解析集成电路设计产业面临的机遇和挑战

在举办的“中国集成电路设计业2012年会暨重庆集成电路创新发展高峰论坛”上，中国IC设计业上下游企业围绕产业现状、机遇与挑战、调整与创新、合作与共赢等相关议题，深入探讨集成电路设计业面临的机遇和挑战，探讨提升企业基础能力、增强产业整体能力的途径。本报选取了他们的精彩观点与读者分享。

追求尖端工艺存在迷思

中国IC业的目标市场和欧美公司有所差异，因此中国大陆会采用适当的工艺，开发出适当的产品，创造快速成长的市场。

28nm及以下工艺的资本投入巨大，从规划、设计到实现量产的周期又很长，因此在进行产能扩充时有必要和客户仔细商讨，仔细权衡各种因素。随着市场对先进工艺的需求不断走高，台积电（TSMC）也在加快开发步伐，计划明年1月20nmSoC试产，11月16nm FinFET试产。

在先进工艺的演进规划上，台积电的下一个节点是10nm。至于工艺微细化的关键——光刻技术，必需持续提高效率和降低成本。28nm工艺采用HKMG技术，16nm工艺采用FinFET技术，到了10nm节点，必将出现新的技术挑战。从全球主要半导体公司的工艺进程来看，英特尔在CPU工艺上持续领先，三星则在存储器领域领先，而TSMC面向的产品线更加全面，在集成度和线宽方面均保持先进性。可以说，在后道工艺的布线宽度上TSMC已做到业界最小。

台积电今年营收约为170亿美元，中国大陆业务比重约占全公司的5%%，增长很快。中国大陆客户已有多家公司40nm产品进入批量生产，明年预期会有更多，这说明中国大陆对先进工艺的需求非常大。28nm需要投入更多资源、有更大的把握度和市场需求才有可能立项，而中国大陆客户进入28nm很快，说明了中国大陆IC设计企业的市场把握能力。中国IC设计企业的目标市场和欧美公司只着重高功能需求有所差异，因此中国大陆会采用适当的工艺，开发出适当的产品，创造出巨量和快速成长的市场。

中国大陆代工产业目前存在一种迷思（Myth），就是极力追求尖端工艺，而台积电则是成熟和先进工艺并进，针对SoC、MEMS、高压、嵌入式存储器等组成了一个广泛而全面的工艺平台。随着业界需要的产品集成度愈来愈高，性能和功耗的要求愈来愈强，台积电广而深的工艺平台最能满足客户需求。

中国大陆IC业差异化重在架构

设计必须考虑工序、IP、封装测试等因素，涉及算法设计、软件开发、电路板设计等环节，相应地对EDA供应商提出巨大挑战。

半导体行业正在经历巨大变化，嵌入式处理器和混合信号SoC产品设计日趋复杂，客户向EDA行业寻求的是设计创建、整合与优化的最快途径。随着以FinFET、3DIC为代表的先进制造工艺不断涌现，对EDA工具也提出了新的要求，从28nm到20nm

EDA工具的改动很大，采用FinFET工艺后对EDA工具的要求变化更大，而且每家代工厂工艺提供的涉及速度、功耗和成本的一系列复杂条件都不相同。做设计必须考虑工序、IP、封装测试等因素，使逻辑设计和物理设计可以互通，这又涉及算法设计、软件开发、电路板设计等环节，相应地对EDA供应商提出巨大挑战。

Cadence在积极创新应对这些挑战，加快在下一代设计工具方面的开发，目前20nm的物理设计和验证工具正在成熟。此外，Cadence正在进行16nm工具的开发，以更好地支持代工厂。在模拟电路和全定制数字电路方面，在以Virtuoso-ADE为主的条件下，将继续推广“模拟设计约束”的新方法以减小设计失误、继续加强PDK的功能以提高设计效率等。

同时，Cadence还致力于垂直一体化的合作，加强与ARM、台积电的合作开发。在合作方面，ARM公司考虑怎么发挥EDA工具的潜能，Cadence考虑工具的效率和优化，进行一对一的贴身服务。今年6月，Cadence与台积电合作生产出第一颗3D

IC实验芯片。10月份Cadence与IBM合作，基于IBM 14nm并使用其FinFET工艺设计实现了第一颗ARM Cortex-M0处理器。

在移动时代，ARM通过建立领先的生态系统保持领先。从未来发展来看，云计算、服务器等将有较大发展，Facebook或Google将定义服务器功耗等指标，X86架构也将有一席之地。以前是终端的需要和进步带动芯片业的进步，现在半导体产业则是被Google等软件厂商来主导，因为处理器芯片必须支持Google操作系统。

虽然中国大陆IC设计业面临IP核同质化的问题，但在架构方面，如核与核的连接、与存储器的连接、时钟是4相还是8相，怎么布线、怎么熟练使用EDA工具提高开发效率和成功率等等都可实现差异化，并不是用一样的IP、一样的工艺就没法差异化的。

深度广度并举才能满足中国大陆IC需求

中国大陆IC业十大受关注市场为通信、智能卡、计算、多媒体、模拟、导航等，EDA工具需要提供足够宽的技术支持。

新思科技最近进行了一系列的收购，如收购EVE公司，为其验证平台增添了高性能、高容量的仿真加速能力。此外，还花费4亿美元收购思源科技，进一步加强其强大的系统级芯片纠错能力。新思的市场策略是与中国IC产业全面融合，针对EDA工具提供全系统级方案，使客户能够不断应对当前复杂IC设计的需求。

作为全球第二大IP供应商，新思也在IP核方面不断加强力量。现在IC设计业进入到SoC时代，90%%以上产品需要IP的授权，或者通过自有IP进行集成设计。新思在IP方面可提供接口IP等完整的解决方案。目前中国大陆IC设计业在追赶国外先进水平，而国外IC设计业发展很多年了，有内生IP的积累，中国大陆IC设计业要实现跨越式发展需要成熟的数字与模拟IP。中国大陆IC设计业在深度和广度方面都在不断延伸，在深度方面，中国大陆IC设计从32nm/28nm到22nm;在广度方面，工艺分布覆盖很广，这些都需要EDA工具商有能力提供针对性的工具服务和IP。中国大陆IC设计业的十大受关注市场在于通信、智能卡、计算、多媒体、模拟、消费类等，需要立体策略满足多元化需求，因为客户需求不仅要深度，还要广度，需要提供足够宽的技术。

2012年新思在EDA工具方面的营收超过17亿美元，在IP方面，过去几年，年均增长率为20%%～30%%。IP要做好不容易，但新思坚持投入，前两年才开始赢利。虽然EDA工具的利润比IP高，但在与客户合作深度方面，IP供应商比EDA工具商更能深入到客户项目中来。目前中国大陆IC设计业对先进工艺跟进很快，更多公司开始进入22nm、20nm阶段，芯片设计得越来越复杂，对验证的要求也越来越高，更加需要软硬件协同设计。新思也在加大力度支持先进工艺的开发，在前端设计综合、后端布局布线上提供更全面系统的服务。

硬件仿真加速器更具优势

业界采用软件仿真、FPGA仿真和硬件仿真三种仿真加速方法，硬件仿真加速器吸取前两者优点，在效率和Debug上实现平衡。

先进工艺带来的成本下降诱惑非常大，业界都愿意采用先进工艺，但是先进工艺开发往往会面临瓶颈，因而需要其他手段来满足成本驱动要求。明导的策略不只是捆绑先进工艺，而且要超越EDA工具供应商的角色，为客户提供更多的增值服务。

随着多核复杂度不断提升，给软件开发者带来了巨大的挑战，需要在原型设计阶段进行软硬件协同设计。明导与竞争对手区别在于在原型设计阶段即可开始进行软件设计，一直到验证阶段都在同一平台上实现，从而快速开发软件。随着SoC设计越来越复杂，需要越来越多的IP，如果每个IP都有一个Bug，就会导致SoC的缺陷增高。明导采用软硬件协同设计的方法可加速IP验证。

明导不仅在原型设计阶段提供高效工具，在物理验证环节的工具实力也很强。在物理验证阶段，代工厂会提供相应的规则，要100%%符合规划才能生产。3DIC等先进工艺涉及的参数不一样，如寄生参数提取等，明导是行业中较早介入3D IC工具开发的厂商。

从仿真加速方法来看，业界主要采用软件仿真、FPGA仿真和硬件仿真加速，软件仿真的缺点是慢，但Debug比较方便，随着芯片复杂度的提升，软件仿真速度将跟不上。FPGA仿真速度是最快的，但是没有办法Debug，只能分析出现了问题，却分析不出哪里出了问题。一般是通过FPGA仿真知道有问题了，还要再在硬件仿真器上进行Debug，两者互相补充。而硬件仿真加速器则吸取了两者的优点，在效率和Debug上可实现平衡。

明导最新推出的硬件仿真器优势在于：一是容量大，可支持到两亿门级，并行可到十亿门级;二是能耗低;三是采用新的验证方法学，以前只能验证硬件，现在还可验证软件。对于客户而言，在设计复杂度、客户规模到了一定阶段就会选择硬件加速器。明导也将重点在中国大陆推广其硬件仿真器。

获利能力是中国大陆IC业下阶段重大考验

中国大陆IC业的追求不仅限于先进制程，大陆IC企业要在定位、切入点、时机把握上对抗同质化。

中国大陆电子产业的特色呈现出快、多、低、短几个方面：快即市场改变快速、多即生产厂商多、低即低价、短即市场窗口短。处在电子产业上游的中国IC业因此发展出一套有效的战术：一是专攻，集中产品开发资源在先锋产品上，专攻大陆市场;二是抢市，产品快速上市，快速攻占市场份额，进行紧密的本地化支持;三是客户导向，产品规格定位精准不超规，第一时间响应市场变化。所以即使面临国际大厂的激烈竞争，大陆IC设计业仍然能发挥主场优势，获取市场份额，并且保持成长。

放眼未来2年～3年，国际大厂已经把中国大陆IC市场的竞争拉高到系统层级了。在系统层级上，竞争层次除了设计工艺之外，还侧重在芯片封装和测试工艺、零件减量规划甚至公版设计等，成本优化的腾挪空间增加得非常多。所以如果大陆IC设计业还墨守在硅片层级，盲目追求最先进的设计工艺，那么竞争选项和弹性可能反而会受到限制。

参考其他地区的行业发展经验，本人认为中国大陆IC设计业将经历三个发展阶段：先是抢占市场、更加快速切入市场的第一阶段;在占据一席之地后，进入提升获利能力的第二阶段;第三阶段是打造永续经营能力的阶段。近几年中国大陆IC设计厂商的数量快速增加，所以目前分布上可能大多处于第一阶段，相信未来几年将会有相当数量的公司进入第二或者第三阶段。中国大陆IC设计企业也要在定位、切入点、时机的把握上来对抗同质化。

联电作为代工厂，并不认为中国大陆IC业的追求仅限于先进制程。目前采用40/28nm工艺的IC设计不超过两成，还有80%%的设计使用成熟工艺。以显示器驱动IC为例，从HVGA、WVGA/qHD、WXGA/HD，到FullHD等显示分辨率，驱动IC的工艺技术依照频宽和储存器需求，高利润点各不同（分别为0.16μm、0.11μm、80nm以及55nm等），但这些产品都是市场上同时存在的。因此，IC设计业其实可以在最低成本和最高工艺之间追求一个最高的性价比，兼顾市场竞争力和获利能力。联电希望能积极地回应中国大陆IC设计客户对先进与成熟工艺的全面需求，我们认为28nm工艺会延续很长时间。

设计厂商需侧重架构和软件

中国大陆FabLite和DesignLite模式盛行，芯片也越来越成为一个SoC，软件也变得更加重要，需要设计厂商侧重架构和软件。

从最近几年发展来看，全球IC设计业的R&D投入年均增长2.2%%～2.5%%，但营收的年均增长率只有1.5%%～1.6%%。这是一个值得业界思考的问题，因为OEM的研发投入每年大概是营收的5%%～8%%之间，而全球IC巨头一般是16%%～17%%。

从IC设计产业的发展特征来看，一是中国大陆FabLite和DesignLite模式盛行，二是芯片越来越成为一个SoC，软件也变得更加重要，需要设计厂商侧重架构和软件。

中国大陆市场最引人注目的是智能终端的热销。目前中国大陆智能手机终端BOM成本比国外同行低11%%左右。我们知道，AP（应用处理器）开发比BP（基带）要难，对于IC设计厂商来说，如果只有处理器，没有基带芯片，发展会更难。最近基于28nm的、支持LTE的4核5模AP+BP芯片已经面世，相信LTE市场将在2015年后发展起来。在平板电脑方面，需要不同芯片厂商的联合，比如做处理器和基带芯片厂商可以联合起来进行SiP封装，提升竞争力。但中国大陆IC设计企业不愿意联合，而BP是比较难开发的，只做AP开发的公司需要注意这一点。在智能TV方面，智能安卓电视盒子的发展广受关注，而人机界面将会在语音、手势识别、用户体验方面进一步提升。

目前还存在巨大的蓝海市场，比如LEP（等离子光源）照明芯片，它采用的是高压工艺，芯原与客户一起合作开发的芯片3个月就一次流片成功。还有医疗电子，比如为小孩打针，通常不好找到血管，通过微投影技术可以一下子就找准血管。此外，汽车电子也值得关注。

目前芯原专注于在多媒体、语音和无线通信等应用市场提供设计服务，提供市场领先的ZSP可授权内核和平台、业内标准的半导体IP以及可升级的ASIC全包服务，可以加速客户ASIC设计（从初步的规格到硅产品）、在硅产品方面按时按规格取得一次性流片成功以及使客户硅产品实现量产。芯原不仅仅是一个IP提供商，芯原是一个为客户提供全面半导体解决方案定制服务的厂商。

做IP至少要熬五年

IP生态不好做，IP从研发到赢利至少需要5年时间，只有足够坚韧的公司才能生存下来。

目前中国大陆的IC企业设计相对复杂的高端SoC芯片的数量正在显著增加，这要求他们使用高质量、稳定和商业化的处理器IP。泰思立达正不断在中国市场加大投入力度。IP生态不好做，IP从研发到赢利至少需要5年时间，只有足够坚韧的公司才能生存下来。

IP厂商要立足，一是要能做别人不愿做的事，二是要能做别人做不了的事。比如要支持移动新标准LTE对视频1080P的传输，需要DSP核有完全不同的架构，别的厂商考虑到技术难度及利润等问题不愿涉足，而泰思立达的DSP核解决方案已可支持如此高清晰度的传输。此外，针对泰思立达的DSP核，客户可提供软件，我们在定制和通过验证之后再提供给客户，客户可节省验证环节。

对于中国大陆SoC设计公司而言，不能只考虑IP，还要把设计、制造等产业链环节掌握在自己手中。从MIPS最近被收购的消息可以看出，在ARM推出64位核后，MIPS很难生存。MIPS没有建立自己完整的生态系统，苹果、微软都支持ARM，因此MIPS的发展受到影响。此次MIPS收购不知为何中国大陆IC设计企业没有参与，中国大陆IC设计企业应该与政府合作把MIPS买下来，否则中国大陆企业很难开拓价值链体系。中国大陆IC设计企业在认知和设计能力上都应该要有所提升。

泰思立达一直以来在DSP核领域深耕，主要侧重于通信、音视频、图像处理应用。2012年预计有20亿颗芯片采用我们的DSP核。随着LTE市场起步，由于LTE的数据量很大，一般需要更高效能、更低功耗，而且具有设计弹性的DSPIP来做基带。泰思立达已开发出了用于LTE-Advanced（LTE-A）的新DSPIP核，不仅可以支持LTE-A，还可以支持包括LTE及HSPA+在内的已有通信方式。
       责任编辑：tzh