半导体封测展|浅谈半导体设计业面临三大挑战

半导体无处不在，而且具有重要的经济意义。半导体设计，包括物理集成电路和相关软件的设计，约占所有行业研发投资和增值总额的一半。近年来，美国在与设计相关的收入中所占的份额已经开始出现下降的迹象，从2015年的50%以上下降到2020年的46%。其他地区，尤其是韩国和中国，看到设计能力的增长。半导体封测展小编的分析显示，按照目前的发展轨迹，美国的增长份额可能会下降到36%，因为其他地区在未来的增长中占据更大的份额。

如果美国的目标是捍卫其在设计方面的领导地位，并获得设计领导力的相关下游利益，半导体封测展小编觉得，它将需要应对三个挑战。

挑战1：设计和研发投资需求正在上升。随着芯片变得越来越复杂，开发成本不断上升，特别是在前沿制造节点上制造的芯片。如今，美国私营部门在设计研发方面的投资比其他任何地区的私营部门都要多，但世界各国政府提供了重要的激励措施来吸引先进的设计，而美国有落后的风险。此外，美国公众对研发的相对支持水平也落后于其他地区。在美国，由公共投资资助的半导体特定设计和研发领域的总体份额为13%，而在中国大陆、中国台湾、欧洲、日本、和韩国。使美国在设计和研发方面的公共投资与国际同行保持一致，例如，包括对先进的设计和研发的税收抵免，将有助于确保美国相对于其他地区的设计提供公平的竞争环境。

挑战2：设计人才的供给正在减少。虽然世界上大多数的半导体设计工程师今天在美国，但是美国半导体设计行业面临技术工人的短缺，有望看到到2030年这种短缺增加到23000名。鉴于趋势的科学、技术、工程和数学（STEM）毕业生和数量经验丰富的工程师离开这个行业。

公共和私营部门必须共同努力，鼓励更多的美国工人进入设计领域，并鼓励有经验的设计师不要离开该领域或这个国家。此外，私营部门必须继续通过开发和部署新的工具，并优先考虑最高的价值，增加研发和设计，来提高其劳动力的生产力。

挑战3：开放进入全球市场是在压力之下。销售是研发投资的最终资金来源，但关税、出口限制和其他因素威胁着美国半导体公司进入全球市场，含蓄地使研发再投资面临风险。世俗趋势可能会逆转全球化的某些因素，但确保市场尽可能保持开放将使美国受益。美国从自由贸易中显著获益，而从激增的限制中损失最大。

半导体设计领域的市场领先地位具有多种优势，包括：

1.一个创新的良性循环。在设计方面的领导力支持着一个创新的良性循环。例如，设计领导能力使美国的公司能够吸引和培训有才华的外国出生的劳动力。这些劳动力的贡献和创新产生了利润，公司可以再投资于研发，以推动劳动力的持续扩张和未来的创新。

2.提高了塑造标准的能力。在任何技术领域中，标准都支持互操作性，并使公司能够更容易地跨供应链进行协作。通常，公司在设计是第一个开发产品需要标准（如Wi-Fi、蓝牙和5g无线），这使他们能够发挥主导作用在达成共识的标准和快速发展专业知识优化设计一组给定的标准。拥有许多领先设计公司的地区将在设置和利用技术标准的好处方面处于相对优势。

3.更强大的安全。设计领导能力在两个维度上提供了国家安全的优势。首先，有设计领导地位的地区有更先进的机会半导体芯片，可以给防御和武器系统更大的功效。其次，具有设计领导地位的区域可能会降低恶意篡改和供应链拦截的风险，例如，通过保护关键的设计信息和实现设计IP的可追溯性和控制。

4.扩大了高质量的就业机会。设计领导直接通过高工资支持高质量的就业，间接支持高就业倍数。

半导体封测展小编觉得，在半导体设计方面的创新领导地位可以在多个行业中产生创新，从而支持更广泛的经济增长和市场领导地位。

自动驾驶汽车。半导体设计师和汽车制造商可以创造和共同优化芯片，以更有效地处理来自汽车上传感器的数据。定制设计的芯片还可以包括关键的安全特性，如冗余电源系统，以确保芯片在最具挑战性的环境中安全可靠地运行。

智能手机。通过与OEM设备工程师密切合作，芯片设计师可以优化他们的设计，以满足最新智能手机不断发展的系统需求。例如，定制设计的芯片可以提高设备上的人工智能性能、图像处理和功率效率。通过在系统级别上严格控制设计权衡，设计师可以创建具有更多创新特性和优越的整体性能的硬件和软件系统。

云计算。设计师创建定制芯片以满足特定的云计算需求，从高质量的视频流到COVID-19的高效基因组分析。这种芯片可以帮助数据中心优化性能和降低功耗。这些好处在2020年就很明显了，当时快速云计算帮助研究人员和科学家快速对COVID-19变异体的基因组进行测序。

5g通信。芯片设计师与其他通信公司合作，以优化系统性能。例如，芯片设计师与网络运营商合作，为网络运营商的手机基站和设备制造商的收发器设计定制芯片。通过协同解决这些问题，移动网络运营商可以更有效地优化通信系统，更可靠地实现5G。

医疗器械。植入式心脏起搏器和神经刺激器等医疗设备可以成为救命稻草。通过设计定制芯片，医疗设备制造商可以确保设备必须在具有挑战性的物理环境下工作，例如，在人体内部，能够以超低的功耗、异常高的可靠性和最大的诊断用途运行。

国家安全导弹系统、飞机、无人机和雷达系统都依赖于半导体。芯片设计的领导地位使美国国防工业能够加强现有的和创新的新的和优越的防御系统，这对加强国家安全至关重要。

半导体行业正吸引着政策制定者的强烈兴趣。半导体封测展小编觉得，随着世界各国政府和企业对该领域进行重大投资，半导体设计方面的创新肯定会继续下去。