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芯片国产替代:替代策略与实施要则干货


在缺“芯”困局之下,国产替代的呼声愈发高涨。但就目前的产业环境而言,国产芯片替代实际上机遇与挑战并存。半导体行业由于其自身“高精尖”特质所致,是典型的资产密集、技术密集、人才密集型产业。产品从研发到量产的周期较长,需数十年。同时,芯片国产化的机遇也是空前的。国家利好政策不断发布:投资补助、税收优惠等为半导体产业发展保驾护航,加之众多资本持续加大对芯片产业的投资力度,也有助于国产厂商的发展及技术突破。本文内容根据2022 ICS集成电路峰会论坛上,深圳市大盛唐科技有限公司总经理韩军龙带来的国产替代实战分享,来了解关于芯片国产替代的策略及实施要则。


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大盛唐科技有限公司总经理 韩军龙

国产替代实战分享


什么是芯片替代?

①澄清没有设计、生产出“完全”一样的两个芯片

因为芯片设计者经验、硅片纯度、wafer制造工艺、封装设备、QC测试标准、金属线材成分等等一系列因素存在差异化,所以严格意义上讲,所以不存在完全相同的芯片替代。如下图:芯片就像树叶一样,没有完全相同的两个。


②实际工作中的替代要求

实际工作中,我们所谓的芯片替代,一般选择3~5个关键参数比较接近(>75%以上近似度),甚至是2-3个参数接近即可,就基本实现了客户的功能要求,即可以替代成功;一般至少75%以上的近似度比较理想,这样有利于替代后,实现电路的稳定性、可靠性。


除了某一领域先进的专用芯片以外,一般情况下,为了用户使用便捷化,大多数芯片设计公司在设计芯片时,都会按照行业惯例规则规定参数,即设计基本具有相同的标准参数,容易实现品牌见相互替代。


比如:FLASH、DDR、LDO、INTERFACE、74XXX、光耦、等等。这类芯片在设计的封装尺寸、基本参数等等很接近,容易实现不同品质之间的替代。


芯片国产化的原因

中美贸易战,造成供应链存在巨大的风险。美国政府对中国企业制裁名单不断增加,尤其对高科技各行业前三大龙头企业不断新增制裁,他们普遍存在强烈的供应链风险担忧。


其次,芯片品牌多,型号更多,经常存在元器件停产、缺货、长交期的现象困扰制造业,尤其工控、汽车行业尤为明显。


另外,用户因为缺货,进行紧急找货、调货,经常会买到冒牌货、散新货、翻新货等等,以假乱真,从而导致生产出的货物不良现象时有发生。


如: 2021年TI的汽车芯片TPSXXX系列,从10-20元人民币被炒作到2000元以上,面对这么高的利润,华强北有些人会铤而走险。以假乱真。


最后,制造业成本压力大,愿意接受国产替代。华为、中兴、比亚迪等行业龙头企业有替代先例,有效地带动了国产化替代的浪潮。


国产化替代的类型


1、功能性替代。芯片具有基本近似的功能参数指标,但因内部设计原理及部分参数不同,所以无法进行在PCB上的pin to pin完全替换。功能性替代,即换一个品牌重新研发设计整个产品!不能完全pin to pin 兼容,通常这类芯片常见有:FPGA、MCU、DSP、CPU/GPU/MPU、AI等芯片,客户修改设计周期大概需要3-6个月。


2、完全替代。芯片封装相同(脚数、间距、按序列号脚定义等均相同),关键几个参数近似度75%以上,基本上可以兼容替代,即通俗所谓的“完全兼容” 。这种替代方式是目前最多见、最常用的方式。


此类替代,具有如下几类:

①不需要任何设计修改:不需要修改客户原始设计程序。不需要修改PCB的layout原理图。直接替换原品牌,焊接在客户端PCB上使用。


例如:替代TI TL074 运放、LM358运放、SP3485接口芯片、MT48LC32M16 SDRAM等等,都有完全替换的品牌,封装相同参数接近,替换性非常成熟、可靠。


②需要修改少量软件或PCB:封装相同,但是需要修改程序。如:8-bit MCU一般都是封装相同,修改替换只需要简单修改少量的程序代码即可完成,一般3-6个工作日时间就可以搞定替代,还算是比较容易的。封装相同需要修改简单的ID代码。如:替代MICRON的FLASH,在相同ECC条件下,品牌不同,其中的ID代码不同,需要在简单修改很快即可使用。


③脚定义不同两个芯片封装完全相同,关键参数功能也是非常接近,但每个脚的定义顺序不同,这种情况需要进行跳线测试,测试OK后,需要进行简单的PCB设计,在PCB上就把两个脚的位置调换而已。


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