圍繞IC設計的上下游行業(yè)動向

2011年，全球電子業(yè)產(chǎn)值達2萬億美元，其中包括產(chǎn)值超過3000億美元的半導體市場(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，但BDA(電子設計自動化)業(yè)主要服務電子產(chǎn)業(yè)的前端，當前產(chǎn)業(yè)波動和小幅調(diào)整主要是在后端，因此這輪波動對EDA公司的影響較小。

半導體的技術(shù)驅(qū)動力是先進的工藝節(jié)點和超越摩爾定律(more-than-more)的需求；市場的驅(qū)動力是應用、視頻、移動性、云和綠色技術(shù)。

為了加速實現(xiàn)電子設計，Cadence提出了EDA360構(gòu)想，擴展了傳統(tǒng)的純硬件的EDA范疇，囊括了完整的軟硬件應對于應用開發(fā)。BDA360定義了三層設計：硅片實現(xiàn)、SoCf系統(tǒng)芯片)實現(xiàn)與系統(tǒng)實現(xiàn)。

在技術(shù)上，Cadence現(xiàn)在正和一些客戶做14nm設計。Intel已經(jīng)在做14nm設計了，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，EDA廠商還需要和IP(知識產(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，是否將來會和BDA公司競爭? Cadence設計系統(tǒng)公司全球區(qū)域運營高級副總裁黃小立認為，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，不會使EDA企業(yè)邊緣化。

SOC／ASIC客戶會越來越少?

“總有一些瘋狂的創(chuàng)業(yè)者，敢和大家伙競爭。”黃小立介紹，28nm雖然門檻高，但也會有新公司進入，只要創(chuàng)意好，資本募集不成問題。據(jù)悉，一家海外公司前段時間募集了l億美元進入半導體業(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設計，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公司也認為工藝節(jié)點的進步，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，大家都認為到40nm以后ARM就沒有多少合作伙伴了，因為半導體業(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。”因為從ARM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，移動互聯(lián)網(wǎng)是主要的驅(qū)動力，因為大家在此價值鏈上可以做很多不同的產(chǎn)品。但如果是PC時代，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。

但移動互聯(lián)時代的另一個趨勢是每一款芯片出來以后，可以賣的量和維持時間不如從前了，不像以前設計一款可以賣五年。現(xiàn)在基本上兩年不到一定會換了。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，過去一個產(chǎn)品周期是三年，現(xiàn)在一個產(chǎn)品周期一年半，“就是說9-12個月，他也許還沒做完，也要立馬開下一個項目。”

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)。代工廠和芯片設計公司的合作更緊密

當前，EDA公司跟代工廠和芯片設計公司ffabless)的合作會越來越緊密，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，因為很多工藝上的問題往往是跟設計直接有關系的，比如IP(知識產(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，任何一個你的IP要做得好的話，一定也要和整個的設計流程、設計工具有很好地結(jié)合。

再如成品率。通常認為成品率肯定是工藝的事；但實質(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)帶給你詳細報告，即按照你這樣的設計，在這種工藝上進行生產(chǎn)可能會有什么樣的問題。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目前在幾個領域有突破：1 在整個系統(tǒng)設計方面有很大的強化：2 在軟硬件協(xié)同設計方面，新的軟件協(xié)同設計相比以前的概念有所突破，現(xiàn)在重要的一個著眼點是。因為現(xiàn)在芯片上都是SoC，上面要運行很多軟件，因此軟件很復雜，要提早進行開發(fā)。那怎樣在芯片出來之前就進行軟件開發(fā)?svnopsys目前的解決方案是推出了基于FPGA的硬的原型機：另外就是基于通過一系列并購完成的——基于虛擬化的軟的原型機。無論是基于硬的還是軟的原型機，都是幫客戶在芯片完成之前，提供一個芯片的原型，使軟件工程師進行開發(fā)：3 現(xiàn)在的工具進到工藝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，即在設計過程中間，就同時來進行設計規(guī)則的檢查，保證客戶做出來的設計與設計規(guī)則、工藝規(guī)則是符合的。例如Synopsys最近在推的Design CompilerExplorer工具。

MentorGraphics的設計到硅片部門副總裁兼總經(jīng)理Joseph Sawick介紹道，下一代數(shù)字應用的設計復雜性正在逐步超出當前設計方法的解決能力范圍。越來越多的設計都將是大型系統(tǒng)，它們包含嵌入式內(nèi)核、IP和使用計算密集型算法的復雜信號處理軟件。為了解決這種復雜性問題，Mentor為硬件生產(chǎn)提供了ESL(電子系統(tǒng)級)設計工具套裝。Mentor的Catapult c Synthesis產(chǎn)品是客戶驗證型算法綜合環(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同時優(yōu)化Core(核)和模塊，使設計的迭代次數(shù)減少，并方便設計者考慮面積(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)字設計軟件、模擬實現(xiàn)、混合信號設計、物理驗證、電路仿真、特征化和良率管理。消費電子的上市時間最重要

Tensilica亞太區(qū)總監(jiān)黃啟弘認為，消費電子的半導體設計業(yè)要轉(zhuǎn)變觀念，誰先到市場，誰就有話語權(quán)。最重要一點是誰先到市場誰就定義了市場，去年智能手機出貨率已經(jīng)降到50％以下，但是蘋果的利潤卻比別家的多。采用先進的IP可以加快上市時間。

半導體價值鏈的變革催生設計服務

隨著半導體產(chǎn)業(yè)的分工細化，2000年后出現(xiàn)了設計服務公司，替代IC設計公司或系統(tǒng)公司把IC做出來(如圖5)。其中最大的廠商是我國臺灣的創(chuàng)意電子，2010年營業(yè)額達到3.27億美元、臺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)意電子的設計主要到TSMC流片：芯原2010年的營業(yè)額約0.7～1億美元，其設計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)入股了燦芯半導體(上海)有限公司，因此燦芯的設計主要在SMIC流片。

當今，新的半導體業(yè)的挑戰(zhàn)是：消費類市場與用戶應用驅(qū)動Ic業(yè)發(fā)展；迅猛上升的設計復雜度和成本：IDM走向輕制造：半導體生態(tài)環(huán)境已經(jīng)成熟；系統(tǒng)公司尋求差異化。這些趨勢使得設計的復雜度提高，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，例如先進的soc設計服務、數(shù)字及模擬IP、后端運營等。在創(chuàng)意電子的2011年客戶中，43％從事65nm設計，36％做40nm設計，2％做28nm設計。66％用于通信，可見移動互聯(lián)時代強大的驅(qū)動力。

的確，移動互聯(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或xpad的設計能力。芯原不僅僅是IP供應商、設計服務提供者，而且還是一個定制硅片解決方案(customsilicon solution)提供商：提供以應用為導向的soC／SiP平臺：基于IP的soc／SiP平臺；中間件和軟件堆棧：基于FPGA的原型機：虛擬原型機等。

摩爾定律會稍微減緩

據(jù)TSMC中國業(yè)務發(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項目已超過100個。

對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市場需求在下滑，預計最早2012年二季度復蘇，而業(yè)界普遍認為是2012年下半年。

對于產(chǎn)業(yè)的預測，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年初時預估投入78億美元。實際2011年大概會投73億美元。

摩爾定律現(xiàn)在會稍微減緩、但還將繼續(xù)存在。對于制程節(jié)點的物理極限，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全球的市場份額約4％。TSMC估計中國大陸占全世界Ic的市場也是4％左右。

TSMC認為中國的Ic設計業(yè)大有前途，因為設計業(yè)的投入較小，利潤率可以很高。羅鎮(zhèn)球稱贊中國半導體行業(yè)協(xié)會集成電路設計分會理事長魏少軍的觀點：要改變那種“用先進工藝就能讓我們是先進水平的觀念。”(筆者注：魏少軍的原意是要改變那種依賴先進工藝和先進設計工具就能讓我們是先進水平的觀念)。因為世界上最賺錢的兩家半導體公司：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)球同時認為山寨是中國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)起家時都是模仿，現(xiàn)在逐漸變成品牌了。“總是要有個開始，而不是一上來就和諾基亞、三星拼”。但山寨不應該是簡單的模仿，而需要有一定的差異化。如果要創(chuàng)品牌，就要微一個產(chǎn)品是世界第一的，哪怕是一個很小的市場，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只有三個本事：工藝領先，制造卓越，服務到位。在當前的經(jīng)濟低迷期，TSMC仍然是執(zhí)行這三寶。TSMC強調(diào)把一件事情做實，或者叫專注地投入。

TsMc強調(diào)差異化特色，強調(diào)服務和品質(zhì)。另外，TSMC不是什么都做，只做高端客戶、利潤大的客戶。即有實力的客戶。“我們讓每個客戶都感覺是優(yōu)先的。”而且TSMC認為中國具有戰(zhàn)略意義，非常重視，例如在2010年全球產(chǎn)能緊張時，羅鎮(zhèn)球稱其在中國的每一家客戶的每一片晶圓都按時拿到了。筆者猜測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)秀的設計，也離不開特殊的制程，但工藝的特征尺寸未必最先進。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計，在與IDM競爭時，最終的產(chǎn)品不一定拼得過LDM，所以導致現(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，可能要扶應用的需求出發(fā)來考慮需要做什么樣的設計，其裁造工藝怎么樣，從一開始就要精簡和優(yōu)化。最終產(chǎn)品的競爭力和性能才能有辦法在市場上與IDM競爭。

可是現(xiàn)在一般的代工廠提供的是開放性的平臺，也許某幾類產(chǎn)品是有競爭力的，但是也有很多的應用領域里存在過度設計，致使成本較高。要形成跟IDM(集成器件制造商)直接競爭，模擬設計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，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，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)工藝平臺累積出貨量已達7萬片。

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

降低成本和流片風險的策略

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

“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廠。我們認為現(xiàn)在這個時機非常合適。”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設計業(yè)的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

但是，通常認為，當工藝往下延伸時，NILE(非重復(設計)工程成本)、掩模費用越來越高，對中國中小公司來說，這是否是一筆很大的開支?

“這也是凸版公司的優(yōu)勢所在。”Hadsell稱凸版在降低掩模成本方面有兩個方向：首先，凸版與客戶共同來分擔成本，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備，這樣投產(chǎn)速度快、成本也很低。

那么，對于IC設計公司來說，如何使Ic設計公司盡量一次流片成功?

凸版認為，流片失敗，一方面是設計的新器件本身設計有問題：另外，一些新的設計公司／團隊更注重在線路設計上，但對于實際生產(chǎn)的沒計缺乏足夠經(jīng)驗，尤其是對某一特殊代工廠的特點不是很了解一一這正是凸版的長處，因為很多代工廠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，凸版可以從這個角度告訴客戶。

還有，IC設計公司是否可以很容易地更換代工廠?凸版認為在技術(shù)上是可行的，但是真正做的人少之又少。因為掩模公司需要得到兩方面的數(shù)據(jù)：主要是設計的數(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，因為各代工廠的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／機械設備，Ic設計公司和系統(tǒng)設計公司是造房子的人。只要設計者發(fā)揮聰明才智，就可造出長城、故宮這些偉大的建筑。