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模拟芯片设计师的三个层次——独家专访纳芯微联合创始人兼CTO 盛云


模拟芯片人才日益紧俏。一方面,近几年半导体市场繁荣,越来越多模拟芯片创业公司成立,对工程师需求量大增,导致成熟人才不断分流;另一方面,模拟人才培养周期慢,一名硕士生从毕业到真正独立负责一款产品的开发,往往需要三四年时间,而要登堂入室,可能需要十年以上的持续修炼。需求多,培养慢,模拟芯片人才就更金贵,用纳芯微盛云的话说就是:“现在优秀的模拟芯片设计师千金难求。”


近日,探索科技(ID:techsugar)独家专访了纳芯微联合创始人兼CTO盛云,就模拟芯片设计业发展趋势与行业人才等话题进行了探讨。


模拟芯片设计如何“三步进阶”


那么,如何成为一名优秀的模拟芯片设计师?盛云建议,要想成为优秀的模拟设计师,年轻的工程师可以分三步走:先要吃透理论;然后通过参与实际项目反复练习,培养出工程直觉;以上基础扎实后,再打通上下环节,结合具体应用,才能实现创新。


与数字电路不同,模拟电路很多时候是模糊逻辑,需要考虑的变量特别多,往往没有绝对优化路径,工程师需要根据自身经验和实际需求来做出相对优化的选择。如果对电路理论理解得不够深,而主要依赖经验和EDA工具仿真做模拟芯片开发,虽然早期可能上手快,但很容易遇到瓶颈。


盛云认为,在模拟设计中,仿真主要作为验证工具来用,不能依赖仿真做开发。工程师可以利用仿真工具来建立对电路的直观理解,快速掌握电路架构,定位问题和解决问题,但工具只是工具,在职业生涯早期过于依赖工具,并不利于建立起对电路的深刻理解。


“像Razavi和Willy Sansen等写的经典书本,要反复去看,书本上涉及到的知识点,要理解透,在此基础上,补充具体应用的知识,再加上工程实践,才能做好电路。”盛云表示,通过这样从理论到实践、再把项目经验上升到理论的循环往复,不断积累经验,持续训练以形成技术直觉。他说:“所谓的技术直觉就类似于在AI里的加速器,在工程师大脑里面构建一个电路设计加速器,从而能快速准确地判断电路设计是否合理,并且去定位问题。然后在此基础上,逐渐去把控规模更大的电路设计,这是我对模拟芯片设计的理解。”


有了扎实的电路理论基础与敏锐的技术直觉,已经具备了成为优秀模拟工程师的必要条件,如果想更进一步,成为精英级设计师,则需要拓宽自己的知识面,从系统角度全盘考虑产品定义,而并非是局限在具体电路实现上。例如,加强对器件和工艺的理解,将有助于模拟设计师从器件与工艺层面和设计做折中,从而实现更优选择,甚至可以改进工艺,从而实现更定制化的产品。


模拟芯片创新方向:组合式创新


在电子系统中,模拟芯片扮演与物理世界打交道的角色,因而模拟芯片受物理世界因素影响比数字芯片要大,无论是器件与工艺、封装与材料,还是PCB走线与外部器件,都会影响到模拟芯片的性能。而历经数十年发展,模拟电路的结构虽然未必被穷尽,但大幅度的创新空间已经越来越小。因而跳脱出电路本身,把模拟芯片开发、制造、应用环节的影响因素都考虑在内,通过组合工艺、封装、电路设计与系统应用等多环节的创新点,来实现性能与成本优势的有效提升,就成为当前模拟芯片创新的主流方向。


所以,盛云表示,模拟高手要综合考虑这些因素,并与具体电路设计技术相结合,才能够定义出有开创性的产品,盛云将这种创新称之为“组合式创新”。 

“比如纳芯微的电流传感器芯片,不是一个简单的芯片,而更像一个小模组。”用一颗电流传感器芯片为例,盛云向探索科技讲解组合式创新到底如何实现,他说:“我们需要从优化工艺的角度,去提升霍尔磁传感器部分的性能;同时要配一个高精度、低噪声、低偏置的模拟前端电路,来准确传输传感器信号;还要在封装上集成低阻抗电流路径,同时还要解决高隔离度的耐压问题;而提高灵敏度,降低应力影响,也离不开各种创新的封装设计。这颗芯片就是典型的组合式创新,通过这样的创新,为我们的客户带来更多价值。”


异质集成技术是当前的热点方向,硅光电路和芯粒(Chiplet)封装等也是典型的组合式创新技术案例。


对于电路设计技术已经成熟的工程师,盛云鼓励他们从产品和应用的角度去理解客户的真实需求,参与到产品开发的全流程中,从而逐步建立起对产品和应用的深入理解,最终具备组合式创新的能力。


纳芯微的人才养成计划


“一代拳王”现象在模拟芯片领域并不突出。在笔者看来,模拟市场很分散,单一产品全市场每年销售额有几千万元就值得做,因而很少有模拟芯片公司只靠一两款明星产品就能在市场立足,要持续出产品,做出产品“军团”才能生存。全球领先的模拟芯片公司,在量产的料号往往有数万个。想在模拟市场出头,就要不断拓展新市场,就要绵密延续地推出新产品,而这种扩张自然离不开人才。


盛云强调,模拟芯片设计公司未来发展的关键因素之一是人才储备,在人才争夺日益激烈的当下,成熟人才供给越来越受限,因而企业培养自己的人才就显得尤为重要。


纳芯微的人才培养计划主要分为内外两部分。外部计划主要是通过校企合作,与相关高校在学术研究、产业化项目等层面建立密切合作关系。例如,国际固态电路学会(ISSCC)2022年的一篇关于隔离电源的论文,就是由中国科学技术大学(以下简称“中科大”)国家示范性微电子学院程林教授课题组与纳芯微合作贡献。


作为集成电路设计领域最高级别会议,ISSCC向来被视作芯片设计技术发展的风向标。程林教授课题组的这一研究,目的是为解决当前直流隔离电源效率较低、EMI较大的痛点。传统隔离DC-DC转换器降低EMI的方法大多局限于板级层面,开发成本高,且无法从根源上解决EMI问题。程林教授课题组提出了一种新型发射端拓扑结构,在芯片层面上减小隔离电源系统的共模电流,以降低EMI辐射。此外,该研究提出的架构只采用了低压功率管,从而有效提高了振荡器的转换效率,降低了芯片成本。


盛云解释,企业想要在产品上保持持续竞争力,就一定要在关键技术领域的创新研究上提前布局。比如与中科大的合作,既为纳芯微下一代隔离电源芯片产品开发储备了关键技术,也是公司主动参与高校人才培养过程,为解决芯片行业人才短缺问题承担了一定的企业责任。

对加入公司的新员工而言,纳芯微也有完整的培训计划与成长体系。应届生入职后,公司会分配相应的企业导师进行指导,新员工通过日常技术分享会、项目评审会和纳芯微技术大会(Novosense Technology Conference,简称NTC)等了解自己所从事方向的技术与项目进展情况,从而逐步积累经验,最终为项目实战打好基础。


作为一家目标定位在长远发展的芯片公司,纳芯微很早就意识到研发工作与人才培养是工作的重心。自2017年开始,纳芯微已经成功举办了五届NTC。“那时候全公司才30多个人,我们研发人员就围坐在一个小会议室里,大家相互分享技术体会和心得,这几年公司发展越来越壮大,每一届NTC都有很多人踊跃投稿参与,我们会选择其中比较优秀的在会议上展示。”回想起第一届NTC时的情况,盛云颇多感慨,他表示,NTC给工程师提供了很好的技术交流机会,也强化了公司对自主创新的重视。


盛云说:“纳芯微是一家年轻又有活力的公司,我们企业价值观中有两点是:“持续学习”和“坚持长期价值”。对技术的尊重、对工程师文化建设的重视和对工程师的长期培养是我们企业价值观中很重要的一部分,其中,NTC就是纳芯微鼓励技术创新、经验分享与内部培养的一个具体体现。”


缩小与国际巨头差距还须戒骄戒躁


近年来,本土模拟芯片公司进步很快,在不少应用品类中有优异表现,已经形成了局部突破态势。在盛云看来,纳芯微的隔离产品和传感器产品已经不输于国际巨头,而其中部分新型号由于在技术创新上投入更多,因而性能比国际大厂还有优势,这种性能上的优势,也获得了头部客户的认可与反馈。本土优秀的模拟工程师水平,与国际同行相比,也毫不逊色。


但本土公司与国际巨头在整体上仍有差距。只有当模拟芯片公司发展到一定阶段,产品组合更丰富了,同时,凭借模拟技术与IP之间很多的共通性,才能达到较大的规模效应。这种规模效应,也能为研发新产品及组合式创新带来更大优势。


盛云认为,领先的本土模拟芯片公司想要扩大规模、长远发展,缩小和国际大厂的差距,还须戒骄戒躁。“发展的关键在于人才和创新的企业文化,我们需要吸纳优秀的工程师,并培养他们成长,同时也要养成鼓励创新的企业文化。”盛云强调,发展中“耐心”很重要,“差距”让很多从业者焦虑,但欲速则不达,揠苗助长反而会适得其反,他表示,要持续地投入资源,耐心地去积累新技术和IP。


盛云师从复旦大学洪志良教授。作为模拟芯片学术界的元老,洪志良教授已经培养了数百位优秀的研究生和博士,如今遍布国内模拟芯片产业链,很多已经成为业内栋梁之材,他虽已过退休年龄,但仍然奋斗在教育一线。


“洪老师教给我的不只是电路设计技术,更重要的是一种生活态度。他不仅专注于学术研究和学生培养,还一直坚持运动,跟学生一起踢足球、打篮球。认认真真工作,认认真真生活。”多年来,盛云一直以洪教授作为自己的楷模,他期许自己像导师一样兢兢业业为本土芯片产业发展尽心尽力,他说:“我希望通过纳芯微这个平台,为国产芯片技术进步和行业培养更多的人才做一点贡献。”


受访人简介

盛云

苏州纳芯微电子股份有限公司联合创始人、副总经理、CTO盛云先生于2013年创立了苏州纳芯微电子股份有限公司(以下简称“纳芯微”),兼任公司副总经理及CTO,负责公司的整体技术布局、芯片研发和产品规划。


盛云具有丰富的芯片研发和半导体企业经营管理经验。自创立纳芯微以来,他带领公司始终坚持面向高端模拟及混合信号芯片领域的独立创新和自主研发,不断丰富产品品类、开拓前瞻研发。截至2021年,公司已拥有专利49项,其中发明专利17项;拥有软件著作权12项,另有集成电路布图登记证书28项。目前,纳芯微已形成了“信号感知”、“功率驱动”和“系统互连”三大产品系列,年产销各类芯片超过10亿颗,广泛应用于通信、工业自动化、汽车电子及消费电子领域。2022年4月22日,公司在上交所科创板上市。


2008年,盛云毕业于复旦大学微电子专业,获得硕士学位。

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