pin to pin完全替換。功能性替代,即換一個品牌重新研發(fā)設(shè)計整個產(chǎn)品!不能完全pin to pin 兼容,通常這類芯片常見有:FPGA、MCU、DSP、CPU/GPU/MPU、AI等芯片,客戶修改設(shè)計周期大概需要3-6個月。


2、完全替代。芯片封裝相同(腳數(shù)、間距、按序列號腳定義等均相同),關(guān)鍵幾個參數(shù)近似度75%以上,基本上可以兼容替代,即通俗所謂的“完全兼容” 。這種替代方式是目前最多見、最常用的方式。


此類替代,具有如下幾類:

①不需要任何設(shè)計修改:不需要修改客戶原始設(shè)計程序。不需要修改PCB的layout原理圖。直接替換原品牌,焊接在客戶端PCB上使用。


例如:替代TI  TL074 運放、LM358運放、SP3485接口芯片、MT48LC32M16  SDRAM等等,都有完全替換的品牌,封裝相同參數(shù)接近,替換性非常成熟、可靠。


②需要修改少量軟件或PCB:封裝相同,但是需要修改程序。如:8-bit MCU一般都是封裝相同,修改替換只需要簡單修改少量的程序代碼即可完成,一般3-6個工作日時間就可以搞定替代,還算是比較容易的。封裝相同需要修改簡單的ID代碼。如:替代MICRON的FLASH,在相同ECC條件下,品牌不同,其中的ID代碼不同,需要在簡單修改很快即可使用。


③腳定義不同兩個芯片封裝完全相同,關(guān)鍵參數(shù)功能也是非常接近,但每個腳的定義順序不同,這種情況需要進行跳線測試,測試OK后,需要進行簡單的PCB設(shè)計,在PCB上就把兩個腳的位置調(diào)換而已。


我愛方案網(wǎng)代理14個主要原廠產(chǎn)品線,賦能芯片國產(chǎn)化替代,包括:瑞芯微、北京君正、小華半導(dǎo)體,珠海極海、中電華大、富奧星、圣邦微、貝嶺、川土微,芯李特、裕泰微、江波龍、捷捷微、群芯微


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