中國IC/SOC設計業(yè)的現狀及發(fā)展思路

去年底，中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )IC(集成電路)設計分會(huì )在杭州舉辦了2001年年會(huì )，暨全國SOC(系統芯片)/IP(知識產(chǎn)權)核技術(shù)應用與商務(wù)研討會(huì )。會(huì )上，來(lái)自海峽兩岸的專(zhuān)家濟濟一堂，對IC設計業(yè)現狀及未來(lái)動(dòng)向發(fā)表了精彩講演。

IC設計業(yè)的現狀

中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )理事長(cháng)俞忠鈺先生說(shuō)，目前中國大陸有一定規模的設計單位共200多家， IC設計從業(yè)人員3000人，營(yíng)業(yè)額超過(guò)10億元，在IC產(chǎn)業(yè)中的銷(xiāo)售比例從1995年的2.4%提高到了2001年的5%。

中國IC設計業(yè)目前還十分弱小，但有巨大發(fā)展潛力。信息產(chǎn)業(yè)部制定的“十五”產(chǎn)業(yè)規劃中，提出IC產(chǎn)業(yè)要以芯片設計為突破口。若以2005年IC設計業(yè)占IC業(yè)10%計算，屆時(shí)營(yíng)業(yè)額將達60億元，設計人員達10萬(wàn)人。

我們已加入WTO，未來(lái)IC設計業(yè)既要按自身的規律發(fā)展，又須適應全球化，參與全球化競爭。我國IC設計業(yè)當前正發(fā)生四個(gè)重大轉變：

·從科研單位型向規模經(jīng)營(yíng)和大規?；较蜣D變；

·從過(guò)去的小打小鬧，什么都做，向開(kāi)發(fā)特色IC產(chǎn)品方向發(fā)展；

·從過(guò)去的以逆向設計為主，向基于單元庫、IP核的正向設計發(fā)展；

·從國有制為主向多種所有制，特別是設計人員參股的股份制發(fā)展。

SOC是當前IC設計發(fā)展的主流，開(kāi)發(fā)和應用SOC也是當前IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。

產(chǎn)業(yè)政策與發(fā)展思路

科技部高新技術(shù)司李健司長(cháng)說(shuō)，中國政府已經(jīng)為IC設計業(yè)提供了良好的產(chǎn)業(yè)政策，主要有：從IC設計企業(yè)贏(yíng)利之年開(kāi)始，所得稅兩年免稅，三年減半，因而吸引公司紛紛到中國落戶(hù)。中國經(jīng)濟高速增長(cháng)，帶來(lái)了IC巨大的市場(chǎng)需求。國家推進(jìn)信息化，為IC發(fā)展提供了強大的動(dòng)力。信息化帶動(dòng)工業(yè)化。積極推進(jìn)信息技術(shù)在各行各業(yè)的應用；加快建設國家信息技術(shù)設施；大力發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)。

“十五”期間國家已安排了10個(gè)重大專(zhuān)項，第一批財政撥款達53.9億元，把IC放到第一位，在中國的科技投資里，這是空前的。我們要突破高性能CPU設計瓶頸，建立中國自己的SOC設計平臺，建立IP核庫。形成若干個(gè)產(chǎn)業(yè)化基地，并培養出一批高水平的IC設計人才。

信息產(chǎn)業(yè)部電子產(chǎn)品司的鄭敏政副司長(cháng)說(shuō)，在IC設計行業(yè)，2000年已有四家逾億元的設計公司：杭州士蘭、大唐電信、無(wú)錫矽科、中國華大，2001年又增加了一家—上海華虹IC設計公司。芯片制造方面， “十五”期間計劃建成3~4條6英寸生產(chǎn)線(xiàn)，4~5條8英寸生產(chǎn)線(xiàn)，形成0.35~0.18mm的生產(chǎn)技術(shù)，建設1~2條12英寸、0.18mm的生產(chǎn)線(xiàn)。

十五期間重點(diǎn)支持產(chǎn)品包括：

·CPU產(chǎn)品—微處理器、微控制器、DSP；

·移動(dòng)芯片—基站芯片、射頻芯片、軍用電路及其支持產(chǎn)品；

·數字音視頻電路—數字VCD、DVD、DTV、HDTV、數碼相機、PDA等支持產(chǎn)品；

·IC卡芯片—電話(huà)卡、身份卡、金融卡等；

·量大、面廣的適銷(xiāo)對路產(chǎn)品—CMOS運放、存儲卡等。

SOC設計業(yè)的技術(shù)創(chuàng )新

IC設計企業(yè)中，90%為本地企業(yè)，但把VIA(威盛)等IC設計分會(huì )外的企業(yè)統計進(jìn)來(lái)，數字將更高。

中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )IC設計分會(huì )的理事長(cháng)王芹生女士說(shuō)：“我們要在5~10年時(shí)間，共建行業(yè)的創(chuàng )新文化，積極從事技術(shù)創(chuàng )新。目前由于大多數核心技術(shù)為國際跨國公司所壟斷，我國企業(yè)不得不面對采購成本高，產(chǎn)品附加價(jià)值低的尷尬局面，這是我國在計算機、通信、家電領(lǐng)域只是個(gè)組裝大國的原因所在。”

IT行業(yè)的核心是IC，IC知識產(chǎn)權的核心是設計，因此，加強IC設計業(yè)的技術(shù)創(chuàng )新已成為頭等重要的任務(wù)。IC設計創(chuàng )新的主要任務(wù)有兩個(gè)創(chuàng )新和四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：

1.SOC。將信息處理的算法、邏輯電路的結構、各個(gè)層次的電路以器件的方式集成在一塊芯片上，從而具備整機的功能。這里包括：

1)算法功能的突破。增加模糊算法、神經(jīng)元算法以及安全算法。

2)電路結構突破。CMOS還有很長(cháng)的生命力，但由于引入RF和Flash等將有新的發(fā)展。

實(shí)現上述突破，所需的關(guān)鍵技術(shù)有：

1)軟硬件協(xié)同技術(shù)。用于解決不同系統的硬件和軟件劃分問(wèn)題，涉及系統功能綜合的各個(gè)方面，如計算機運算、數據處理、控制、通信、信息壓縮和解壓縮、加密與解加密等。

2)IP模塊庫。主要包括三大類(lèi)：軟核、固核和硬核。軟核有軟件描述，比較靈活，應用范圍廣，但后續工作較多；固核涉及結構型的設計（筆者注：國外對固核還沒(méi)有統一認識，筆認為是由軟核發(fā)展而來(lái)，可迅速優(yōu)化，但實(shí)現后可能比ASIC功耗高）；硬核是獨立于工藝的物理設計，并多次經(jīng)過(guò)實(shí)踐優(yōu)化和驗證的，因此硬核是最有價(jià)值的模塊，可以拿來(lái)就用。IP模塊庫是提高設計效率和成功率、降低設計成本的重要捷徑，引起業(yè)界極大關(guān)注。

3)模塊界面的綜合分析。而使IP模塊的每個(gè)部分都是好的，但能否變成一個(gè)水乳交融的整體，必須解決各種IP模塊的連接問(wèn)題，glue logic(膠連邏輯)不僅是無(wú)縫連接，而且要象膠水一樣連接得非常緊密。IP的分析和實(shí)現技術(shù)在真正的SOC設計中占有相當大的分量，并不是所有的IP都可以拿來(lái)就用。

4)IP的重用標準和流程。IP重用時(shí)在通信、視頻或家電等領(lǐng)域，使用流程和標準可能有很大區別。所以一定要有自己的流程和可行標準。標準幫助大家在完成設計后可獲得工業(yè)化產(chǎn)品。工業(yè)化產(chǎn)品在應用后才能成為市場(chǎng)上流通的商品，過(guò)程很復雜。

2.MEMS。是微電子、機械、光學(xué)技術(shù)的結合，MEMS可把電子信號轉變?yōu)槠渌盘柣蚰芰靠刂?。應該重視應用，不要把思路僅僅局限于電學(xué)和信息技術(shù)領(lǐng)域。

3.DNA。是指微電子和生命科學(xué)結合的創(chuàng )新領(lǐng)域，國外已有這方面的應用，對基因的鑒定很重要，對未來(lái)的農業(yè)和生物工程和其他綜合工業(yè)的研究和生產(chǎn)有廣泛的應用前景。

4.設計技術(shù)。設計方法創(chuàng )新。最直接的就是使用工藝，國外談0.1mm，自然影響到設計工具和其他方面的創(chuàng )新，主要有5個(gè)方面：

1)時(shí)序滿(mǎn)足(Timing Closure)。在超深亞微米中如何滿(mǎn)足時(shí)序的要求非常重要。

2)信號完整性(signal Integrity，SI)，因為到0.18mm以后，如0.15，0.13??，信號能否保證完整度成為重要的技術(shù)瓶頸。

3)驗證。在高集成度技術(shù)領(lǐng)域中，不能用現有方法來(lái)驗證。

4)低功耗。SOC要服務(wù)于輕薄短小、便攜式設備，低功耗是不可跨越的障礙，難度非常大。

5)IP復用。

中國臺灣SOC/IP的發(fā)展

這次會(huì )議還請來(lái)了臺灣同胞。通過(guò)他們的講演，了解到臺灣半導體業(yè)偏重在代工方面，設計業(yè)主要在低成本和特定產(chǎn)品方面。去年臺灣半導體呈現負增長(cháng)。IC總產(chǎn)值相當于1000多億元人民幣，設計業(yè)占20%，設計也也是唯一成長(cháng)的行業(yè)，因獲利好，稱(chēng)為股王，還有很好的成長(cháng)空間，發(fā)展關(guān)鍵是人才(人才短缺也是世界性的問(wèn)題)。

SOC的困難是如何在快速的情況下集成，不僅是芯片級的集成，還有設計層面的集成。有水平的集成和垂直的集成，開(kāi)發(fā)基本架構的集成和商業(yè)模式的集成。

1、水平集成是如何把一般的IP很快地集成在一個(gè)芯片里。一般認為SOC一定有幾個(gè)IP或CPU，另外還有計算的引擎，如DSP。重要的一點(diǎn)是不一定有很多的功能，但必須有芯片上總線(xiàn)(On-Chip Bus)，很多IP里一定要圍繞Bus才能集成在一起。其他象模擬、混合、RF、Glue Logic、可編程邏輯、I/O等都要設法把他們集成在一起。

IP是自己做還是外購？如何重用？今天工藝是0.18mm，明天0.15mm，如何跨越？若跟不上競爭者的話(huà)，你的SOC就賺不到錢(qián)。

2、強調器件特性。SOC也可代表Solution On Chip，它實(shí)際不是硬件，而是軟件。與別的產(chǎn)品不一樣的地方應盡量放在軟件里，硬件做成一樣，所以軟件很重要。軟件和硬件怎樣在一起開(kāi)發(fā)，完成解決方案，是垂直集成中的一個(gè)重要課題。

3、企業(yè)內開(kāi)發(fā)項目的集成。軟件有應用程序和驅動(dòng)程序等，我們要知道哪些上面有附加價(jià)值。SOC團隊人數日益增加，在SOC 團隊中一定要有熟悉IP的人，專(zhuān)做IP應用的人。IP來(lái)自不同的公司，IP如何重用，在設計人才短缺的情況下，每個(gè)公司都應有資深的設計人才，老板都不敢動(dòng)他的。

4、開(kāi)發(fā)環(huán)境。先要解決環(huán)境，然后才做SOC。主要架構是環(huán)境，有人做IP，有人做SOC，有人做設計平臺，有人管理IP、設計工具。

設計服務(wù)業(yè)興起

SOC復雜，所以我們要有很多伙伴，所以這個(gè)產(chǎn)業(yè)就開(kāi)始了分工。分工中主要Foundry(代工廠(chǎng))的工程成本花費大。

SOC產(chǎn)業(yè)必須有Foundry才能繼續，Foundry決定了器件，器件與IP是息息相關(guān)的。所以人們猜測，Wafer(晶圓片)公司和Foundry可能是IP交易的重要平臺。大家知道很多庫用的時(shí)候是免費的，但你生產(chǎn)時(shí)指定某Foundry做，這家Foundry要給庫公司錢(qián)。

這樣，Foundry自然要提供更多的IP吸引客戶(hù)來(lái)這里做，所以Foundry IP的投入越來(lái)越多，但投入到什么程度，看競爭的狀況而言。

商業(yè)的模式也發(fā)生了變化，比如服務(wù)。有品牌的產(chǎn)品公司如IBM，HP，沒(méi)有品牌的產(chǎn)品公司稱(chēng)為設計服務(wù)或Design Foundry，設計服務(wù)并不指賣(mài)勞力給別人，而是根據需求做出產(chǎn)品到代工廠(chǎng)去流片，封裝測試好，賣(mài)給有品牌的公司。這種沒(méi)有產(chǎn)品的公司營(yíng)業(yè)額較大。制造上的服務(wù)有Wafer、Foundry、封裝、測試等。臺灣人認為設計服務(wù)有生存的空間。

兩岸如何雙贏(yíng)

兩岸的產(chǎn)業(yè)結構不同，臺灣的PC及外設產(chǎn)業(yè)很大；大陸是消費類(lèi)電子、通信的產(chǎn)業(yè)很大。大陸有很強的系統支持；臺灣有很強的加工能力。為了這兩方面結合，臺灣很多企業(yè)到祖國大陸來(lái)發(fā)展。

SOC要有高的境界。2010年大中華區結合起來(lái)，會(huì )有很強的市場(chǎng)，有很好的專(zhuān)業(yè)能力，制造也在國內，變成世界領(lǐng)先的SOC國家是不難的。但我們永遠要注重R&D與應用，人才永遠是核心。另外，大家合作起來(lái)，尤其是在IP，On-Chip Bus方面的發(fā)展，用ARM還是IBM Power PC，需要大家團結起來(lái)支持一類(lèi)，才能省錢(qián)?！?/font>