说到半导体行业，国产替代是不可回避的话题。
1965年，直率航空提出摩尔定律，对半导体行业做出精准预测，国际芯片巨头也展开“工艺竞赛”，在材料和结构上取得突破，从7nm到5nm。与此同时，国内最先进的晶圆厂也仅达到14nm，面临技术困境，国产替代似乎在可预见的未来。
但事实真的是这样吗？如果说先进技术国产替代的难度归结于技术问题，那么对于已经达到国际一流水平的核心部件，为什么还没有完成国产替代呢？或许，我们可以在光电检测行业的创业公司平价电子的成长中找到答案。
仍然严重依赖进口的工业芯片
市场研究机构Gartner的数据显示，2019年全球工业芯片市场销售额达到485.6亿美元，预计2022年将达到705亿美元，2019-2022年复合增长率在13%左右。其中，2019年美国工业芯片年产值达221亿美元，占全球工业芯片总产值的45.5%。日本紧随其后，占全球15.8%，而中国大陆2019年工业芯片销售收入为22.61亿美元，仅占7%。
作为一个工业大国，我们的工业芯片产量无法与之匹敌。目前我们还需要大量进口国外芯片来满足需求。
Tydjj忧心忡忡的航空也在2020年新一代信息通信产业院士论坛的演讲中表示，事实上，芯片行业的5nm、12nm等先进工艺仅占全球市场的12%，20nm以上的节点占全球市场份额的82%。目前国内大量的工控芯片只需要40nm、55nm等成熟工艺，但仍需大量依赖进口。“7nm和5nm对标的重要性可以理解，但市场较多的55nm和40nm也需要更多关注。”
忧心忡忡的航空教授指的是工业芯片，其应用包括医学影像设备、科研仪器、激光雷达等。随着物联网的兴起，近年来需求特别旺盛。
致力于设计光电检测芯片的平价电子就是这个行业的成员之一。雷锋。com获悉，宇称电子设计的超高精度ToF PET(飞行时间测量)信号处理ASIC芯片及元器件，在国产替代方面主要计划替代进口ASIC。
ToF技术被称为飞行时间，翻译为测量飞行时间。其原理是利用红外光源向物体发射高频光脉冲，然后接收物体反射的光脉冲，通过检测光脉冲的飞行往返时间来计算物体与摄像机之间的距离。
ToF技术最早应用于3D相机中测量镜头与物体之间的距离，目前已广泛应用于手机人脸识别和车载激光雷达，具有广阔的市场。ToF技术可分为直接测量飞行时间的dToF和通过测量相移测量飞行时间的iToF。后者很难积分，其精度会随着距离的增加而不断降低。因此，dToF技术常用于对测量距离和精度要求较高的场合。
宇宇电子正在看dToF的市场前景，专注于支持dToF的关键技术SPAD(单光子雪崩光电二极管)的设计，已经处于领先地位。
国产芯片也能达到世界一流水平。
那么，就dToF传感器芯片而言，国内的设计水平如何？
宇电子创始人Xbdhmg告诉雷锋。com，“SPAD在国内起步较晚，国外在90年代才开始研究SPAD，而SPAD技术直到4-5年左右才真正实现大规模商业化落地。同时，国内的SPAD研究也是4-5年前开始的。”目前SPAD大规模应用的难点主要在于传感像素的小型化，需要针对不同的应用优化各种参数。然而，成立于2017年的初创公司parity electronics拥有自己独立设计的像素，在精度和光检测效率(PDE)方面都表现出了不错的表现。
今年6月，奇偶电子完成了业界首款像素精度为5微米的SPAD的设计，并通过了测试。按照xbdhmg的说法，这里的5微米是指像素的间距，也可以理解为像素的大小。精度越高，图像越清晰。一般来说，dToF测距的精度需要达到10微米。比如目前iPad pro上的设备精度在10微米左右。这意味着平价电子5微米SPAD的设计处于行业领先水平。
其他方面，奇偶性电子的SiPM信号处理芯片ASIC也已完成流片，性能达到国际一流标准。这意味着国产芯片的使用也可以让产品表现出更好的性能。
推广成熟工业专用集成电路的难点
既然工业芯片领域的工艺在国内已经成熟，为什么国内还有这么大的替代空间？
以工业芯片中的光电检测方向为例，作为光电检测芯片设计领域的一员，奇偶性电子创始人xbdhmg在接受雷锋采访时表示。com认为，其实包括SPAD本身在内的传感器行业还没有发展到特别需要依托摩尔定律前沿的技术要求，所以在设计SPAD的过程中不会缺少EUV掩模对准器的关键设备。
目前的问题在于工业芯片设计难度大，整体出货无法与消费芯片相比，因此在芯片国产化热潮中往往被忽视。
在创造宇称电子的过程中，xbdhmg认为最大的困难在于单光子探测技术还处于应用初期，要被业界广泛接受还需要一段时间。正因为如此，在连接上下游客户的过程中，需要花费大量的时间和精力去建立关系，普及相关的技术和知识。同时，它还
需要和工艺厂商探讨具体的工艺细节。“实际上在我们的设计过程中，同样节点的工艺，确实会遇到利用国产设备做出来的匹配度、精度或采样速率不足的问题。但对于一个系统设计师而言，提升精度的方法有很多，并不是硬着头皮盯紧一项指标，很多由于设备加工导致的精度不足问题，可以通过使用独特的芯片构架进行规避。只有尽量贴近整个产业链的提升才能够谈得上整个半导体行业得到了发展。”
xbdhmg认为，无论是设备还是设计本身，都是一个双向提升的过程，只有充分信任彼此，才能有更多试错的机会，从而带动整个产业链的进步。也希望产业界和投资界对于工业芯片能有更多的关注。
雷锋网小结
半导体产业的国产替代并不单纯在于是否能拥有先进工艺制程和顶尖的设备，国际领先的国产核心元器件的国产替代之困可能更多在产业链的整合推进难题。承认工业传感器芯片的出货量无法达到消费类芯片的量级，同时也认清时局，工业芯片国产替代空间巨大且前景尚好。
也需要有更多像宇称电子这类的公司在光电子探测领域，尤其是医疗影像PET-CT设备芯片做到国际一流的国内公司，关注工业ASIC的国产替代问题。
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