產(chǎn)業(yè)深度剖析：處理器核裂變成競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)

以英特爾處理器為例，386處理器需要借助387協(xié)處理器芯片才能完成浮點(diǎn)運(yùn)算，而到了486處理器時(shí)，便將協(xié)處理器集成到芯片中;多媒體指令集則是在PentiumMMX處理器上首次集成的，之后集成進(jìn)來的還有SSE指令集、北橋、虛擬化等功能。

隨著晶體管集成度的提高，越來越多的功能電路模塊被集成到芯片中，漸漸地一些系統(tǒng)的大部分電路單元甚至整個(gè)電路都被集成到單個(gè)芯片中，于是，片上系統(tǒng)逐漸引領(lǐng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展潮流。

1994年，摩托羅拉推出FlexCore解決方案，容許用戶定制基于68000和POWERPC架構(gòu)的處理器。這被認(rèn)為是SoC芯片發(fā)展的雛形，從中可以看到SoC所具備的基本特征：第三方用戶自主定制、包含嵌入式處理器及系統(tǒng)電路、IP復(fù)用等。

如同軟件編程將一些常用的功能封裝成函數(shù)，用戶可以通過簡(jiǎn)單的函數(shù)調(diào)用來有效地降低程序的復(fù)雜性一樣，面對(duì)日益復(fù)雜的芯片設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體廠商會(huì)將芯片上常用的功能電路封裝起來，以便于今后重復(fù)使用時(shí)或授權(quán)第三方使用時(shí)，能夠有效降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性。這種封裝起來的功能模塊被稱作為IP(知識(shí)產(chǎn)權(quán))核。

IP核通常分為三類：第一類是軟核，它用硬件描述語言HDL對(duì)功能電路進(jìn)行描述，與制造工藝無關(guān);第二類是硬核，它封裝有完整的生產(chǎn)工藝，可以直接用于生產(chǎn);第三類是固核，它介乎于軟核和硬核之間，雖然與工藝相關(guān)，但卻不能直接用于生產(chǎn)。

因?yàn)橛辛薎P核，高通、聯(lián)發(fā)科等智能手機(jī)芯片廠商或者蘋果等智能手機(jī)廠商就像吃自助餐一樣，從ARM公司以及第三方芯片設(shè)計(jì)公司那里購買處理器、GPU以及GPS、內(nèi)存、藍(lán)牙等各種IP核的授權(quán)，并與自己的IP核一道做到一個(gè)芯片中。

伴隨著晶體管集成度的提高，SoC所能整合的系統(tǒng)也日益復(fù)雜。如今，進(jìn)入SoC市場(chǎng)的門檻也不斷提高，如果芯片上不包含嵌入式處理器在內(nèi)的系統(tǒng)電路，或者不復(fù)用IP，或者不采用深亞微米制程，你都不好意思說是SoC。

并非都是機(jī)遇

SoC的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是明顯的。多個(gè)芯片整合到一個(gè)芯片中，首先是系統(tǒng)體積的縮小;而各個(gè)功能電路模塊的互聯(lián)從芯片之間變?yōu)樾酒瑑?nèi)部，大大縮短了引線長(zhǎng)度，從而有效地提升了工作頻率，同時(shí)，芯片之間引線的消除，也有利于顯著提高系統(tǒng)的可靠性;此外，單一芯片替代多個(gè)芯片還將有助于降低制造成本和系統(tǒng)功耗。

體積小、功能全、功耗低、成本低、可靠性高、速度快，這些原本都是消費(fèi)電子廠商刻意追求卻可遇不可求的性能，忽然一夜間讓SoC一下子端到消費(fèi)電子廠商面前。聯(lián)發(fā)科的崛起就在于采用SoC的方式生產(chǎn)手機(jī)套片，從而為國內(nèi)南方大量不知名的功能手機(jī)制造商掃清了手機(jī)電路復(fù)雜性的障礙，使他們生產(chǎn)的功能手機(jī)在可靠性上并不輸給大品牌廠商，而在價(jià)格和滿足諸如4個(gè)喇叭等本地市場(chǎng)需求上比國際廠商更勝一籌。

盡管SoC把整機(jī)電路的復(fù)雜性屏蔽在單個(gè)芯片中，從而為系統(tǒng)用戶快速構(gòu)建產(chǎn)品并推向市場(chǎng)提供了便捷之路。但在SoC芯片設(shè)計(jì)過程中已經(jīng)存在著來自技術(shù)和商業(yè)方面的挑戰(zhàn)。

從通用芯片到SoC芯片，從市場(chǎng)上看，就是從市場(chǎng)全面覆蓋到針對(duì)特定市場(chǎng)段進(jìn)行優(yōu)化，無疑，市場(chǎng)細(xì)分顆粒度越小，優(yōu)化的性能和功能越好，但市場(chǎng)需求量會(huì)隨細(xì)分而遞減，因此需要在細(xì)分顆粒度與滿足量產(chǎn)攤薄之間至少取得平衡，才不至于虧本。

此外，芯片廠商從以往通過系統(tǒng)廠商間接接觸市場(chǎng)變?yōu)橹泵媸袌?chǎng)，由于SoC設(shè)計(jì)周期的存在，SoC廠商不僅要把握當(dāng)前市場(chǎng)的需求，更重要的是預(yù)測(cè)未來市場(chǎng)的需求，而產(chǎn)品生命周期較短的消費(fèi)電子市場(chǎng)強(qiáng)化了這一風(fēng)險(xiǎn)。整機(jī)廠商在SoC設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)由于對(duì)SoC相關(guān)的設(shè)計(jì)、制造和驗(yàn)證不熟悉而延宕設(shè)計(jì)周期，從而在市場(chǎng)上遇到同樣的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)上的挑戰(zhàn)則分布在SoC的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和封裝等各個(gè)環(huán)節(jié)。此外，SoC的復(fù)雜性導(dǎo)致EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)開發(fā)工具、流片、測(cè)試設(shè)備等投入的成本較高，從而擋住了一些小的或者新興的芯片設(shè)計(jì)公司進(jìn)入。