預測半導體的下一波浪潮

半導體業(yè)處于姜氏曲線(xiàn)的哪里?

　　從PC臺式機的出貨量看，已經(jīng)是非常成熟的階段了，在2025年左右基本就達到飽和，所以PC臺式機處在姜氏曲線(xiàn)的一個(gè)較晚階段(圖10)。

　　智能手機剛過(guò)了37%的中間點(diǎn)(圖11)，但是從銷(xiāo)售量角度看，仍然還有一個(gè)非常大的發(fā)展空間。

　　對于新興的物聯(lián)網(wǎng)，包括很多產(chǎn)品。智能表計包括水表、電表等各種各樣家用表計，其實(shí)還處于非常早期的階段(圖12)，現在是成長(cháng)非?？斓氖袌?chǎng)?？纱┐髟O備處在更早期(圖13)，雖然不完全確定總量，但其規模應該是相當驚人的，預計是3.5萬(wàn)億的數量級。像健身追蹤器等有相當大的市場(chǎng)?？纱┐麽t療設備也處在早期，包括測量你的心跳、胰島素的量等各方面還處在一個(gè)非常早的階段。

　　來(lái)看看晶體管的數量。從圖14的預測看，從晶體管總量來(lái)看，我們還處在一個(gè)相當早期的階段，未來(lái)十年還會(huì )有一個(gè)爆炸性的增長(cháng)。壞消息是，大約在2030年之前，就會(huì )有一個(gè)非常成熟的晶體管的總量，到時(shí)我們肯定需要一類(lèi)新器件。

錢(qián)會(huì )在哪里?

　　上述講到的是量，現在還是講錢(qián)更實(shí)際。物聯(lián)網(wǎng)方面有半導體的三大增長(cháng)點(diǎn)。1.數據中心，我們需要很多網(wǎng)絡(luò )和儲存，需要許多大的數字SoC(系統芯片)，以及很多固態(tài)存儲器。2.網(wǎng)關(guān)，是數據從終端到數據中心的一環(huán)。3.節點(diǎn)/終端，需要傳感器、執行器、圖像傳感器、收發(fā)器等小器件。

　　數據中心在姜氏曲線(xiàn)中還處在一個(gè)較早期的點(diǎn)(圖15)，還有一個(gè)非常長(cháng)的時(shí)間轉變。今天，服務(wù)器占半導體市場(chǎng)約4.2%份額。物聯(lián)網(wǎng)與智能的網(wǎng)關(guān)成長(cháng)也相當快(圖16)，其IC大概占半導體總值的3.1%。

　　但終端的銷(xiāo)量還是較小的(圖17)，2015年終端IC銷(xiāo)售額只有154億美元，而且現在大部分終端還是比較簡(jiǎn)單的。但是從趨勢看，這些終端會(huì )變得相當復雜，量也會(huì )是海量。需要MCU、傳感器、電池管理IC、無(wú)線(xiàn)/有線(xiàn)IC等。

　　半導體業(yè)如何從物聯(lián)網(wǎng)賺錢(qián)?

　　實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)是服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)，是把所有的信息收集起來(lái)，然后再把信息進(jìn)行分析和處理來(lái)賺錢(qián)。所以傳統的半導體業(yè)，諸如傳感器、芯片等在整個(gè)鏈條中有相當大的價(jià)值。例如飛機引擎業(yè)賣(mài)到了很多服務(wù)性的價(jià)值，每三十分鐘會(huì )產(chǎn)生海量(10兆兆字節)數據，如果進(jìn)行收集和分析，可監測引擎的可靠性，以判斷什么時(shí)候需要維修，提高了安全性。因此有很多人預測，將來(lái)某一天會(huì )有種新的商業(yè)模式：免費提供引擎，而數據服務(wù)才是廠(chǎng)家真正創(chuàng )造營(yíng)收的地方。

　　所以物聯(lián)網(wǎng)的數據擁有者將會(huì )是非常賺錢(qián)的。傳統的IC公司工程師希望盡量加入數據擁有者的行業(yè)里，可以與數據公司做聯(lián)盟或是互補的事情，收取費用方面用專(zhuān)利模式進(jìn)行收取，還會(huì )有一些新的IC設計公司出現。因此，半導體產(chǎn)業(yè)會(huì )繼續變化，有些小型新型的做終端的公司也會(huì )涌現。

一些有趣的問(wèn)題

　　*現在的半導體公司該如何去做，來(lái)實(shí)現用服務(wù)盈利?

　　這也很難。數據擁有者會(huì )選擇不同IC行業(yè)的供應商。整個(gè)IC行業(yè)的設計理念將來(lái)可能會(huì )有所改變。例如，2015年美國DAC(設計自動(dòng)化)大會(huì )上，谷歌的一名工程師展示了一款隱形眼鏡，可以通過(guò)眼中的液體來(lái)測試血液中的糖分。這個(gè)數據本身可以有幾個(gè)作用，可以發(fā)給醫生，使醫生實(shí)時(shí)了解你的身體狀況;也可以看你身體哪一部分是糖分釋放器。相信谷歌不可能只賣(mài)隱形眼鏡，肯定是想憑借這種數據賺錢(qián)，無(wú)論是醫療還是監測的過(guò)程。所以，一些傳統的IC供應商可以做這類(lèi)隱形眼鏡，有數據的公司可以用手機收集的數據做數據服務(wù)。

　　*以后會(huì )不會(huì )出現半導體公司將芯片免費送給數據廠(chǎng)商，利用數據賺錢(qián)的商業(yè)模式?

　　當然是可能的，但是更可能還是會(huì )采取部分收費的方式，至少要養活自己。這個(gè)收完回來(lái)的周期會(huì )比賣(mài)產(chǎn)品收錢(qián)要長(cháng)一些。

　　*貴公司如何用大數據來(lái)完善服務(wù)?

　　Mentor目前還是比較傳統的管理，IP是唯一一個(gè)真正在賣(mài)的產(chǎn)品。從Mentor工具來(lái)看，是讓客戶(hù)可以更好地做他們的產(chǎn)品。上述的大數據不一定是公開(kāi)的大數據，而是數據的擁有者。例如某個(gè)廠(chǎng)商中的私有云，用Mentor的工具去分析他們的數據。Mentor的商業(yè)模式還是做B2B(企業(yè)對企業(yè))。當良率變得對制造企業(yè)和設計企業(yè)都很重要時(shí)，Mentor實(shí)際上有大數據的分析引擎，可以在線(xiàn)地把數據記錄下來(lái)，用統計的方法和優(yōu)化的算法抓到在生產(chǎn)過(guò)程中走勢錯誤的點(diǎn)并分析出來(lái)。所以Mentor有大數據的客戶(hù)和應用能力，面向的是企業(yè)，而且是在私有云的應用層面。

　　*很多人在談?wù)撐锫?lián)網(wǎng)，但是真正賺到錢(qián)的卻不多，原因是處于姜氏曲線(xiàn)的初期嗎?

　　其實(shí)現在已經(jīng)有在賺錢(qián)的，諸如上述的三個(gè)地方是賺錢(qián)的，數據中心、網(wǎng)關(guān)已經(jīng)賺了很多錢(qián)，只是在終端只有150億美元，其價(jià)值還遠沒(méi)有體現出來(lái)，有待今后發(fā)展。

　　*很多企業(yè)沒(méi)走那么遠就死掉了，從VR/AR、可穿戴、汽車(chē)……，時(shí)代變化太快，要想走得更遠還需要做怎樣的準備?

　　的確，是有很多公司會(huì )失敗。Wally喜歡小公司。因為大公司會(huì )有創(chuàng )新的包袱。小公司的好處是失敗了可以重新開(kāi)始，轉換周期較快。實(shí)際上，Mentor現在有很多客戶(hù)是從中小客戶(hù)發(fā)展起來(lái)的。

　　中國目前是資金密集型，一些地方有政府補貼政策，所以中國涌現出了很多有競爭力的中小公司。另外，中國教育也會(huì )激發(fā)出一些頂級編程天才或設計專(zhuān)家做小企業(yè)。Mentor多年前就出臺了支持中小型設計公司的項目計劃，在上市之前，以有競爭力的EDA(電子設計自動(dòng)化)工具價(jià)格來(lái)支持他們。

　　*半導體是產(chǎn)品的基石。但有時(shí)也挺心酸，上層會(huì )擠壓下層的利潤，現在還有硬件免費的風(fēng)潮，怎么辦?

　　以手機市場(chǎng)為例，蘋(píng)果手機有時(shí)是免費的，因為很多運營(yíng)商送手機。但其實(shí)蘋(píng)果還是收到了應得的錢(qián)。還有一些成功的案例，一家做汽車(chē)傳感器系統的公司，自己做了芯片，但它不只賣(mài)芯片，而是把整個(gè)系統賣(mài)給車(chē)廠(chǎng)，這樣整體附加價(jià)值更高一些。

　　*晶體管數量越來(lái)越多，主要是哪類(lèi)芯片增長(cháng)?

　　從晶體管數量的角度是會(huì )持續成長(cháng)的，但總量的99.7%是存儲，可見(jiàn)存儲以后的量是相當驚人的。盡管存儲主宰了芯片，但是與此連接的邏輯晶體管的價(jià)格還是在向下走，出貨量增長(cháng)。只要你的產(chǎn)品是受歡迎的，無(wú)論是大型還是小型企業(yè)，都有生長(cháng)的空間。從IC行業(yè)的收入來(lái)看，fabless(IC設計公司)營(yíng)收約占整個(gè)半導體業(yè)收入的30%。

　　*固態(tài)圖像傳感器哪類(lèi)增長(cháng)快?

　　固態(tài)圖像傳感器比半導體市場(chǎng)平均高3個(gè)百分點(diǎn)，即7%左右的年均增長(cháng)率。其中信號處理部分還是會(huì )有較好的增長(cháng)，例如汽車(chē)中有更多的傳感器，需要更多信號在一起的傳感器融合。

EDA業(yè)

　　EDA業(yè)通常的平均增長(cháng)率比半導體要高約1個(gè)百分點(diǎn)。Mentor比EDA業(yè)的平均增長(cháng)率稍微高一點(diǎn)。原因之一是約1/3的營(yíng)收來(lái)自系統設計公司，像汽車(chē)和飛機等。全世界EDA業(yè)有3%~6%的波動(dòng)，EDA在整個(gè)市場(chǎng)的比例還是比較固定的，占整個(gè)半導體市場(chǎng)2%左右。

　　7nm方面，英特爾、三星、TSMC和一些內存fab(制造廠(chǎng))都會(huì )有。Mentor的相關(guān)工具已準備就緒，預計今年或2017年初會(huì )發(fā)布。

中國IC設計業(yè)對高端設計需求旺盛

　　盡管中國的經(jīng)濟增速有所減緩，但中國發(fā)展半導體的熱情是非常高漲的。一方面，政府的支持力度很大;另一方面中國對高端產(chǎn)品的需求量也越來(lái)越大，例如手機中有70%是中國自有品牌，因此IC內需一直在增長(cháng)，而且本土的設計要求越來(lái)越高，所以對EDA工具的需求也越來(lái)越大。

　　這兩三年，很多中國IC設計公司已不是追隨者，而是領(lǐng)先者了。例如最早使用TSMC 16nm、三星14nm代工的企業(yè)就是中國的IC設計公司。因為他們要和海外芯片企業(yè)去競爭，必須要保持設計水平同步，甚至更領(lǐng)先。

　　目前，和國內IC設計公司的攜手合作方式也有所改變，過(guò)去，中國客戶(hù)是追隨者的角色，美國公司怎樣用，中國公司就跟著(zhù)用。而現在，Mentor會(huì )了解中國客戶(hù)的需求，一起進(jìn)行制程開(kāi)發(fā)。

Mentor面向中國的產(chǎn)品

　　主要有三大類(lèi)。首先，IC設計類(lèi)，如面向OPC/EPC光學(xué)矯正晶圓廠(chǎng)的工具;系統工具類(lèi)，如汽車(chē)類(lèi)產(chǎn)品;以及驗證類(lèi)，如硬件加速器EVP(企業(yè)驗證平臺)。

　　在先進(jìn)制程方面，有分辨率增強技術(shù)(RET)中的OPC(光學(xué)鄰近矯正)產(chǎn)品，已和國內重要的代工廠(chǎng)合作。Mentor的Calibire平臺，可從IC驗證到后端的Signoff(簽收)，到制造生產(chǎn)的DFM(可制造設計)，最終去做mask(掩膜)。

　　值得一提的是，隨著(zhù)設計越來(lái)越復雜，對驗證要求越來(lái)越高，以前的設計公司是設計占大部分工作量，驗證較少。但現在大部分工程師是驗證工程師，所以需要大量的simulator(模擬器，又稱(chēng)軟件仿真器)去運行test bench(測試工作臺)?，F在simulator已不夠了，需要用emulator(仿真器，又稱(chēng)硬件仿真器)。Mentor有EVP硬件平臺，從RTL級到整個(gè)系統級都可以驗證，諸如極端的圖像驗證，可以一幀幀地加速，實(shí)時(shí)地查看芯片的電路設計是否正確。

　　最近Mentor還有Prototyping等新產(chǎn)品。

　　Mentor在可測試性(DFT)方面也是領(lǐng)先的，由于高端芯片的成本很高，良率越來(lái)越重要，因為一個(gè)百分比的良率提升就節省了數百萬(wàn)美元，所以客戶(hù)對testing有很大的需求。而在2002年前后，客戶(hù)基本不做design for test/testing，他們做了廢片，系統廠(chǎng)商來(lái)找，他們就賠芯片。但現在大部分中國的fabless也開(kāi)始重視質(zhì)量，在意供應鏈的安全性。因為芯片做得不好，被退回很致命，例如，如果進(jìn)入蘋(píng)果或三星的供應鏈，如果芯片或模塊做得不好會(huì )受到重罰。另外像極端情況，諸如汽車(chē)電子領(lǐng)域，DPM(每百萬(wàn)產(chǎn)品中的瑕疵率)要做到是1或幾乎沒(méi)有，才有資格做汽車(chē)電子芯片。所以，這也推動(dòng)中國fabless一定要提高可靠性等性能，這也正好是Mentor公司的專(zhuān)長(cháng)。

本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第9期第1頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。