中國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)：深度廣度并行 重塑價(jià)值鏈

2012年就要翻頁(yè)了，每個(gè)產(chǎn)業(yè)的起伏或冷暖自知。我國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)今年是有驚無(wú)險(xiǎn)地渡過(guò)了“險(xiǎn)灘”，成為其史上“最艱苦卻又持續(xù)進(jìn)步”的一年。在最近舉辦的2012中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)年會(huì)暨重慶集成電路創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇上，中國(guó)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(zhǎng)魏少軍指出，我國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)在這一年里取得了較好的成績(jī)，表現(xiàn)為產(chǎn)業(yè)規(guī)模保持增長(zhǎng)、發(fā)展質(zhì)量繼續(xù)改善、競(jìng)爭(zhēng)能力有所提升、企業(yè)效益明顯改觀。2012年IC設(shè)計(jì)業(yè)銷(xiāo)售額將達(dá)到680.45億元，同比增長(zhǎng)8.98%。中國(guó)大陸IC設(shè)計(jì)業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)中的地位得到進(jìn)一步鞏固，在美國(guó)和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)之后繼續(xù)保持第三位。

深度廣度并行

通信、智能卡、計(jì)算、多媒體、模擬、功率、導(dǎo)航、消費(fèi)類(lèi)等是目前中國(guó)大陸IC設(shè)計(jì)業(yè)的十大關(guān)注市場(chǎng)。由于中國(guó)大陸設(shè)計(jì)業(yè)有自身的特點(diǎn)，需要聯(lián)合上下游企業(yè)的立體策略滿(mǎn)足多元化需求。

在工藝的選擇上，聯(lián)華電子股份有限公司亞洲銷(xiāo)售服務(wù)處、市場(chǎng)行銷(xiāo)處副總經(jīng)理王國(guó)雍并不認(rèn)同業(yè)界在追求先進(jìn)制程。他指出，目前采用28nm制程的半導(dǎo)體廠商不超過(guò)兩成，還有80%的客戶(hù)仍停留在成熟工藝階段。TSMC中國(guó)業(yè)務(wù)發(fā)展副總經(jīng)理羅鎮(zhèn)球也對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，中國(guó)大陸IC市場(chǎng)的需求是提供相對(duì)完整的功能，并且客戶(hù)能支付得起。假若都采用先進(jìn)工藝開(kāi)發(fā)處理器，美國(guó)公司設(shè)計(jì)主頻能達(dá)到2G、我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)能達(dá)到1.7G，中國(guó)大陸只能做到1.5G，但消費(fèi)者應(yīng)用時(shí)感受相差不多。因此，中國(guó)大陸IC企業(yè)采用適當(dāng)?shù)墓に嚱M合成適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品，也會(huì)快速成長(zhǎng)。

隨著IC設(shè)計(jì)進(jìn)入到了SoC時(shí)代，90%以上需要IP授權(quán)，或者通過(guò)自有IP進(jìn)行集成設(shè)計(jì)。

Synopsys（新思）公司全球副總裁兼亞太區(qū)總裁潘建岳認(rèn)為，目前中國(guó)大陸IC業(yè)在追趕國(guó)外先進(jìn)水平，而國(guó)外IC業(yè)發(fā)展多年，有內(nèi)生IP的積累，中國(guó)大陸IC業(yè)要實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展需要成熟的IP。并且，中國(guó)大陸IC業(yè)在深度和廣度方面都在不斷延伸，在深度方面，中國(guó)大陸IC設(shè)計(jì)有的進(jìn)入先進(jìn)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(duì)性的工具服務(wù)和IP。

中國(guó)大陸IC設(shè)計(jì)業(yè)的同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，被稱(chēng)為IP加工廠的問(wèn)題也一直被人詬病，但Cadence總裁兼CEO陳立武指出，雖然中國(guó)大陸IC企業(yè)采用的IP核相差不大，但在架構(gòu)方面，如核與核的連接、與存儲(chǔ)器的連接、時(shí)鐘是4相還是8相、怎么布線、怎么熟練使用EDA工具提高開(kāi)發(fā)效率和成功率等方面都可實(shí)現(xiàn)差異化，并不是用一樣的IP、一樣的工藝就沒(méi)法差異化的。

中國(guó)大陸IC業(yè)目前已有500多家公司，各自處在不同的發(fā)展節(jié)點(diǎn)。王國(guó)雍表示，它們將經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段：一是搶占市場(chǎng)，在占據(jù)一席之地之后，進(jìn)入第二個(gè)階段即賺錢(qián)階段，三是永續(xù)經(jīng)營(yíng)階段。目前中國(guó)大陸IC設(shè)計(jì)廠商大多是在第一階段，有一些進(jìn)入到了賺錢(qián)階段，而賺錢(qián)表現(xiàn)在一是上市，二是被收購(gòu)。要真正達(dá)到第三階段還很難，因這需要全球化布局、專(zhuān)利布局以及產(chǎn)品要縱深化等。

重塑價(jià)值鏈

伴隨著半導(dǎo)體業(yè)嵌入式處理器和混合信號(hào)SoC產(chǎn)品設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜以及FinFET、3D IC為代表的先進(jìn)制造工藝不斷涌現(xiàn)，不得不考慮開(kāi)發(fā)時(shí)涉及速度、功耗和成本的一系列復(fù)雜條件，芯片設(shè)計(jì)人員必須采用他們所有的工具，包括新的電路設(shè)計(jì)、新體系結(jié)構(gòu)方法，并對(duì)算法進(jìn)行根本的修改，以便能夠以有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格繼續(xù)實(shí)現(xiàn)更好的性能，而功耗要在可接受范圍內(nèi)，這又涉及算法設(shè)計(jì)、軟件開(kāi)發(fā)、電路板設(shè)計(jì)以及最終的封裝和散熱設(shè)計(jì)等，這對(duì)IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)鏈中的EDA供應(yīng)商、IP供應(yīng)商、代工廠等都帶來(lái)了全新的考驗(yàn)，對(duì)IC設(shè)計(jì)上下游提出更多挑戰(zhàn)的同時(shí)也意味著產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的重塑。

EDA工具需提供系統(tǒng)化的仿真和驗(yàn)證方案、軟硬件協(xié)同加速仿真和驗(yàn)證方案，EDA供應(yīng)商針對(duì)先進(jìn)工藝，在3D IC技術(shù)、低功耗設(shè)計(jì)以及大規(guī)模的協(xié)同驗(yàn)證等方面加大了研發(fā)投入和并購(gòu)力度。新思最近完成了兩家公司的收購(gòu)，一是花費(fèi)2億美元收購(gòu)SoC驗(yàn)證仿真加速平臺(tái)供應(yīng)商EVE公司，從而為其驗(yàn)證平臺(tái)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(gòu)思源科技(SpringSoft)，將加強(qiáng)其在驗(yàn)證環(huán)節(jié)的糾錯(cuò)能力。而明導(dǎo)(上海）電子科技有限公司亞太區(qū)技術(shù)總監(jiān)李潤(rùn)華表示，隨著芯片越來(lái)越復(fù)雜，驗(yàn)證周期越來(lái)越長(zhǎng)，在軟件仿真、FPGA仿真之外，硬件仿真加速將成未來(lái)主流，它可大幅縮短驗(yàn)證時(shí)間，提高驗(yàn)證效率。陳立武表示，Cadence還致力于垂直一體化的合作，與ARM、臺(tái)積電等合作，ARM公司考慮怎么發(fā)揮EDA工具的潛能，Cadence考慮工具的效率和優(yōu)化，進(jìn)行一對(duì)一的貼身服務(wù)。今年6月，Cadence與臺(tái)積電合作生產(chǎn)出第一顆3D IC實(shí)驗(yàn)芯片。10月份Cadence與IBM合作，基于IBM 14nm并使用IBM的FinFET工藝技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了第一顆ARM Cortex-M0處理器。

北京華大九天軟件有限公司市場(chǎng)部經(jīng)理王彥威也提到，在20nm制程下，一顆移動(dòng)應(yīng)用的芯片包含超過(guò)10億個(gè)晶體管，EDA工具面臨更為復(fù)雜的驗(yàn)證和DFM挑戰(zhàn)，并需要支持double patterning(雙重圖形)等新技術(shù)的應(yīng)用。隨著FinFET、3D IC等新工藝的應(yīng)用，EDA需要進(jìn)行器件機(jī)理研究及復(fù)雜模型的精準(zhǔn)化及標(biāo)準(zhǔn)化，電遷移引起的效應(yīng)也將是EDA工具需重點(diǎn)攻克的難題。

在產(chǎn)業(yè)鏈中扮演設(shè)計(jì)企業(yè)與EDA工具、IP供應(yīng)商與代工廠的“中介”的設(shè)計(jì)服務(wù)廠商也在隨需而變。無(wú)錫華大國(guó)奇科技有限公司總裁谷建余說(shuō)，設(shè)計(jì)服務(wù)公司的角色正在發(fā)生演變：在與IC設(shè)計(jì)企業(yè)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(kāi)發(fā)能力、合理的IP積累，可進(jìn)行IP資源整合等；在EDA工具應(yīng)用方面，要有設(shè)計(jì)流程管理、局部自有EDA工具、各種腳本等；在工藝方面，對(duì)先進(jìn)工藝要有深刻了解。

芯原微電子(上海)有限公司董事長(zhǎng)兼總裁戴偉民也表示，從IC產(chǎn)業(yè)來(lái)看，一是中國(guó)大陸的Fab-lite和Design-Lite模式盛行；二是以前合適的IP不太好買(mǎi)，現(xiàn)在ARM核以及新思等企業(yè)能提供很多的IP庫(kù)供選擇，使得設(shè)計(jì)更加方便；三是芯片越來(lái)越成為一個(gè)SoC，軟件也變得更加重要，需要設(shè)計(jì)廠商側(cè)重架構(gòu)和軟件。

后摩爾時(shí)代引發(fā)生態(tài)變革

魏少軍說(shuō)，當(dāng)工藝技術(shù)的進(jìn)步不再遵循每?jī)赡昙啥确囊?guī)律，工業(yè)界的發(fā)展路線圖和技術(shù)路線不再十分確定，且當(dāng)主流的基本器件結(jié)構(gòu)及制造工藝發(fā)生根本性變化的時(shí)候，就進(jìn)入了所謂“后摩爾”時(shí)代，基于這一考慮，從22nm/20nm開(kāi)始我們將進(jìn)入“后摩爾”時(shí)代。 [!--empirenews.page--]

而隨著后摩爾時(shí)代的到來(lái)無(wú)論是在IC技術(shù)上，還是產(chǎn)業(yè)生態(tài)上都將會(huì)發(fā)生巨大變化。魏少軍指出，一是商業(yè)模式將發(fā)生根本改變。由于IC價(jià)值需要依賴(lài)于電子整機(jī)和系統(tǒng)應(yīng)用才能得到體現(xiàn)，過(guò)長(zhǎng)的價(jià)值鏈將難以保證集成電路產(chǎn)品價(jià)值維持在較高水平；二是軟件必不可少。架構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容將包括芯片和芯片軟件，軟件將從被動(dòng)跟隨芯片升級(jí)，發(fā)展到主動(dòng)引導(dǎo)芯片的產(chǎn)品定義；三是EDA廠商將成為伙伴。高額的研發(fā)成本將要求EDA廠商更多地為設(shè)計(jì)公司提供定制服務(wù)，一對(duì)一的“貼身服務(wù)”將成為EDA廠商不得不面對(duì)的挑戰(zhàn)。

面對(duì)新“時(shí)代”，IC設(shè)計(jì)企業(yè)需要做好萬(wàn)全準(zhǔn)備。魏少軍表示，屆時(shí)工藝浮動(dòng)、成品率等問(wèn)題將日益突出，F(xiàn)inFET等新器件將導(dǎo)致芯片研發(fā)根本性的改變，設(shè)計(jì)企業(yè)不僅要懂設(shè)計(jì)，全面提升物理設(shè)計(jì)能力，更要懂工藝，甚至要建立強(qiáng)有力的工藝團(tuán)隊(duì)等。同時(shí)，在產(chǎn)品上要瞄準(zhǔn)大宗主流產(chǎn)品，在產(chǎn)業(yè)規(guī)模上要盡快做大做強(qiáng)。在20nm節(jié)點(diǎn)，由于一個(gè)芯片產(chǎn)品需要銷(xiāo)售6000萬(wàn)只至1億只才能達(dá)到盈虧平衡，因此只有通用的平臺(tái)化產(chǎn)品才會(huì)被接受，這一定不會(huì)是ASIC，只可能是數(shù)量巨大的ASSP，如移動(dòng)通信終端芯片或數(shù)字電視芯片等。

此外，在工藝的選擇上，羅鎮(zhèn)球表示，由于28nm工藝是采用HKMG技術(shù)，16nm是用FinFET技術(shù)，到了10nm節(jié)點(diǎn)，或許各家會(huì)有各家的玩法。這也更需要IC設(shè)計(jì)廠商與代工廠結(jié)成更緊密的合作。陳立武表示，隨著先進(jìn)工藝的不斷推進(jìn)，對(duì)EDA工具也提出了新的要求，如從28nm到20nm，EDA的改動(dòng)很大，因?yàn)橐庹諆纱?，此外FinFET芯片對(duì)EDA物理驗(yàn)證工具也有不同的要求。隨著先進(jìn)工藝20nm時(shí)代的到來(lái)，Cadence在以ADE為主的條件下，將繼續(xù)推廣“模擬設(shè)計(jì)約束”的新方法以減小設(shè)計(jì)失誤；繼續(xù)加強(qiáng)PDK的功能以提高設(shè)計(jì)效率。