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IC設計跨入SoC時代 重塑價值鏈引發后摩爾時代變革

2012-12-20 08:59:46 本站原創
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2012年IC設計業銷售額將達到680.45億元,同比增長8.98%。中國大陸IC設計業在全球產業中的地位得到進一步鞏固,在美國和我國臺灣地區之后繼續保持第三位。

在近日舉辦的2012中國集成電路設計業年會暨重慶集成電路創新發展高峰論壇上,中國半導體行業協會集成電路設計分會理事長魏少軍指出,我國IC設計業在這一年里取得了較好的成績,表現為產業規模保持增長、發展質量繼續改善、競爭能力有所提升、企業效益明顯改觀。 

深度廣度并行

通信、智能卡、計算、多媒體、模擬、功率、導航、消費類等是目前中國大陸IC設計業的十大關注市場。由于中國大陸設計業有自身的特點,需要聯合上下游企業的立體策略滿足多元化需求。

在工藝的選擇上,聯華電子股份有限公司亞洲銷售服務處、市場行銷處副總經理王國雍并不認同業界在追求先進制程。他指出,目前采用28nm制程的半導體廠商不超過兩成,還有80%的客戶仍停留在成熟工藝階段。TSMC中國業務發展副總經理羅鎮球也對記者表示,中國大陸IC市場的需求是提供相對完整的功能,并且客戶能支付得起。假若都采用先進工藝開發處理器,美國公司設計主頻能達到2G、我國臺灣地區能達到1.7G,中國大陸只能做到1.5G,但消費者應用時感受相差不多。因此,中國大陸IC企業采用適當的工藝組合成適當的產品,也會快速成長。

隨著IC設計進入到了SoC時代,90%以上需要IP授權,或者通過自有IP進行集成設計。

Synopsys(新思)公司全球副總裁兼亞太區總裁潘建岳認為,目前中國大陸IC業在追趕國外先進水平,而國外IC業發展多年,有內生IP的積累,中國大陸IC業要實現跨越式發展需要成熟的IP。并且,中國大陸IC業在深度和廣度方面都在不斷延伸,在深度方面,中國大陸IC設計有的進入先進制程如32nm、28nm甚至到22nm;在廣度方面,制程分布性覆蓋很廣,這也需要EDA工具商有能力提供針對性的工具服務和IP。

中國大陸IC設計業的同質化競爭嚴重,被稱為IP加工廠的問題也一直被人詬病,但Cadence總裁兼CEO陳立武指出,雖然中國大陸IC企業采用的IP核相差不大,但在架構方面,如核與核的連接、與存儲器的連接、時鐘是4相還是8相、怎么布線、怎么熟練使用EDA工具提高開發效率和成功率等方面都可實現差異化,并不是用一樣的IP、一樣的工藝就沒法差異化的。

中國大陸IC業目前已有500多家公司,各自處在不同的發展節點。王國雍表示,它們將經歷三個發展階段:一是搶占市場,在占據一席之地之后,進入第二個階段即賺錢階段,三是永續經營階段。目前中國大陸IC設計廠商大多是在第一階段,有一些進入到了賺錢階段,而賺錢表現在一是上市,二是被收購。要真正達到第三階段還很難,因這需要全球化布局、專利布局以及產品要縱深化等。

重塑價值鏈

伴隨著半導體業嵌入式處理器和混合信號SoC產品設計日趨復雜以及FinFET、3D IC為代表的先進制造工藝不斷涌現,不得不考慮開發時涉及速度、功耗和成本的一系列復雜條件,芯片設計人員必須采用他們所有的工具,包括新的電路設計、新體系結構方法,并對算法進行根本的修改,以便能夠以有競爭力的價格繼續實現更好的性能,而功耗要在可接受范圍內,這又涉及算法設計、軟件開發、電路板設計以及最終的封裝和散熱設計等,這對IC設計產業鏈中的EDA供應商、IP供應商、代工廠等都帶來了全新的考驗,對IC設計上下游提出更多挑戰的同時也意味著產業價值鏈的重塑。

EDA工具需提供系統化的仿真和驗證方案、軟硬件協同加速仿真和驗證方案,EDA供應商針對先進工藝,在3D IC技術、低功耗設計以及大規模的協同驗證等方面加大了研發投入和并購力度。新思最近完成了兩家公司的收購,一是花費2億美元收購SoC驗證仿真加速平臺供應商EVE公司,從而為其驗證平臺增添了高性能、高容量的仿真加速能力。二是花4億美元擬收購思源科技(SpringSoft),將加強其在驗證環節的糾錯能力。而明導(上海)電子科技有限公司亞太區技術總監李潤華表示,隨著芯片越來越復雜,驗證周期越來越長,在軟件仿真、FPGA仿真之外,硬件仿真加速將成未來主流,它可大幅縮短驗證時間,提高驗證效率。陳立武表示,Cadence還致力于垂直一體化的合作,與ARM臺積電等合作,ARM公司考慮怎么發揮EDA工具的潛能,Cadence考慮工具的效率和優化,進行一對一的貼身服務。今年6月,Cadence與臺積電合作生產出第一顆3D IC實驗芯片。10月份Cadence與IBM合作,基于IBM 14nm并使用IBM的FinFET工藝技術設計實現了第一顆ARM Cortex-M0處理器

北京華大九天軟件有限公司市場部經理王彥威也提到,在20nm制程下,一顆移動應用的芯片包含超過10億個晶體管,EDA工具面臨更為復雜的驗證和DFM挑戰,并需要支持double patterning(雙重圖形)等新技術的應用。隨著FinFET、3D IC等新工藝的應用,EDA需要進行器件機理研究及復雜模型的精準化及標準化,電遷移引起的效應也將是EDA工具需重點攻克的難題。

在產業鏈中扮演設計企業與EDA工具、IP供應商與代工廠的“中介”的設計服務廠商也在隨需而變。無錫華大國奇科技有限公司總裁谷建余說,設計服務公司的角色正在發生演變:在與IC設計企業合作方面,要一起參與SPEC制定,提供低功耗策略和算法支持等;在IP方面,需要有IP開發能力、合理的IP積累,可進行IP資源整合等;在EDA工具應用方面,要有設計流程管理、局部自有EDA工具、各種腳本等;在工藝方面,對先進工藝要有深刻了解。

芯原微電子(上海)有限公司董事長兼總裁戴偉民也表示,從IC產業來看,一是中國大陸的Fab-lite和Design-Lite模式盛行;二是以前合適的IP不太好買,現在ARM核以及新思等企業能提供很多的IP庫供選擇,使得設計更加方便;三是芯片越來越成為一個SoC,軟件也變得更加重要,需要設計廠商側重架構和軟件。

后摩爾時代引發生態變革

魏少軍說,當工藝技術的進步不再遵循每兩年集成度翻番的規律,工業界的發展路線圖和技術路線不再十分確定,且當主流的基本器件結構及制造工藝發生根本性變化的時候,就進入了所謂“后摩爾”時代,基于這一考慮,從22nm/20nm開始我們將進入“后摩爾”時代。

而隨著后摩爾時代的到來無論是在IC技術上,還是產業生態上都將會發生巨大變化。魏少軍指出,一是商業模式將發生根本改變。由于IC價值需要依賴于電子整機和系統應用才能得到體現,過長的價值鏈將難以保證集成電路產品價值維持在較高水平;二是軟件必不可少。架構設計的內容將包括芯片芯片軟件,軟件將從被動跟隨芯片升級,發展到主動引導芯片的產品定義;三是EDA廠商將成為伙伴。高額的研發成本將要求EDA廠商更多地為設計公司提供定制服務,一對一的“貼身服務”將成為EDA廠商不得不面對的挑戰。

面對新“時代”,IC設計企業需要做好萬全準備。魏少軍表示,屆時工藝浮動、成品率等問題將日益突出,FinFET等新器件將導致芯片研發根本性的改變,設計企業不僅要懂設計,全面提升物理設計能力,更要懂工藝,甚至要建立強有力的工藝團隊等。同時,在產品上要瞄準大宗主流產品,在產業規模上要盡快做大做強。在20nm節點,由于一個芯片產品需要銷售6000萬只至1億只才能達到盈虧平衡,因此只有通用的平臺化產品才會被接受,這一定不會是ASIC,只可能是數量巨大的ASSP,如移動通信終端芯片或數字電視芯片等。

此外,在工藝的選擇上,羅鎮球表示,由于28nm工藝是采用HKMG技術,16nm是用FinFET技術,到了10nm節點,或許各家會有各家的玩法。這也更需要IC設計廠商與代工廠結成更緊密的合作。陳立武表示,隨著先進工藝的不斷推進,對EDA工具也提出了新的要求,如從28nm到20nm,EDA的改動很大,因為要光照兩次,此外FinFET芯片對EDA物理驗證工具也有不同的要求。

隨著先進工藝20nm時代的到來,Cadence在以ADE為主的條件下,將繼續推廣“模擬設計約束”的新方法以減小設計失誤;繼續加強PDK的功能以提高設計效率。

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