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绚烂背后的功臣:记忆体、介面元件及EDA
矽谷点将录 - Micron、Pericom、Verplex

【作者: 歐敏銓】2002年08月05日 星期一

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《图一Micron网路通讯部市场行销经理Jerry Johnson:记忆体市场的区隔已经开始,随着要求严谨的系统需求出现,使得记忆体的开发更具挑战性,需要有更强的工程专业来开发更好的产品。 》


《图二 Pericom总裁Alex Hui:目前电子产品持续朝高速率、低耗电及小尺寸在发展,并强调子系统之间的统合性。这些需求都需要进阶的、弹性的介面IC方案来促成。 》


《图三Verplex副总裁Dino Caporossi:「形式验证」的时代已经来临,这和IC复杂度的增加息息相关,形式验证力求确保从RTL级到GDSII的整个晶片设计流程在功能上的一致性,从而减少或省去冗长的闸级模拟过程。 》


前两期分别介绍了六家各具特色的矽谷公司,包括专精于网路传输技术的IDT与PMC-Sierra、RF晶片制程及模组的TriQuint、控制网路系统的Echelon、IDM元件整合大厂的Atmel,及消费影音技术的Cirrus Logic。面对瞬息多变的电子市场,他们不仅勾勒出美丽的愿景,也以扎实的技术与稳健的市场策略,准备一步步推动愿景实现。



若以宽广的角度来看,这些公司立足于电子产业的各个面向,即所谓资讯、通讯网路与消费生活的3C层面,致力提供更便利多样的应用产品。但在富丽宏伟的建筑外观之下,仍少不了钢筋水泥架构,而他们正是建筑屹立不摇的基础。在本系列的最后一回,就让我们来谈谈光鲜炫烂的电子应用下,扮演基础材料、承载及工具的记忆体、介面元件及EDA三大议题,以及具代表性的三大厂商: Micron、Pericon、Verplex。



记忆体走向系统化、区隔化 - Micron


记忆体和CPU,可以说是老少皆知、基础中的基础电子产品,其中记忆体价格及销售市场的起伏,又往往代表了整个电子产业的景气波动状况,其重要地位是显而易见的。记忆体的种类繁多,主要可分为可挥发性(如DRAM)及不可挥发性(如ROM及Flash),大家都已耳熟能详。由于DRAM的应用最广,其进展也最受曙目,目前已推出到DDR333(PC2700),预计明年第三季就会进入DDR-II的400及533Mbps的新高频阶段。



目前记忆体速率的快速突破,其趋动力主要来自于两大应用:一是宽频网路,一是3D绘图及多媒体,它们皆要求更高的频宽来达成即时反应的目标。但对于占有四分之一记忆体市场的Micron来说,提升速度只是记忆体厂商发展上的必要工作,若要突显自己的不可取代性,业者仍得在更多的地方下功夫。



Micron网路通讯部市场行销经理Jerry Johnson认为记忆体市场的区隔已经开始,这是因为不同应用所需的效能等级差异已形成。也就是说,记忆体不会只是所谓的「菜市场」产品,随着要求严谨的系统需求出现,使得记忆体的开发更具挑战性,需要有更强的工程专业来开发更好的产品,并进而将其标准化。由于大部分的客户对于初期的技术发展所能掌握的资源有限,因此类似Micron的专业厂商将可扮演重要的协助角色,例如提供高速的系统开发工具。Jerry指出,专业分工本来就是产业发展的必然趋势,让Micron来确保记忆体子系统的可行性,客户就能专注开发自己更有竞争优势的领域。



此一记忆体的效能差异,以网路应用最为明显,从连结埠开始,经收发器、L2/L3交换器到光纤交换器,以及相关的MPU、CAM控制器等,所需要的记忆体都有区别;虽然大致上仍是DRAM、SRAM、Flash,但在效能要求上却大有不同。



决定效能的条件中,资料流的速度只是其一,另一关键则是资料输出入的格式。对此,Micron特别强调内容可位址化记忆体​​(Content Addressable Memory, CAM)的新发展。 CAM和RAM的组成很不相同,CAM的资料汇流排是用来接取储存数值和送回所找到的对应位址,对于许多要求具有领导性效能的局端通讯系统,尤其是路由器来说非常好用,它可以一次同时搜寻所有的记忆位置,而且可以控制作业的完成时间。目前Micron正极力发展TCAM(Ternary CAM),也就是比一般两位元的CAM还多一个所谓的"don't care"位元,以让资料结构更多一分弹性。



记忆体不仅​​是不可或缺的基本电子元件,其制程技术更是一些特殊晶片,如CMOS Senser或可程式逻辑元件(PLD/FPGA)的设计基础。如Micron所指出的,除了通用规格的记忆体外,在系统级晶片设计的趋势下,客制化的嵌入式记忆体及辅助设计工具,将会日形重要。至于未来会不会如CPU一般,出现软体式的记忆体IP核心,以提供SoC开发时更大的弹性? Micron表示该公司目前并无此打算,而国内其实有不少的记忆体制造商,何不由此下手,他日或许有机会成为记忆体业的ARM也说不定。




表一 2001年网路通讯市场及记忆体产品比较表




































































  Revenues Units DRAM Flash SRAM
Cell Phones $58,500M 412M   16MB  
Routers $9,033M 3.3M 128MB-2GB 8MB-16MB 1MB-8MB
LAN Switches $6,234M 4.5M 128MB-2GB 8MB-16MB 1MB-8MB
Cable Modems $705M 8.8M 16MB-64MB 2MB  
DSL Modems $460M 5.75M 16MB-64MB 2MB  
Home Gateways $338M 1.4M 4MB 2MB  
Cellular Bass Station $200M 0.178M 128MB 16MB  


资料来源:IDC、Semico Research、In-Stat,整理:零组件杂志





复杂系统的桥接师 - Pericom


一个完整的电子系统少不了三大类的IC,即逻辑、记忆与感测元件,这些元件之间要能彼此沟通,则有赖介面IC(Interface IC)来控制资料流的路由、频率与电压转换等。随着电子产品功能性与整合性的提升,介面IC的角色正日益显得重要。



目前电子产品持续朝高速率、低耗电及小尺寸在发展,并强调子系统之间的统合性。这些需求都需要进阶的、弹性的介面IC方案来促成。以低耗电的目标来说,十年前处理器、ASIC和记忆体的操作电压是5V,到今日已降到1.8V,并持续朝1.5V及1.2V发展。但过去的元件并非一一淘汰,而是与新元件并存于系统当中,造成复杂的电压控制环境,利用特定的介面IC即能解决从CMOS到LVPECL、从LVDS到LVPECL、从SSTL到HSTL等讯号转换的要求。



对于汇流排来说,也是面临相同的处境,在高速传输技术上,对外有1394、USB2.0及Serial ATA等标准,在内则有Hypertransfer、3G等标准在较劲,而各个标准又有自己的旧一代产品得向下相容,如何让内外新旧子系统的传输无碍,并得到最佳表现,也需要介面IC来从中撮合。



1990年成立,营运总部在加州圣荷西的Pericom半导体公司,即是以提供完整的高速介面解决方案著称。 Pericom表示,其定位在于达成元件间无缝隙的连结性,也就是提供电压转换与保护、不同讯息标准的操作转换,以及汇流排的传输交换等,所以其产品类别涵盖Switch、Clock、Interface、Connect等介面IC,产品线数量则有超过650种。



虽然介面IC并不如逻辑IC那般功能花俏、受人注目,但它却是电子产品中不可或缺的关键元件,市场需求的成长相当稳健。以Pericom来说,近年来的市场表现成果亮丽,1997年至2001年的各项成长率中,获利成长达34%,净利成长为82%,EPS则为55%,即使是在景气大坏的去年(2001年),Pericom的产品销售额仍继续扩大。



Pericom总裁Alex Hui表示,该公司因掌握了一些条件,才能让他们在市场上受到肯定。除了完整的产品线外,Pericom强调提供更多加值的服务:包括从设计、制造到组合过程的技术支援,并针对特定客户的需要提供专专属的特殊应用介面产品;当ASIC需转换成ASSP时,Pericom的快速设计方案,可以将时程缩短至四到六周的时间;此外,针对系统级设计的IP整合需要,该公司的IP平台中,提供了高速混合讯号Cell的大量资料库。



正如前述,介面IC运用于各种电子产品中,在各个应用领域都有Pericom的产品踪影,但Alex指出,该公司的销售重心还是放在资讯产品与通讯网路,而这两大市场在亚洲,尤其是中国地区正快速成长,因此Pericom对这一区域的经营相当重视。目前Pericom已在上海、北京、深圳及香港等地设立分公司,以上海及香港为主要的营运中心,由于特别看好上海的发展,先后又在此地设立了设计应用与组装测试两大中心。Pericom极强调中国市场在IC设计市场上的发展前景,但却忽略对台湾市场的布局,这会是美中不足之处。



「形式验证」时代推手 - Verplex


今年在EDA的市场,并购事件仍在不断地上演,其中最受注目的并购案莫过于Synopsys并购了Avanti!,近来则又发生了Mentor并购IKOS和Innoveda,及Cadence并购了Plato及Simplex。在此发展下,EDA业界似乎形成了Cadence、Synopsys和Mentor三足鼎立的局面,但事实上是否如此呢?由于EDA的范围涵盖太广,从晶片到PCB,从设计到验证,目前还没有一家能夸口精通所有环节,各巨头的并购行动也是以加强既有领域上的实力为主,因此仍有不少专精技术的中小型EDA公司,在特定领域中引领风骚。



Verplex即是一家提供形式验证(Formal verification)解决方案的重要公司,强调提供从RTL到Layout的完整工具,以减少因设计误差所造成的庞大损失。 Verplex指出,晶片的开发历经RTL、Gate及Layout三阶段,对于错误的验证自然是愈早愈好,因为随着阶段的转移,因错误而导致的人力、物力损耗将成级数增加,其冲击除了庞大的光罩费、NRE及延迟上市时程外,还可能因此终止整个专案,如果到了系统层次才发现,那将是一场难以承受的梦餍。



Verplex表示,验证已成为EDA流程中的重要环节,而「形式验证」的时代已经来临。这和IC复杂度的增加息息相关,过去多年来业界一直采用逻辑模拟进行设计验证,但它的性能太慢而且覆盖率低,当设计规模超过25万闸时,闸级模拟开始变得不切实际。相较之下,形式验证力求确保从RTL级到GDSII的整个晶片设计流程在功能上的一致性,从而减少或省去冗长的闸级模拟过程。此外,形式验证工具可以比较前后两个设计,确保在设计反覆和修改过程中不会产生新的错误,并可用于比较不同抽象层次上的设计,如RTL级、闸级或电晶体级的网表。



虽然强调从头到尾的验证功能,但基于「及早发现,及早治疗」的省成本法则,Verplex特别重视RTL阶段的验证,提出包括Semantics Checks、Structural Checks、Assertion Checks三大验证方法,以弥补Equivalence check在Gate及Layout阶段可能隐藏的错误。至于过去设计人员认为形式验证软体既难用又难于整合到设计流程中的情况,该公司表示已有大幅改善,现在的工具已有视觉化的亲切介面。



Verplex市场上存在独立的EDA公司非常重要,对于验证性工具来说,更是如此。就如同财税的稽核要求由第三者的会计师事务所来执行,晶片或电子产品的设计与验证,也应该画清界限,如果两项工具都由同一家公司来提供,由于设计逻辑一致,难保不会出现设计上的盲点。目前造成举世喧腾的世界通讯(WorldCom)一案,也算提供了社会面向的鲜明教训。若依此思考,晶片设计的验证或许也该交由第三组织来做,以更专业及客观的服务来稽核出各种不该有的错误。



结论


在这次的矽谷之行中,可以清楚感受到这里的科技创意是既活泼又全方位的;这种源源不绝的创意并非来自训练,而是出于热情。在阳光和煦、林园遍地的北加州,拓荒者的开放精神仍洋溢在整个空间中,吸引了全球的勇者和智者们来此开创。他们热爱生命,而「发明」、「创造」正是他们展现生命的极佳方式;当然,这些工程师也不会忘了家里的葡萄园,因为那儿是他们蕴酿新点子的好地方。



所以,除了介绍各公司在技术应用上的特色,我们也应看到他们背后发光发热的推动力量。其实华人在矽谷的表现是有目共睹,台海两地与矽谷的交流也是络绎不绝,但亚洲的华人仍显得雄心有余而理想不足。这已是精神文化层面的期待了,而台湾正以「矽岛」自许,因此除了借镜矽谷的前瞻技术外,可别忘了也学学人家的潇洒自信。



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