中國(guó)IC/SOC設(shè)計(jì)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展思路

去年底，中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)IC(集成電路)設(shè)計(jì)分會(huì)在杭州舉辦了2001年年會(huì)，暨全國(guó)SOC(系統(tǒng)芯片)/IP(知識(shí)產(chǎn)權(quán))核技術(shù)應(yīng)用與商務(wù)研討會(huì)。會(huì)上，來(lái)自海峽兩岸的專家濟(jì)濟(jì)一堂，對(duì)IC設(shè)計(jì)業(yè)現(xiàn)狀及未來(lái)動(dòng)向發(fā)表了精彩講演。

IC設(shè)計(jì)業(yè)的現(xiàn)狀

中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)俞忠鈺先生說(shuō)，目前中國(guó)大陸有一定規(guī)模的設(shè)計(jì)單位共200多家， IC設(shè)計(jì)從業(yè)人員3000人，營(yíng)業(yè)額超過(guò)10億元，在IC產(chǎn)業(yè)中的銷售比例從1995年的2.4%提高到了2001年的5%。

中國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)目前還十分弱小，但有巨大發(fā)展?jié)摿?。信息產(chǎn)業(yè)部制定的“十五”產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中，提出IC產(chǎn)業(yè)要以芯片設(shè)計(jì)為突破口。若以2005年IC設(shè)計(jì)業(yè)占IC業(yè)10%計(jì)算，屆時(shí)營(yíng)業(yè)額將達(dá)60億元，設(shè)計(jì)人員達(dá)10萬(wàn)人。

我們已加入WTO，未來(lái)IC設(shè)計(jì)業(yè)既要按自身的規(guī)律發(fā)展，又須適應(yīng)全球化，參與全球化競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)當(dāng)前正發(fā)生四個(gè)重大轉(zhuǎn)變：

·從科研單位型向規(guī)模經(jīng)營(yíng)和大規(guī)?；较蜣D(zhuǎn)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(shè)計(jì)為主，向基于單元庫(kù)、IP核的正向設(shè)計(jì)發(fā)展；

·從國(guó)有制為主向多種所有制，特別是設(shè)計(jì)人員參股的股份制發(fā)展。

SOC是當(dāng)前IC設(shè)計(jì)發(fā)展的主流，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用SOC也是當(dāng)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(zhǎng)說(shuō)，中國(guó)政府已經(jīng)為IC設(shè)計(jì)業(yè)提供了良好的產(chǎn)業(yè)政策，主要有：從IC設(shè)計(jì)企業(yè)贏利之年開(kāi)始，所得稅兩年免稅，三年減半，因而吸引公司紛紛到中國(guó)落戶。中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，帶來(lái)了IC巨大的市場(chǎng)需求。國(guó)家推進(jìn)信息化，為IC發(fā)展提供了強(qiáng)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(yīng)用；加快建設(shè)國(guó)家信息技術(shù)設(shè)施；大力發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)。

“十五”期間國(guó)家已安排了10個(gè)重大專項(xiàng)，第一批財(cái)政撥款達(dá)53.9億元，把IC放到第一位，在中國(guó)的科技投資里，這是空前的。我們要突破高性能CPU設(shè)計(jì)瓶頸，建立中國(guó)自己的SOC設(shè)計(jì)平臺(tái)，建立IP核庫(kù)。形成若干個(gè)產(chǎn)業(yè)化基地，并培養(yǎng)出一批高水平的IC設(shè)計(jì)人才。

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

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(shù)字音視頻電路—數(shù)字VCD、DVD、DTV、HDTV、數(shù)碼相機(jī)、PDA等支持產(chǎn)品；

·IC卡芯片—電話卡、身份卡、金融卡等；

·量大、面廣的適銷對(duì)路產(chǎn)品—CMOS運(yùn)放、存儲(chǔ)卡等。

SOC設(shè)計(jì)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新

IC設(shè)計(jì)企業(yè)中，90%為本地企業(yè)，但把VIA(威盛)等IC設(shè)計(jì)分會(huì)外的企業(yè)統(tǒng)計(jì)進(jìn)來(lái)，數(shù)字將更高。

中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)IC設(shè)計(jì)分會(huì)的理事長(zhǎng)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(shù)核心技術(shù)為國(guó)際跨國(guó)公司所壟斷，我國(guó)企業(yè)不得不面對(duì)采購(gòu)成本高，產(chǎn)品附加價(jià)值低的尷尬局面，這是我國(guó)在計(jì)算機(jī)、通信、家電領(lǐng)域只是個(gè)組裝大國(guó)的原因所在。”

IT行業(yè)的核心是IC，IC知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心是設(shè)計(jì)，因此，加強(qiáng)IC設(shè)計(jì)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新已成為頭等重要的任務(wù)。IC設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)、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(jī)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(jié)構(gòu)突破。CMOS還有很長(zhǎng)的生命力，但由于引入RF和Flash等將有新的發(fā)展。

實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的硬件和軟件劃分問(wèn)題，涉及系統(tǒng)功能綜合的各個(gè)方面，如計(jì)算機(jī)運(yùn)算、數(shù)據(jù)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(kù)。主要包括三大類：軟核、固核和硬核。軟核有軟件描述，比較靈活，應(yīng)用范圍廣，但后續(xù)工作較多；固核涉及結(jié)構(gòu)型的設(shè)計(jì)（筆者注：國(guó)外對(duì)固核還沒(méi)有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，筆認(rèn)為是由軟核發(fā)展而來(lái)，可迅速優(yōu)化，但實(shí)現(xiàn)后可能比ASIC功耗高）；硬核是獨(dú)立于工藝的物理設(shè)計(jì)，并多次經(jīng)過(guò)實(shí)踐優(yōu)化和驗(yàn)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(kù)是提高設(shè)計(jì)效率和成功率、降低設(shè)計(jì)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(xiàn)技術(shù)在真正的SOC設(shè)計(jì)中占有相當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)可能有很大區(qū)別。所以一定要有自己的流程和可行標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)幫助大家在完成設(shè)計(jì)后可獲得工業(yè)化產(chǎn)品。工業(yè)化產(chǎn)品在應(yīng)用后才能成為市場(chǎng)上流通的商品，過(guò)程很復(fù)雜。

2.MEMS。是微電子、機(jī)械、光學(xué)技術(shù)的結(jié)合，MEMS可把電子信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌盘?hào)或能量控制。應(yīng)該重視應(yīng)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(jié)合的創(chuàng)新領(lǐng)域，國(guó)外已有這方面的應(yīng)用，對(duì)基因的鑒定很重要，對(duì)未來(lái)的農(nóng)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(yīng)用前景。

4.設(shè)計(jì)技術(shù)。設(shè)計(jì)方法創(chuàng)新。最直接的就是使用工藝，國(guó)外談0.1mm，自然影響到設(shè)計(jì)工具和其他方面的創(chuàng)新，主要有5個(gè)方面：

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

2)信號(hào)完整性(signal Integrity，SI)，因?yàn)榈?.18mm以后，如0.15，0.13??，信號(hào)能否保證完整度成為重要的技術(shù)瓶頸。

3)驗(yàn)證。在高集成度技術(shù)領(lǐng)域中，不能用現(xiàn)有方法來(lái)驗(yàn)證。

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

5)IP復(fù)用。

中國(guó)臺(tái)灣SOC/IP的發(fā)展

這次會(huì)議還請(qǐng)來(lái)了臺(tái)灣同胞。通過(guò)他們的講演，了解到臺(tái)灣半導(dǎo)體業(yè)偏重在代工方面，設(shè)計(jì)業(yè)主要在低成本和特定產(chǎn)品方面。去年臺(tái)灣半導(dǎo)體呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。IC總產(chǎn)值相當(dāng)于1000多億元人民幣，設(shè)計(jì)業(yè)占20%，設(shè)計(jì)也也是唯一成長(zhǎng)的行業(yè)，因獲利好，稱為股王，還有很好的成長(zhǎng)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(jí)的集成，還有設(shè)計(jì)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(gòu)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(rèn)為SOC一定有幾個(gè)IP或CPU，另外還有計(jì)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(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(shè)法把他們集成在一起。

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

2、強(qiáng)調(diào)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(yīng)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(nèi)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的集成。軟件有應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序等，我們要知道哪些上面有附加價(jià)值。SOC團(tuán)隊(duì)人數(shù)日益增加，在SOC 團(tuán)隊(duì)中一定要有熟悉IP的人，專做IP應(yīng)用的人。IP來(lái)自不同的公司，IP如何重用，在設(shè)計(jì)人才短缺的情況下，每個(gè)公司都應(yīng)有資深的設(shè)計(jì)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(gòu)是環(huán)境，有人做IP，有人做SOC，有人做設(shè)計(jì)平臺(tái)，有人管理IP、設(shè)計(jì)工具。

設(shè)計(jì)服務(wù)業(yè)興起

SOC復(fù)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)的工程成本花費(fèi)大。

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

這樣，F(xiàn)oundry自然要提供更多的IP吸引客戶來(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(jìng)爭(zhēng)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)品公司稱為設(shè)計(jì)服務(wù)或Design Foundry，設(shè)計(jì)服務(wù)并不指賣勞力給別人，而是根據(jù)需求做出產(chǎn)品到代工廠去流片，封裝測(cè)試好，賣給有品牌的公司。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(cè)試等。臺(tái)灣人認(rèn)為設(shè)計(jì)服務(wù)有生存的空間。

兩岸如何雙贏

兩岸的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不同，臺(tái)灣的PC及外設(shè)產(chǎn)業(yè)很大；大陸是消費(fèi)類電子、通信的產(chǎn)業(yè)很大。大陸有很強(qiáng)的系統(tǒng)支持；臺(tái)灣有很強(qiáng)的加工能力。為了這兩方面結(jié)合，臺(tái)灣很多企業(yè)到祖國(guó)大陸來(lái)發(fā)展。

SOC要有高的境界。2010年大中華區(qū)結(jié)合起來(lái)，會(huì)有很強(qiáng)的市場(chǎng)，有很好的專業(yè)能力，制造也在國(guó)內(nèi)，變成世界領(lǐng)先的SOC國(guó)家是不難的。但我們永遠(yuǎn)要注重R&D與應(yīng)用，人才永遠(yuǎn)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(tuán)結(jié)起來(lái)支持一類，才能省錢?！?/font>