圍繞IC設(shè)計(jì)的上下游行業(yè)動(dòng)向

2011年，全球電子業(yè)產(chǎn)值達(dá)2萬億美元，其中包括產(chǎn)值超過3000億美元的半導(dǎo)體市場(chǎng)(圖1)，并且從長期來看，二者都保持著持續(xù)的增長。盡管目前面臨著美元疲軟和歐債危機(jī)，但BDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)業(yè)主要服務(wù)電子產(chǎn)業(yè)的前端，當(dāng)前產(chǎn)業(yè)波動(dòng)和小幅調(diào)整主要是在后端，因此這輪波動(dòng)對(duì)EDA公司的影響較小。

半導(dǎo)體的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力是先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)和超越摩爾定律(more-than-more)的需求；市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)力是應(yīng)用、視頻、移動(dòng)性、云和綠色技術(shù)。

為了加速實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)，Cadence提出了EDA360構(gòu)想，擴(kuò)展了傳統(tǒng)的純硬件的EDA范疇，囊括了完整的軟硬件應(yīng)對(duì)于應(yīng)用開發(fā)。BDA360定義了三層設(shè)計(jì)：硅片實(shí)現(xiàn)、SoCf系統(tǒng)芯片)實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

在技術(shù)上，Cadence現(xiàn)在正和一些客戶做14nm設(shè)計(jì)。Intel已經(jīng)在做14nm設(shè)計(jì)了，原因是其22nm制程已投產(chǎn)。

Cadence有芯片、PCB(印制板)、系統(tǒng)三大類工具，從EDA-V具角度看，3D(三維)芯片可以實(shí)現(xiàn)。目前市面上有一二十家企業(yè)做出了3D產(chǎn)品，但良品率、散熱如何解決還值得探索，因此3D現(xiàn)在仍有爭議。

同時(shí)，EDA廠商還需要和IP(知識(shí)產(chǎn)權(quán))、代工廠緊密合作。那么，現(xiàn)在一些代工廠也開始提供Ip和工具，是否將來會(huì)和BDA公司競(jìng)爭? Cadence設(shè)計(jì)系統(tǒng)公司全球區(qū)域運(yùn)營高級(jí)副總裁黃小立認(rèn)為，EDA是軟件和支持為重，代工廠是制程和硬件為重。因此代工廠發(fā)展，不會(huì)使EDA企業(yè)邊緣化。

SOC／ASIC客戶會(huì)越來越少?

“總有一些瘋狂的創(chuàng)業(yè)者，敢和大家伙競(jìng)爭。”黃小立介紹，28nm雖然門檻高，但也會(huì)有新公司進(jìn)入，只要?jiǎng)?chuàng)意好，資本募集不成問題。據(jù)悉，一家海外公司前段時(shí)間募集了l億美元進(jìn)入半導(dǎo)體業(yè)：高通和博通等公司2011年都有大手筆的收購，說明二家公司都成功地募集到了資本：展訊從150nm一下能跳到40nm設(shè)計(jì)，基帶芯片獲得了極大的成功。因此“開公司需要勇氣，不賭不成功。”

ARM公司也認(rèn)為工藝節(jié)點(diǎn)的進(jìn)步，并沒有影響SoC／ASIC(專用集成電路)的客戶數(shù)量。ARM中國總裁吳雄昂回憶道，五六年以前，大家都認(rèn)為到40nm以后ARM就沒有多少合作伙伴了，因?yàn)榘雽?dǎo)體業(yè)就這么十家公司能做40nm。

“但是現(xiàn)在中國做40nm高端工藝芯片可能就不止十家!”所以“實(shí)際上我不覺得ASIC開工量少了，我反而覺得SoC的芯片種類變多了。”因?yàn)閺腁RM每年賣license(許可使用)的數(shù)據(jù)，很明顯地感覺到這幾年是在上升的。

究其原因，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是主要的驅(qū)動(dòng)力，因?yàn)榇蠹以诖藘r(jià)值鏈上可以做很多不同的產(chǎn)品。但如果是PC時(shí)代，全球所有PC的規(guī)格是一模一樣的，因此不需要那么多種芯片，終端廠商就可以過得很好。

但移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代的另一個(gè)趨勢(shì)是每一款芯片出來以后，可以賣的量和維持時(shí)間不如從前了，不像以前設(shè)計(jì)一款可以賣五年。現(xiàn)在基本上兩年不到一定會(huì)換了。據(jù)ARM觀察，其客戶更新?lián)Q代的速度比過去要快很多。例如，過去一個(gè)產(chǎn)品周期是三年，現(xiàn)在一個(gè)產(chǎn)品周期一年半，“就是說9-12個(gè)月，他也許還沒做完，也要立馬開下一個(gè)項(xiàng)目。”

創(chuàng)意電子(Global Unichip)中國區(qū)總裁居龍也看好ASIC和ASSP的增長率，并提供了Gartnar的最新數(shù)據(jù)(如圖3和4)。代工廠和芯片設(shè)計(jì)公司的合作更緊密

當(dāng)前，EDA公司跟代工廠和芯片設(shè)計(jì)公司ffabless)的合作會(huì)越來越緊密，正趨向IDM(集成器件制造商)內(nèi)部的那種配合。究其原因，Synopsys全球副總裁、亞太區(qū)總裁潘建岳指出，在代工廠方面，因?yàn)楹芏喙に嚿系膯栴}往往是跟設(shè)計(jì)直接有關(guān)系的，比如IP(知識(shí)產(chǎn)權(quán))，現(xiàn)在所有口一定要跟工藝結(jié)合到一起，否則你的IP是沒法使用的；另一方面，任何一個(gè)你的IP要做得好的話，一定也要和整個(gè)的設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)工具有很好地結(jié)合。

再如成品率。通常認(rèn)為成品率肯定是工藝的事；但實(shí)質(zhì)上，我們目前看到的是，大概有接近1／3左右的成品率的問題是沒計(jì)問題。所以要想真正地提高成品率，就需要代工廠、fabless配合。Synopsys現(xiàn)在就有這類工具一PrimeYieldLCC和SynopsysGalaxy，“可分析你的數(shù)據(jù)，在幾天之內(nèi)帶給你詳細(xì)報(bào)告，即按照你這樣的設(shè)計(jì)，在這種工藝上進(jìn)行生產(chǎn)可能會(huì)有什么樣的問題。使在你大量生產(chǎn)之前，知道要做哪些調(diào)整。”

EDA業(yè)的新技術(shù)和突破

Synopsys目前在幾個(gè)領(lǐng)域有突破：1 在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面有很大的強(qiáng)化：2 在軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方面，新的軟件協(xié)同設(shè)計(jì)相比以前的概念有所突破，現(xiàn)在重要的一個(gè)著眼點(diǎn)是。因?yàn)楝F(xiàn)在芯片上都是SoC，上面要運(yùn)行很多軟件，因此軟件很復(fù)雜，要提早進(jìn)行開發(fā)。那怎樣在芯片出來之前就進(jìn)行軟件開發(fā)?svnopsys目前的解決方案是推出了基于FPGA的硬的原型機(jī)：另外就是基于通過一系列并購?fù)瓿傻摹谔摂M化的軟的原型機(jī)。無論是基于硬的還是軟的原型機(jī)，都是幫客戶在芯片完成之前，提供一個(gè)芯片的原型，使軟件工程師進(jìn)行開發(fā)：3 現(xiàn)在的工具進(jìn)到工藝40／4Snm、28／32nm以后，還有很多新的挑戰(zhàn)。所以從去年開始，Synopsys在推in design，即在設(shè)計(jì)過程中間，就同時(shí)來進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則的檢查，保證客戶做出來的設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)規(guī)則、工藝規(guī)則是符合的。例如Synopsys最近在推的Design CompilerExplorer工具。

MentorGraphics的設(shè)計(jì)到硅片部門副總裁兼總經(jīng)理Joseph Sawick介紹道，下一代數(shù)字應(yīng)用的設(shè)計(jì)復(fù)雜性正在逐步超出當(dāng)前設(shè)計(jì)方法的解決能力范圍。越來越多的設(shè)計(jì)都將是大型系統(tǒng)，它們包含嵌入式內(nèi)核、IP和使用計(jì)算密集型算法的復(fù)雜信號(hào)處理軟件。為了解決這種復(fù)雜性問題，Mentor為硬件生產(chǎn)提供了ESL(電子系統(tǒng)級(jí))設(shè)計(jì)工具套裝。Mentor的Catapult c Synthesis產(chǎn)品是客戶驗(yàn)證型算法綜合環(huán)境，可使用純粹的c++語言來描述功能目的。

Magma(注：2 011年12月，Synopsys收購了Magma)中國區(qū)總經(jīng)理王嶸稱在40和28nm及以下，Magma同時(shí)優(yōu)化Core(核)和模塊，使設(shè)計(jì)的迭代次數(shù)減少，并方便設(shè)計(jì)者考慮面積(成本)和功耗。Silicon One是Magma的技術(shù)解決文案。Magma產(chǎn)品包括數(shù)字設(shè)計(jì)軟件、模擬實(shí)現(xiàn)、混合信號(hào)設(shè)計(jì)、物理驗(yàn)證、電路仿真、特征化和良率管理。消費(fèi)電子的上市時(shí)間最重要

Tensilica亞太區(qū)總監(jiān)黃啟弘認(rèn)為，消費(fèi)電子的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)業(yè)要轉(zhuǎn)變觀念，誰先到市場(chǎng)，誰就有話語權(quán)。最重要一點(diǎn)是誰先到市場(chǎng)誰就定義了市場(chǎng)，去年智能手機(jī)出貨率已經(jīng)降到50％以下，但是蘋果的利潤卻比別家的多。采用先進(jìn)的IP可以加快上市時(shí)間。

半導(dǎo)體價(jià)值鏈的變革催生設(shè)計(jì)服務(wù)

隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的分工細(xì)化，2000年后出現(xiàn)了設(shè)計(jì)服務(wù)公司，替代IC設(shè)計(jì)公司或系統(tǒng)公司把IC做出來(如圖5)。其中最大的廠商是我國臺(tái)灣的創(chuàng)意電子，2010年?duì)I業(yè)額達(dá)到3.27億美元、臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司(TSMC)是其大股東之一，因此創(chuàng)意電子的設(shè)計(jì)主要到TSMC流片：芯原2010年的營業(yè)額約0.7～1億美元，其設(shè)計(jì)可以在多家代工廠流片：我國大陸的中芯國際集成電路制造有限公司(sMIC)入股了燦芯半導(dǎo)體(上海)有限公司，因此燦芯的設(shè)計(jì)主要在SMIC流片。

當(dāng)今，新的半導(dǎo)體業(yè)的挑戰(zhàn)是：消費(fèi)類市場(chǎng)與用戶應(yīng)用驅(qū)動(dòng)Ic業(yè)發(fā)展；迅猛上升的設(shè)計(jì)復(fù)雜度和成本：IDM走向輕制造：半導(dǎo)體生態(tài)環(huán)境已經(jīng)成熟；系統(tǒng)公司尋求差異化。這些趨勢(shì)使得設(shè)計(jì)的復(fù)雜度提高，例如聯(lián)發(fā)科技(MTK)的系統(tǒng)與軟件工程師是硬件工程師的3倍，系統(tǒng)工程師需要對(duì)芯片有全面的理解。創(chuàng)意電子中國區(qū)總裁居龍稱，其Flexible ASIC Model幫助客尸解決上述挑戰(zhàn)，除了客戶對(duì)系統(tǒng)的理解不能外包，創(chuàng)意電子其他都可替代做，例如先進(jìn)的soc設(shè)計(jì)服務(wù)、數(shù)字及模擬IP、后端運(yùn)營等。在創(chuàng)意電子的2011年客戶中，43％從事65nm設(shè)計(jì)，36％做40nm設(shè)計(jì)，2％做28nm設(shè)計(jì)。66％用于通信，可見移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力。

的確，移動(dòng)互聯(lián)終端是中國本土客戶的開發(fā)熱門。芯原股份有限公司董事長兼總裁戴偉民稱該公司提供智能手機(jī)或xpad的設(shè)計(jì)能力。芯原不僅僅是IP供應(yīng)商、設(shè)計(jì)服務(wù)提供者，而且還是一個(gè)定制硅片解決方案(customsilicon solution)提供商：提供以應(yīng)用為導(dǎo)向的soC／SiP平臺(tái)：基于IP的soc／SiP平臺(tái)；中間件和軟件堆棧：基于FPGA的原型機(jī)：虛擬原型機(jī)等。

摩爾定律會(huì)稍微減緩

據(jù)TSMC中國業(yè)務(wù)發(fā)展副總經(jīng)理羅鎮(zhèn)球介紹，自從2011年10月TSMC宣布28nm正式量產(chǎn)后，在TSMC投入的28nm項(xiàng)目已超過100個(gè)。

對(duì)TSMc來說，一條生產(chǎn)線一般是2，5萬片晶圓。TSMC現(xiàn)在新廠的規(guī)劃是每個(gè)廠要超過10萬片產(chǎn)能。TSMC的12英寸廠月產(chǎn)能有可能超過15萬片。

不過，自從2011年10月后，TSMC也感到Ic市場(chǎng)需求在下滑，預(yù)計(jì)最早2012年二季度復(fù)蘇，而業(yè)界普遍認(rèn)為是2012年下半年。

對(duì)于產(chǎn)業(yè)的預(yù)測(cè)，TSMC董事長兼首席執(zhí)行官張忠謀在業(yè)界偏悲觀。張忠謀的出發(fā)點(diǎn)是，只投入可以賺得回來的資本，才可以經(jīng)營得好，即不怕投得多，只怕賺得少。TSMC在2011年初時(shí)預(yù)估投入78億美元。實(shí)際2011年大概會(huì)投73億美元。

摩爾定律現(xiàn)在會(huì)稍微減緩、但還將繼續(xù)存在。對(duì)于制程節(jié)點(diǎn)的物理極限，TSMC資深副總裁蔣尚義稱7nm在技術(shù)上不是問題。現(xiàn)在TSMC正在研發(fā)14nm制程。

TSMc全球的生意訂單約70％來自北美。該公司的毛利率40％以上(圖6)。世界fabless前名跟TSMC的前五大客戶排名幾乎一致。

中國對(duì)TSMC有戰(zhàn)略意義

TSMC在上海的工廠的月產(chǎn)能是7萬片、8英寸的晶圓。滿產(chǎn)能還可以稍微多一些。

現(xiàn)在中國大陸占TSMC全球的市場(chǎng)份額約4％。TSMC估計(jì)中國大陸占全世界Ic的市場(chǎng)也是4％左右。

TSMC認(rèn)為中國的Ic設(shè)計(jì)業(yè)大有前途，因?yàn)樵O(shè)計(jì)業(yè)的投入較小，利潤率可以很高。羅鎮(zhèn)球稱贊中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)集成電路設(shè)計(jì)分會(huì)理事長魏少軍的觀點(diǎn)：要改變那種“用先進(jìn)工藝就能讓我們是先進(jìn)水平的觀念。”(筆者注：魏少軍的原意是要改變那種依賴先進(jìn)工藝和先進(jìn)設(shè)計(jì)工具就能讓我們是先進(jìn)水平的觀念)。因?yàn)槭澜缟献钯嶅X的兩家半導(dǎo)體公司：Maxim和LTC(凌力爾特)，沒有七成的毛利率是不做的(圖7)，不過，兩家公司也沒有12英寸廠，但兩家公司的工藝非常特殊，門檻很高；他們都有自己的fab(芯片工廠)。

羅鎮(zhèn)球同時(shí)認(rèn)為山寨是中國Ic企業(yè)的一條出路，“從這種鄉(xiāng)村包圍城市起來，然后慢慢變成品牌。”例如，中興、華為這些企業(yè)起家時(shí)都是模仿，現(xiàn)在逐漸變成品牌了。“總是要有個(gè)開始，而不是一上來就和諾基亞、三星拼”。但山寨不應(yīng)該是簡單的模仿，而需要有一定的差異化。如果要?jiǎng)?chuàng)品牌，就要微一個(gè)產(chǎn)品是世界第一的，哪怕是一個(gè)很小的市場(chǎng)，但“你可以把它拱大，你就出名了。”例如高通靠CDMA起家。

TSMC的成功三寶

TsMc只有三個(gè)本事：工藝領(lǐng)先，制造卓越，服務(wù)到位。在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)低迷期，TSMC仍然是執(zhí)行這三寶。TSMC強(qiáng)調(diào)把一件事情做實(shí)，或者叫專注地投入。

TsMc強(qiáng)調(diào)差異化特色，強(qiáng)調(diào)服務(wù)和品質(zhì)。另外，TSMC不是什么都做，只做高端客戶、利潤大的客戶。即有實(shí)力的客戶。“我們讓每個(gè)客戶都感覺是優(yōu)先的。”而且TSMC認(rèn)為中國具有戰(zhàn)略意義，非常重視，例如在2010年全球產(chǎn)能緊張時(shí)，羅鎮(zhèn)球稱其在中國的每一家客戶的每一片晶圓都按時(shí)拿到了。筆者猜測(cè)2010年TSMC在中國大陸約有三十幾家客戶。

模擬代工的靈魂是糟色

毛利高的高性能模擬Ic不僅依賴優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，也離不開特殊的制程，但工藝的特征尺寸未必最先進(jìn)。在模擬業(yè)，代工廠和fabless要像IDM一樣緊密結(jié)合，才能做出高性能的Ic。

華潤上華科技有限公司市場(chǎng)銷售副總經(jīng)理莊淵棋指出，經(jīng)常可見本土一些好的模擬設(shè)計(jì)，在與IDM競(jìng)爭時(shí)，最終的產(chǎn)品不一定拼得過LDM，所以導(dǎo)致現(xiàn)在的高性能模擬Ic主要還是掌握在海外IDM勁旅手中。

在產(chǎn)品的開發(fā)中，可能要扶應(yīng)用的需求出發(fā)來考慮需要做什么樣的設(shè)計(jì)，其裁造工藝怎么樣，從一開始就要精簡和優(yōu)化。最終產(chǎn)品的競(jìng)爭力和性能才能有辦法在市場(chǎng)上與IDM競(jìng)爭。

可是現(xiàn)在一般的代工廠提供的是開放性的平臺(tái)，也許某幾類產(chǎn)品是有競(jìng)爭力的，但是也有很多的應(yīng)用領(lǐng)域里存在過度設(shè)計(jì)，致使成本較高。要形成跟IDM(集成器件制造商)直接競(jìng)爭，模擬設(shè)計(jì)公司跟代工廠必須緊密配合。

作為專業(yè)的本土模擬IC代工廠，華潤上華介紹了其成功案例。首先，在高壓BCD方面，2007年推出了700VCDMOS(第一代BCD)平臺(tái)，使本土客戶的AC-DC產(chǎn)品成功地打入了國內(nèi)的小家電市場(chǎng)，諸如美的、九陽、格蘭仕等，使國產(chǎn)芯片替代了歐洲產(chǎn)品。在此基礎(chǔ)之上，2010年華潤上華推出了700V BCD工藝。至2011年底，兩代BCD技術(shù)工藝平臺(tái)累積出貨量已達(dá)7萬片。

其次，華潤上華還有200V SOI高壓工藝平臺(tái)，已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)PDP電視的驅(qū)動(dòng)芯片。目前，國內(nèi)外很多著名的PDP電視廠家已用上通過此平臺(tái)流片的模組／芯片。其意義在于，世界上能做PDP模組／驅(qū)動(dòng)芯片的廠商只有4家，其中3家已在華潤上華流片。

本土客戶在華潤上華的比例較高，

“如果是從銷售額來看，國內(nèi)客戶跟海外客戶大概一半一半：如果以實(shí)際流片的客戶數(shù)目來比，國內(nèi)的客戶占到七八成。”

降低成本和流片風(fēng)險(xiǎn)的策略

春江水暖鴨先知。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的波動(dòng)，下游的生產(chǎn)廠家最先感覺到。但是，在歐美經(jīng)濟(jì)不振之時(shí)、一家光掩模公司2011年11月卻宣布在上海大興土木——凸版(Toppan)印刷集團(tuán)旗下子公司上海凸版光掩模有限公司宣布，將在上海擴(kuò)大其生產(chǎn)規(guī)模，提高光掩模的產(chǎn)能，同時(shí)提高上海公司的生產(chǎn)技術(shù)能力至90nm工藝，可見凸版對(duì)中國市場(chǎng)的信心。

“客戶發(fā)展到什么程度，我們就發(fā)展到什么程度。過去幾十年我們一直在擴(kuò)廠。我們認(rèn)為現(xiàn)在這個(gè)時(shí)機(jī)非常合適。”凸版光掩模全球銷售資深副總裁Michael G.Hadsell樂觀地說，他不僅看重了中國的代工廠，更看好中國IC設(shè)計(jì)業(yè)的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

但是，通常認(rèn)為，當(dāng)工藝往下延伸時(shí)，NILE(非重復(fù)(設(shè)計(jì))工程成本)、掩模費(fèi)用越來越高，對(duì)中國中小公司來說，這是否是一筆很大的開支?

“這也是凸版公司的優(yōu)勢(shì)所在。”Hadsell稱凸版在降低掩模成本方面有兩個(gè)方向：首先，凸版與客戶共同來分擔(dān)成本，例如與IBM合作，IBM需要高端圖(high-end map)，凸版提供給IBM一些程序(program)，與IBM分享一些技術(shù)；另外，凸版利用規(guī)模化來降低成本，凸版在全球有9家工廠、1家開發(fā)中心(在日本)，開發(fā)中心開發(fā)產(chǎn)品后，其他公司就不用再去投資全套的設(shè)備，這樣投產(chǎn)速度快、成本也很低。

那么，對(duì)于IC設(shè)計(jì)公司來說，如何使Ic設(shè)計(jì)公司盡量一次流片成功?

凸版認(rèn)為，流片失敗，一方面是設(shè)計(jì)的新器件本身設(shè)計(jì)有問題：另外，一些新的設(shè)計(jì)公司／團(tuán)隊(duì)更注重在線路設(shè)計(jì)上，但對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)的沒計(jì)缺乏足夠經(jīng)驗(yàn)，尤其是對(duì)某一特殊代工廠的特點(diǎn)不是很了解一一這正是凸版的長處，因?yàn)楹芏啻S在中國是凸版的常年客戶，凸版知道這些代工廠的制造規(guī)則(rule)是什么，如果這方面有沖突，凸版可以從這個(gè)角度告訴客戶。

還有，IC設(shè)計(jì)公司是否可以很容易地更換代工廠?凸版認(rèn)為在技術(shù)上是可行的，但是真正做的人少之又少。因?yàn)檠谀９拘枰玫絻煞矫娴臄?shù)據(jù)：主要是設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，還有代工廠的數(shù)據(jù)。如果客戶想從代工廠A換到代工廠B，需要事先告訴凸版，因?yàn)楦鞔S的IP不同，流程也有差別。

另悉，凸版已經(jīng)在研制14nm技術(shù)，與IBM、GlobalFoundries、三星等進(jìn)行合作。小結(jié)

從小到大，我們苦苦讀書的目的是創(chuàng)新。IP是磚，EDA工具、代工廠和掩模等是工具／機(jī)械設(shè)備，Ic設(shè)計(jì)公司和系統(tǒng)設(shè)計(jì)公司是造房子的人。只要設(shè)計(jì)者發(fā)揮聰明才智，就可造出長城、故宮這些偉大的建筑。