中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)攴睒s背后的秘密

“十年樹木，自2000年國務(wù)院發(fā)布18號(hào)文件至今，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)這顆支撐中國電子業(yè)基礎(chǔ)的大樹已然樹立，十一五規(guī)劃中集成電路產(chǎn)值翻倍的計(jì)劃提前完成，十二五計(jì)劃有望再次翻倍，而這是建立在中國大陸的整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈日漸完整和成熟的基礎(chǔ)上的，由此還造就了不少上市企業(yè)，也帶來了芯片設(shè)計(jì)公司的繁榮景象，本文通過勾勒整個(gè)產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展大局，為大家揭開芯片行業(yè)繁榮背后的秘密。

EDA廠商不斷創(chuàng)新順應(yīng)需求

芯片公司之間激烈的競爭實(shí)際上促進(jìn)了它們對(duì)EDA產(chǎn)品的需求，因?yàn)闆]有后者的幫助，芯片設(shè)計(jì)公司是難以獲得市場競爭力的。SpringSoft亞太區(qū)銷售副總裁林榮堅(jiān)認(rèn)為：“對(duì)于設(shè)計(jì)的重用， 以及第三方的IP使用，更先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和方法學(xué)的引進(jìn)，都表現(xiàn)得比過去更加的積極，尤其是驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)及其驗(yàn)證方法更加得到重視。由于涉及重用以及IP的廣泛使用，芯片設(shè)計(jì)的工作更多的是集成，而由于不同功能模塊來源廣泛，系統(tǒng)驗(yàn)證變得更加重要。另一方面，由于設(shè)計(jì)規(guī)模加大和集成度的提高，驗(yàn)證的難度和挑戰(zhàn)也在加大。因此，多數(shù)主流芯片設(shè)計(jì)公司已經(jīng)在使用System Verilog Testbench以及UVM/VMM等先進(jìn)的驗(yàn)證方法，同時(shí)更多的驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)獨(dú)立于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，并且規(guī)模甚至超過設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。整個(gè)IC團(tuán)隊(duì)的工作已經(jīng)分割為：核心IP設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，系統(tǒng)集成，系統(tǒng)驗(yàn)證。

相應(yīng)的，對(duì)于每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的EDA工具都會(huì)充分考慮對(duì)于核心競爭力的影響，并且對(duì)于EDA廠商的服務(wù)和技術(shù)支持也有更高的要求。比如從前許多設(shè)計(jì)公司滿足于整套EDA設(shè)計(jì)流程，因?yàn)檫@樣維護(hù)成本較低，保證芯片設(shè)計(jì)可以完成。但近年來更多芯片設(shè)計(jì)公司，包括主流的國內(nèi)設(shè)計(jì)公司，都已開始采用混合不同廠商的EDA流程，因?yàn)檫@樣可以保證更好的設(shè)計(jì)效率，甚至實(shí)現(xiàn)主流全套流程無法實(shí)現(xiàn)的性能。這樣的設(shè)計(jì)流程的實(shí)現(xiàn)除了需要IC設(shè)計(jì)公司配備更專業(yè)的CAD團(tuán)隊(duì)，也對(duì)EDA工具的兼容性提出了更復(fù)雜的要求。

Cadence中國區(qū)總經(jīng)理劉國軍認(rèn)為芯片的開發(fā)中軟件開發(fā)的工作量早已經(jīng)超過硬件本身，除了芯片設(shè)計(jì)本身也需要做參考設(shè)計(jì)，方案與系統(tǒng)的完整性這個(gè)趨勢在國內(nèi)尤其明顯，因?yàn)閲鴥?nèi)很多整機(jī)廠商的設(shè)計(jì)能力還比較弱，需要一些完整的方案。這就對(duì)EDA的軟硬件并行設(shè)計(jì)能力和系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)能力提出了極高的要求。如果能夠根據(jù)系統(tǒng)要求對(duì)芯片作頂層優(yōu)化1%,那么在硬件功耗方面會(huì)有50%的提高，這個(gè)設(shè)計(jì)的效率才是最大化的。

為了滿足芯片設(shè)計(jì)公司的設(shè)計(jì)需求，EDA廠商也使出渾身解數(shù)，調(diào)整自己的產(chǎn)品和服務(wù)。MentGraphics總裁兼首席執(zhí)行官Wally Rhines在介紹自己公司的產(chǎn)品策略時(shí)透露： MentGraphics的產(chǎn)品重點(diǎn)首先是低功耗，例如Vista,能讓工程師在選擇一個(gè)構(gòu)架之前就可以評(píng)估功耗和性能之間的取舍關(guān)系。UPF則提供了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的格式，這個(gè)格式能夠在RTL級(jí)優(yōu)化功耗。MentGraphics的Olympus的高級(jí)布線技術(shù)在物理布局級(jí)別提供了很多優(yōu)化功耗的手段。

用ESL取代RTL,成為設(shè)計(jì)的“Golden Source.這一策略已經(jīng)推動(dòng)了ESL設(shè)計(jì)工具在過去十年的快速發(fā)展（12%的市場復(fù)合成長率）。MentGraphics在ESL綜合方面有壓倒性的優(yōu)勢，Catapult C有超過50%的市場占有率。MentGraphics的Vista是基于System C的工具，能夠做構(gòu)架設(shè)計(jì)和虛擬原型設(shè)計(jì)。這些工具都有力地推動(dòng)了ESL的發(fā)展。

Calibre是業(yè)界的物理驗(yàn)證的實(shí)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止，Calibre是唯一擁有已驗(yàn)證的20納米規(guī)范文件的驗(yàn)證平臺(tái)。如今對(duì)28納米和20納米的設(shè)計(jì)進(jìn)行多角多模（multi-corner multi-mode）優(yōu)化的需求一直在增加，MentGraphics的Olympus已經(jīng)從中受益。MentGraphics的嵌入式軟件業(yè)務(wù)是公司增長最快的業(yè)務(wù)之一。“Embedded Sorcery System Analyzer在今年的嵌入式系統(tǒng)會(huì)議上贏得了最佳展覽獎(jiǎng)。在嵌入式軟件方面，開源和Linux是驅(qū)動(dòng)力量，而MentGraphics是領(lǐng)導(dǎo)廠商。

Cadence的核心產(chǎn)品戰(zhàn)略則是硅實(shí)現(xiàn)，也就是從邏輯到生產(chǎn)的整個(gè)流程。他們?cè)谌蛞呀?jīng)有十幾個(gè)20納米的芯片實(shí)例，而國內(nèi)首顆40納米芯片，就是展訊在人民大會(huì)堂發(fā)布的TD手機(jī)芯片也是Cadence幫助實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)為了增強(qiáng)這方面的技術(shù)實(shí)力，他們最近收購了兩家公司。目的就是為了提高芯片設(shè)計(jì)公司的開發(fā)效率，尤其是日益繁重的軟件開發(fā)，系統(tǒng)優(yōu)化和系統(tǒng)驗(yàn)證，解決客戶開發(fā)周期和系統(tǒng)復(fù)雜度可靠性的這對(duì)矛盾。

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設(shè)計(jì)服務(wù)商成為產(chǎn)業(yè)鏈的串聯(lián)者

對(duì)國內(nèi)許多芯片公司來說，光有EDA工具也不夠，還需要設(shè)計(jì)服務(wù)商來幫助設(shè)計(jì)。而且設(shè)計(jì)服務(wù)商這幾年的在產(chǎn)業(yè)鏈的角色也已經(jīng)開始慢慢轉(zhuǎn)變。燦芯半導(dǎo)體SOC部資深總監(jiān)楊展悌認(rèn)為：“目前芯片的趨勢是越來越往軟硬件高度整合的方向邁進(jìn)，并且不論在功能、功耗或價(jià)格等方面，都要有一定程度的市場區(qū)隔與定位，才能占有一席之地。這意味著一顆成功的芯片對(duì)工藝、周邊串口以及整體功能的要求極高。之后仍需考慮在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴的配合等因素。 這些都不是一般中小型IC設(shè)計(jì)公司能獨(dú)立完成的，因此設(shè)計(jì)服務(wù)這一角色，已從以前的后段turnkey服務(wù)， 進(jìn)入到今天的整體方案提供者， 接下來進(jìn)入到未來的IC產(chǎn)業(yè)鏈整合者的角色。

設(shè)計(jì)服務(wù)商的功能是越來越重要了，尤其在中國，很多整機(jī)廠商其實(shí)不具有芯片設(shè)計(jì)開發(fā)能力，但是他們能夠獲得國家的“核高基芯片項(xiàng)目，這個(gè)時(shí)候就需要把這些項(xiàng)目外包給設(shè)計(jì)服務(wù)商，讓他們來幫助開發(fā)。這類項(xiàng)目在很多設(shè)計(jì)服務(wù)商那里要占到一半的業(yè)務(wù)，這個(gè)也算是中國的特色業(yè)務(wù)吧。

當(dāng)然設(shè)計(jì)服務(wù)商最重要的客戶還是芯片設(shè)計(jì)公司，而這幾年他們對(duì)設(shè)計(jì)服務(wù)的要求也是水漲船高。對(duì)此燦芯的楊展悌透露，芯片公司的要求主要體現(xiàn)在下面三點(diǎn)：

（1）IP的豐富性：芯片設(shè)計(jì)公司透過設(shè)計(jì)服務(wù)商來完成產(chǎn)品的一個(gè)主要原因是對(duì)于IP的需求，特別是在目前高速的串口以及高精度的模擬模塊。這種需求是不分工藝的， 從0.18um到40nm都有。 因此設(shè)計(jì)服務(wù)商必須和第三方IP供應(yīng)商及代工廠合作，來滿足客戶對(duì)IP的要求。

（2）解決方案的完整性：除了IP之外，整個(gè)IC由前端到后端的設(shè)計(jì)開發(fā)都要能滿足客戶的時(shí)效性與正確性。比如一個(gè)SoC,IP只是周邊的部分，客戶在CPU的選擇與取得、使用開發(fā)板來平行開發(fā)軟件、在先進(jìn)工藝芯片的信號(hào)完整度與良率、后段到流片的嚴(yán)謹(jǐn)度與測試方法等等，都考驗(yàn)設(shè)計(jì)服務(wù)商是否有此完整的解決方案與實(shí)際成功案例，這是整個(gè)流程的問題，而非單一的環(huán)節(jié)。

（3）價(jià)格的競爭性：芯片市場價(jià)格的競爭人盡皆知，要在甚短的生命期得到一定的市占率，最后決定的因素就是價(jià)格。 市占率大，就有較大的議價(jià)能力， 進(jìn)入良性循環(huán)， 反之被淘汰， 因此IC市場大體上來說只容得下前三名。誰能提供較低的成本， 誰就有吸引芯片設(shè)計(jì)公司最大的條件。

以上三點(diǎn)使得設(shè)計(jì)服務(wù)商成為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的串聯(lián)者，它需要提供各類IP,提供整個(gè)設(shè)計(jì)流程的技術(shù)方案和支持，還要與晶圓代工廠合作幫助客戶流片成功，整個(gè)過程中，與上下游的協(xié)作與互動(dòng)是最最重要的。

以燦芯半導(dǎo)體為例，它的技術(shù)提供者之一是美國的Open Silicon, 其團(tuán)隊(duì)來自Intel. 因此燦芯的設(shè)計(jì)流程可謂承襲Intel,成熟與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧鞒虖浹a(bǔ)了客戶在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)等方面的不足。在目前由0.18um到40nm許多的案例上，都有極高的成功率。 在晶圓廠的支持方面，中芯國際于2010年投資燦芯，燦芯也由此成為中芯國際的專屬設(shè)計(jì)服務(wù)伙伴。燦芯不僅在財(cái)務(wù)上得到后盾，在先進(jìn)工藝上有更大的發(fā)揮空間，以及在設(shè)計(jì)后段有著更緊密而有效率的支持。在IP的取得方面，除了中芯國際的龐大IP庫，能滿足客戶的大部分需求外， 他們也與Synopsys, ARM等等一級(jí) IP供應(yīng)商簽訂戰(zhàn)略聯(lián)盟，讓客戶在選擇不同工藝的高速串口IP,中央處理核心等等模塊時(shí)，有著更佳更多的選擇。

IP需求量持續(xù)增加

由于ARM授權(quán)模式的盛行，各類標(biāo)準(zhǔn)IP在芯片設(shè)計(jì)中的使用量越來越大。這些IP的大量使用，為SoC的開發(fā)帶來了極大的便利性，尤其是在中國市場，這一需求非常旺盛，據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，Synopsys的IP業(yè)務(wù)中，中國市場占據(jù)了25%的市場份額，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其EDA工具所占據(jù)的份額。這使得IP業(yè)務(wù)也成為EDA廠商競相逐鹿的一個(gè)市場，Cadence也在這個(gè)業(yè)務(wù)方面投入了巨資購買IP.根據(jù)CEVA市場經(jīng)理Eran透露：最近幾年本土設(shè)計(jì)公司需求趨勢主要是1、完整IP方案，包括處理器內(nèi)核、使用標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議的完整系統(tǒng) （包括DMA、外圍設(shè)備和接口），以及完整的軟件方案。2、更加重視通信和多媒體處理功能。當(dāng)然傳統(tǒng)的IP供應(yīng)商還是占據(jù)主導(dǎo)地位，ARM是這個(gè)市場的領(lǐng)頭羊，他們?cè)诮衲昱c燦芯簽訂了一個(gè)全套產(chǎn)品線的戰(zhàn)略合作授權(quán)協(xié)議，大大擴(kuò)展了他們的服務(wù)對(duì)象和服務(wù)方式。同時(shí)準(zhǔn)備在張江建立自己的研發(fā)中心，為中國市場提供更好的技術(shù)服務(wù)。

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晶圓代工廠強(qiáng)調(diào)服務(wù)

晶圓代工廠是芯片設(shè)計(jì)的最后一道工序，所有設(shè)計(jì)的芯片最后都要流片成功才能量產(chǎn)，代工廠的生產(chǎn)工藝和技術(shù)服務(wù)對(duì)芯片設(shè)計(jì)公司也非常重要，這決定了一款芯片最終的功耗與成本。說到國內(nèi)設(shè)計(jì)公司對(duì)晶圓廠的需求，華虹NEC銷售與市場副總裁高峰認(rèn)為：“由于普遍規(guī)模較小，研發(fā)能力與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)欠缺，國內(nèi)設(shè)計(jì)公司更迫切需要代工廠突破傳統(tǒng)晶圓代工模式，不僅能提供傳統(tǒng)的制造服務(wù)，更需要提供包括工藝平臺(tái)選擇、單元庫/IP/PDK在內(nèi)的設(shè)計(jì)平臺(tái)服務(wù)以及DFM、良率提升，封裝測試在內(nèi)的一站式全套服務(wù)。說到中國本體的晶圓代工廠不能不提中芯國際，它的規(guī)模在世界上可以排在前四名，在國內(nèi)率先提供了40納米的制造工藝。中芯國際持續(xù)多年向國內(nèi)設(shè)計(jì)公司，院校和科研機(jī)構(gòu)提供MPW等服務(wù)。對(duì)于重要的戰(zhàn)略合作伙伴，內(nèi)部有專職的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)提供全方位的技術(shù)支持。另外，還有許多有特色的設(shè)計(jì)服務(wù)，例如提供ESD保護(hù)方面的設(shè)計(jì)檢查等。目前的IP合作伙伴已經(jīng)擴(kuò)展到全球幾十家IP供應(yīng)商，有ARM,Synopsys等主流供應(yīng)商，也不乏眾多國內(nèi)外中小型IP設(shè)計(jì)服務(wù)企業(yè)。對(duì)所有在開發(fā)的第三方IP設(shè)計(jì)項(xiàng)目，中芯國際內(nèi)部也有一個(gè)嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)督的流程，幫助IC設(shè)計(jì)公司把好第一關(guān)。為了更好的支持和協(xié)調(diào)中芯國際和設(shè)計(jì)服務(wù)公司的發(fā)展， 近期專門成立了ASIC管理團(tuán)隊(duì)， 跟蹤和協(xié)助與設(shè)計(jì)服務(wù)相關(guān)的業(yè)務(wù)發(fā)展。

相對(duì)于中芯國際，華虹NEC和華潤上華在生產(chǎn)工藝方面更加擅長模擬芯片和存儲(chǔ)芯片的工藝，近年來，國內(nèi)模擬芯片設(shè)計(jì)公司發(fā)展迅速，引發(fā)了對(duì)模擬芯片代工工藝的巨大需求。相對(duì)于數(shù)字IC,模擬器件要求代工的最大特點(diǎn)就是標(biāo)準(zhǔn)化程度差，導(dǎo)致移植性低，每家工廠做出的產(chǎn)品都有不同之處，這就要求設(shè)計(jì)公司與Foundry之間更加緊密的技術(shù)合作，設(shè)計(jì)公司需要代工廠提供客制化的工藝技術(shù)平臺(tái)與器件結(jié)構(gòu)以提升其產(chǎn)品的差異化創(chuàng)新優(yōu)勢。憑借與重要戰(zhàn)略客戶多年來的成功合作，模擬/電源管理芯片已發(fā)展壯大成為華虹NEC特色工藝平臺(tái)之一，去年該業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了同比50%的高速增長率。