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台湾模拟IC设计的发展现况、优势与前景
年度丰收后的下一步棋?

【作者: 陳隱志】2006年04月01日 星期六

浏览人次:【9115】

毫无疑问的,去(2005)年是国内模拟IC设计业者的丰收年,无论就营收或股价来看都有绝佳的表现。然而在丰收之后,面对现有与未来又当如何因应与准备?本文以下将针对此一议题进行更多的讨论与探析。


现况

首先,让我们来了解模拟(中国称之为仿真)IC设计的国内外现况,先就国内而言,虽然新竹科学园区是全球仅次于美国硅谷的第二大IC设计聚落(以家数来计),但长久以来、绝大多数都是从事数字IC设计,仅有百分之个位数的业者是从事模拟IC设计(包括混讯IC,即模拟数字共混),即便今日国内的模拟设计风气开始起飞,投入模拟设计的业者家数开始增多,但也依然无法超越总数中的一成比例,更简单地说,国内约有200多家的IC设计业者,然从事模拟设计者仅有20多家,勉强近一成,而更早的数年前甚至连5%都不足。


在这20多家的业者中,目前较具市占与知名者主要有立锜科技(RichTek)、致新科技(Global Mixed-mode Technology;GMT)、崇贸科技(System General)、沛亨半导体(Analog Integrations Corporation;AIC)、迅杰科技(ENE)等。


然在此之外,也还有富鼎先进(Advanced Power Electronics Corporation;APEC)、茂达电子(Anpec)、台湾模拟科技(Advanced Analog Technology;AAT)、易亨电子(Anachip)、安茂微电子(Analog Micro-Electronics;AME)、富晶半导体(Fortune Semiconductor)、圆创科技(Aimtron)、远翔科技(Feeling Tech)、擎力科技(SyncPower)等多家业者的相继投入。


接着是国外(全球)部分,2005年全球前10大的模拟IC业者排名分别是:TI德仪、ST意法半导体、Philips飞利浦、Infineon英飞凌、ADI亚德诺、NS美国国家半导体、Maxim美信、LTC凌特、Freescale飞思卡尔、Toshiba东芝等。除此之外,其他较具知名与代表性的还有Fairchild快捷、ON安森美、IR、Intersil、Semtech、Vishay,以及SiGe、Zetex等。


事实上模拟IC的全球版图相当稳固,2005年的排名与2004年全然一致,仅有市占率的消长差异。更明白地说,模拟IC相当讲究芯片的稳定性表现,营销手法与应用话题等技术外的强化,也难对其有加值推助之效。


也因为模拟IC相当重视深厚功力,不似数字应用IC那么具立竿见影之效,所以近年来才积极投入也难在全球市场上获得太多斩获,全球模拟IC市场依旧是外商的天下,短时间内难有突破。


再从产品属性来看,国内业者明显集中在电源转换(电压调整、电压参考)用途的模拟IC,部分扩展延伸到电源管理型IC,少数才跨入驱动用IC,极少进入有线、无线通信所用的收发器IC,同时也缺乏基础型的模拟IC,如放大器(运算放大、音效放大)、数字模拟转换器(ADC、DAC)等。相对的外商的模拟IC在产品在线的阵容就较为整齐,发展上也较均匀,或各自有其所诉求的专精领域。


《图一 NS的线性电压调整芯片》
《图一 NS的线性电压调整芯片》

优势

若要说国内模拟IC设计业者的优势在何处?那么也等于可以部分回答这个问题:为何国内的模拟IC集中在电源转换、电源管理的相关领域?


关于此的答案是:国内为PC(个人计算机)、IA(信息家电)、CE(消费性电子)的生产要地,今日PC机内的CPU、GPU等用电量愈来愈大,且随着半导体制程的提升而需要使用愈来愈低的工作电压,加上IC用量极大,遂使国内IC设计业者投入CPU、GPU所需的电源IC。


另一方面,由于IA/CE产品多为手持型、掌上型的行动运用设计,在电池技术难以大幅提升蓄电容量的情况下,手持应用的类型与用电需求又在持续地增加,迫使手持设计必须相当讲究用电的精省,从而使电源IC的需求增加。


所以,国内的模拟IC发展取向还是会跟随PC、IA、CE的量产生态需求而存,也等于是原有制造优势的延续、提升,不太可能转往与此过度相左的领域,如工业控制用的大功率切换IC,或航天军事用的高精度、高效率ADC/DAC转换IC等。


当然!电源用模拟IC对国内产业而言也最易跨入,无线通信用模拟IC多要牵涉到非CMOS的芯片制程,设计复杂度也较高,对国内的芯片设计、制造业者而言都不易切进。


再者,长久以来国内IC设计业者的优势就是:更低廉的价格、更高的弹性服务与供货配合度,包括更快的芯片交期、更多的相关支持、更快依据反应而变更调整设计,这在国内过往的数字IC市场中就已积极运用,相信模拟IC也会相同,甚至是更高度倚赖,原因是国内的模拟IC在短时间内难以在实质技术表现上凸显价值(与外商芯片相较),只好更仰仗上述的惯用优势来加值。


《图二 Zetex的白光型LED驱动IC》
《图二 Zetex的白光型LED驱动IC》

此外,另一个优势必须从一体两面来看待,由于国内的半导体是以「专业分工」、「环节完整但可弹性快速反应的产业生态」而在国际间取得一席之地,「专业分工」在数字IC的领域较可行,晶圆代工厂公布标准的数字制程,而数字IC的设计业者就依据公布的制程来设计电路,透过此一明确的界定作法,使设计与制造间的相依度降至最低,如此可达到并行操作的最大化,且可轻松容易地换替新制程或换替代工业者。


然而,过往的数字成功模式将不易复制、挪套在模拟IC上,理由是模拟IC对制程细节的倚赖度、相依性极高,在芯片的开发过程中必须不断透过制造部门的试产来验证、检讨并调修设计,否则将难以产生表现特性良善的模拟IC,这也是为何国外的杰出模拟IC业者多属IDM的经营型态,IDM同时具有设计与制造部门,相互间可紧密协同合作,这时以专业分工模式来发展模拟IC反是不利。


《图三 Intersil的重建式滤波器》
《图三 Intersil的重建式滤波器》

不过,若往更高层次看,专业分工的生态环境也比较有可能造就出模拟IC的硅智财业者(IP House)、模拟IC的设计代工服务(Design House)、模拟IC的设计自动化工具(EDA Tool),特别是现正积极推倡的「硅导计划」,即希望国内的半导体产业从「制造生态的社群优势」升级到「设计生态的社群优势」,所以专业分工将有可能是「短空长多」的潜在优势。


另外,也呼应之前所提的「灵活弹性」优势,目前有些标准及应用是需要以电源IC技术为基础的,如HomePlug、PoE(Power over Ethernet)、WLED Driver等,这些具时机性、领域性的模拟应用IC就很适合国内模拟IC业者的延伸投入,相对的国外IDM大厂多把主要心力放在基础、长久、高用量的模拟IC,反不易兼顾时机、应用性的模拟IC。


《图四 IR的PWM控制IC》
《图四 IR的PWM控制IC》

前景

最后让我们来谈谈前景,老实说往后最令人担忧的就是「没有前景」。


过去国内业者之所以多数都选择投入发展数字IC的设计,原因在于多年来数字IC的发展、成长都较模拟IC快速强劲,在市场不断扩增与大好的情况下,数字IC设计在投资回收与获利上都能较快见效,也因过于集中与偏重数字IC,结果便是长久以来未能让国内的模拟IC设计发展获得奠基,如今也是因电源相关的模拟IC兴起,才让国人对模拟IC有所重视、关心。


《图五 CSR的Bluetooth用芯片》
《图五 CSR的Bluetooth用芯片》

然而,模拟IC却又最注重设计与制造的紧密搭配性,以及长久多年累积的实务细节、经验法则等。既然国内业者多属中途抢进,抱着过去惯有的「顺风财」、「时机财」心态来投入,其发展与获利必有其限,日后若收益不如预期便会求去。所以,眼前的大敌莫过于心态的调整改变,尽可能不再「短见速收」,进行先期投资投入与摸索尝试,否则将难有后续可期。


倘若能做到这些,进一步的再去强化耕耘芯片本体外的关连生态,包括搭配的设计工具与软件、预先性的培植教育(校园推广与赞助活动)、协力业者(Third Party)的支持呼应、知识库(Knowledge Base)及应用说明(Application Notes)与参考设计(Reference Design)等的累积,以整体价值优势让用户优先考虑采用该业者的模拟IC,而非一味地降价与弹性配合,此才是最具前景的上上之策。


延伸阅读

倘若能做到这些,进一步的再去强化耕耘芯片本体外的关连生态,包括搭配的设计工具与软件、预先性的培植教育(校园推广与赞助活动)、协力业者(Third Party)的支持呼应、知识库(Knowledge Base)及应用说明(Application Notes)与参考设计(Reference Design)等的累积,以整体价值优势让用户优先考虑采用该业者的模拟IC,而非一味地降价与弹性配合,此才是最具前景的上上之策。 相关介绍请见「 为了降低测试的时间与成本,可测试性设计(Design for Testability;DFT)的技术对系统单芯片设计非常重要。在电路设计的初期即进行结构化DFT设计,能够提高测试的错误覆盖率,缩短设计周期与加快产品的上市速度。」一文。

DFT工具发展趋势与主要厂商排名分析 SoC系由许多不同功能的IP整合而成,某些IP将因无外接脚,而无法测试。因此,可测性设计(Design for testability;DFT)与内建自我测试( Built-in self test;BIST)技术,对SoC设计而言,其重要性不言可喻。你可在「」一文中得到进一步的介绍。

SoC测试技术趋势由于制程技术的持续进步,使得大量的电路组件可以被制作在单一芯片上,再加上市场上对复杂度高以及运用功能强的需求,使得整个系统包括微处理器,内存等皆有可能整合到同一芯片上,以达到低功率、高效能、小体积以及高可靠度等诸多优点,也因此造就这一波芯片系统的设计趋势。在「」一文为你做了相关的评析。

市场动态
芯片系统之设计、验证自动化与EDA特色研究 自从NTT DoCoMo从2001年10月推出WCDMA服务开始,市场已经经过多年的洗礼,照理说,大家只要跟随DoCoMo的经验就可以获得经营3G的精随,但是根据以往i-mode成功经验不能套用在全球各地的情况来看,这一条WCDMA的路,还是要各个国家的营运商自行摸索。 DFT enables higher defect coverage, faster time-to-volume and lower cost of test, through a collection of well-documented techniques used during design. To achieve the maximum benefit of DFT, the entire SOC development flow has to be capable of handling the DFT techniques, mandating tight links between design and test.你可参考」一文。
Design-for-Testability(DFT)Solutions 你可在「 联华电子与半导体设计软导厂商美商新思科技(Synopsys)共同宣布,双方已就联华电子0.13微米制程以及新思科技的Galaxy设计平台,合作发展出设计参考流程。为了要验证此设计参考流程的有效性, 新思科技的先进科技部门(Advanced Technology Group)采用联华电子0.13微米制程设计并试产了测试芯片,研究讯号完整性、电感效应以及多重临界电压优化设计方法,以做为联华电子制程验证中的一部份。」一文中得到进一步的介绍。
SystemBIST is a complete plug-and-play?IC for flexible FPGA configuration and embedded test built upon several unique patent-pending architectures. SystemBIST is a code-less processor which enables design engineers to build high quality, self-testable and in-the-field re-configurable products.在「SystemBIST」一文为你做了相关的评析。
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