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打造通透性环境　为市场成长支撑力量 矽谷电子产业高峰会现场报导 【作者： 歐敏銓】2003年05月05日 星期一

浏览人次：【6689】 《图三 ARC国际技术营销副总裁David Fritz》

电子产业已蓬勃发展多年，至今仍被视为是明星产业，这和它的技术不断演进息息相关，而技术的改朝换代往往能刺激市场的需求，进而带动经济的成长。即使景气已历经两年的低迷，但电子技术上的发展脚步却从未停顿下来，不少业者更加码投资，相信市场的复苏期已不远，而惟有掌握技术，才能在下一波的竞赛中脱颖而出。

目前电子业，尤其是上游半导体业的技术革新方向为何呢？在这次的「电子产业高峰会」中，若要一言以蔽之的话，无疑就是“系统单晶片（SoC）”这个主题。 SoC的探讨已久，但不论从技术或市场的角度来看，或许从未像今日这般定位明确、迫切，而且愈来愈可行。

以下将就半导体矽智财（SIP）、微处理器及奈米制程等三个面向，针对此次议程中的数个座谈会内容进行报导及剖析，并更进一步说明SoC设计时代与这些议题的关联性。

《图四 Tensilica总裁Chris Rowen认为，未来处理器的价格会降到一元以下，因为需求会愈来愈广，甚至是网络、影音加/译码等各个应用组件中，都有各自的处理器核心。》

半导体业SIP需要更通透环境

座谈会来宾

3DSP公司市场行销副总裁Duane Smith

ARC国际执行长Michael Gillett

Tensilica公司资深市场行销副总裁Bernie Rosenthal

矽智财（SIP）与SoC设计可以说是唇齿相依。所谓的系统单晶片，顾名思义即是将包括微处理器、逻辑区块、记忆体、周边介面，乃至于类比、混合讯号（Mix-signal）等功能都放到一颗IC当中；这些功能原本都由一颗颗的分散零件来提供，如今要整合在单一的矽元件中，只有靠IP的模式来把他们兜在一块。

目前要开发一颗功能齐备，而且合乎成本效益的SoC晶片，仍然不是容易的事，这主要是和不同功能的制程需求不同有关，如一般逻辑功能以CMOS为不二选择，但类比功能与混合讯号功能就因不同的考量，而可能得采用GaAs、SiGe等不同的制程。而即使同样是记忆体功能，Flash与DRAM都难以整合在一颗单晶片之中。

Tensilica副总裁Bernie Rosenthal相信这些制程上的问题会陆续被解决，而当前要先克服的，则是同样在CMOS下，各个逻辑IP之间的整合问题。目前各家的IP有各自的作法，除了造成相容性低外，另一方向则是过于硬体化，难以修改或重覆使用。这对于SoC的发展来说，确实是一大障碍，除非是像TI、ST或NS等少数掌握大量IP及拥有晶圆技术的大厂，才能较容易推出SoC产品；一般IC设计公司几乎是可望而不可即。

因此，Bernie呼吁，业界需要更多开放性的作法，包括由大厂来推动更多开放式的平台、采用高阶的语言（如C、C++）来替代弹性低的现行语言、订定IP互通的介面标准等，而最重要的是，即使很困难，电子业界仍需要发展一套贯穿整个产业，涵盖半导体业及系统厂商、软体与硬体设计者的设计方法学（Methodology），这样才能更有效率的沟通与设计。

Bernie也指出，目前产品的变化速度加快、需求功能增加，因此标准式的IC将愈来愈不敷使用，而就水平或垂直性的设计来说，客制化的要求都会愈来愈高；在此情况下，IP的弹性（Flexibility）与可重覆使用（IP Reuse）会是IC设计的大势所趋，这也促使具备可程式性（Programmable）、可重置性（Configurable）及共通介面的软体式IP成为市场的明日之星。

在电子产业中，即使面对市场投资的衰退，IP供应商的成长表现仍高于其他领域甚多，尤其是像提供处理器核心这类明星级IP（Star IP）的公司。 ARC执行长Michael Gulett指出，IP公司往往因专注于某项技术而获得市场肯定，其资本规模相较于一般IC公司可能不大，但随着市场的成长，客户愈来愈需要更完整的解决方案，这时IP公司就扩大规模的议题。

Michael表示，未来IP公司要能维持获利性，以确保长时间的生存，产品具有互补性将成为重要的关键，如处理器厂商除了其核心IP外，还得掌握USB等周边介面的IP，才能维系客户的忠诚度。也就是说单一元件IP的提供商将很难生存，这个市场将出现一波波的合并风潮。

透过设计服务（Design service）公司来整合各家的IP，也是这个产业未来的趋势之一，但3DSP副总裁Duane Smith认为这个模式目前还存在许多瓶颈，短期内的市场规模不会很大，而且只在少数地方较为可行（笔者按：例如IC公司林立的台湾地区）。

至于IP对IC业者或系统业者的影响，Duane认为最大的好处，自然是提升设计的便利性，让业者能更快地发展出具有特色的产品，而对于小公司来说，更能从IP的使用上获得好处。 Duane表示：「我们或许不知道客户的产业应用Know how，其实也不需要知道，但我们要做到的是帮助他们解决设计层次的问题，进而为客户创造价值。」

嵌入式微处理器将无所不在

座谈会来宾

AMD运算产品部门副总裁兼技术长Fred Weber

ARC国际技术行销副总裁David Fritz

IBM PowerPC产品行销经理Kalpesh Gala

Tensilica总裁兼执行长Chris Rowen

目前3C市场中，过去独领风骚的PC资讯市场已呈现成长趋缓的情况，相较之下，通讯与消费性的市场则表现亮丽，尤其是一些可携式的产品，如手机、PDA、 DSC、MP3等等，更是市场上的热门商品。这些明星商品的特色就在于轻、薄、短、小，但又不失多样性的功能；要达到这些特色，就得靠像SoC这样的整合技术才得以实现。

在这类较小型的电子产品当中，处理器仍是内部系统中的核心所在，但和PC中一颗独大的CPU不同的是，这类产品的处理器是属于嵌入式的，也就是会被整合到控制晶片当中。这样的控制晶片，也可以说是广义的SoC。而这个嵌入式的市场，正是IP业者最能发挥而竞相角逐的市场，其中又以微处理器核心为最有利可图的当红IP。

在嵌入式微处理器的市场中，虽然有ARM这样的重量级厂商，但它不像Intel一般能独霸市场，再加上这个市场的需求变化快、市场成长也大，因此除了暨有的ARM、 MIPS及IBM等厂商外，近来也吸引了PC领域的两大业者──Intel及AMD加入，并有强调技术创新的ARC及Tensilicon两家新手一同进场。在上述的业者中又可分为两大派别，一派是采硬体核心的Intel、AMD及IBM，另一派则是采软体核心的ARM、MIPS、ARC及Tensilicon。

Tensilica总裁兼执行长Chris Rowen指出，目前嵌入式系统中，微处理器的发展具有以下趋势：在设计案例上，逻辑闸数以每年30％的速度在成长；在操作的速度上增长更快，可程式指令数（Programable Operations/s）每年都成长65%；此外，在电源上则迈向1Μw/MIPS。

他认为这反应了市场上对微处理器的需求，但依现有的产品、技术，这些需求将会碰到很大的瓶颈，因此需要用革新的技术与观念来实现。例如采用高阶语言来依特殊应用自动化产生处理器（Automated Processor ​​Creation），并且能做到多颗处理器的平行运算架构。

在价格上，处理器一向是高价位的零件（或IP），约1至10美元，占产品成本极高，但Chris相信未来处理器的价格会降到一元以下，因为需求会愈来愈广，甚至是网路、影音加/解码等各个应用元件中，都有各自的处理器核心。

他认为目前已被业界广泛应用的高阶语言（C、C++）是促成微处理器更高弹性、更低价格的关键，也就是由软体来产生硬体，并保有在矽制程后仍能修改、更新（configurable）的极大优势。在此一共通语言的基础下，不但IP的互通性可以被确保，而且能做到上述依客户需求来定义及产生特定处理器的客制性，不论是大、小的设计案都能各取所需。

同样是提供可重置性（Configurable）微处理器核心的ARC，虽然也认同高阶语言对设计便利性的重要，但ARC副总裁David Fritz却认为要让高阶语言真正进入普遍应用的成熟阶段，还有很长的一段时间。因此，在系统面的考量下，ARC更强调提供完整的解决方案来符合市场的需求。

除了核心的处理器IP外，ARC也自行开发USB 控制器、802.11MAC/BB、乙太网路MAC​​等周边IP，并提供相关的作业系统及网路堆叠协定，以及必要的软体开发工具。但周边的IP众多，要完全掌握是缘木求鱼，因此，ARC认为要更快的拓展市场，一是做好伙伴关系，二是让自己的产品更具开放性，而惟有「开放」，才能带来更多的生意。

至于电子业界的蓝色巨人IBM，在嵌入式市场虽说不上是举足轻重，但其老字号的PowerPC也有其一片天。由于要熟悉并善用嵌入式处理器不如一般零件那样容易，所以设计者对某系列的处理器往往相当忠诚，非必要不会另投他营。此外，不同的处理器能在市场上存活下来，自有其特色，往往不是单从一些测试数据中可以比较出来的。而IBM的PowerPC是Intel及AMD宣布进入嵌入式市场前就已屹立多时的硬体式核心，除了其处理效能评价甚高外，IBM的后台服务更是不能小觑。除了早已发展出针对此系列处理器的完整开发工具外，IBM更具备ASIC服务大厂的身份，IBM PowerPC产品行销经理Kalpesh Gala即表示，在愈来愈复杂的设计案中，客户需要更完善的环境与服务，而这些，都是IBM不可取代的竞争优势。

《图五 TSMC Andrew J. Moore博士指出，就技术革新的程度来看，从0.18微米进入0.13微米时，比起现在要进入奈米的时代还困难；今日所要面对的是截然不同的挑战，其中最主要的问题就是系统整合。》

奈米制程的新挑战

座谈会来宾：

Cadence资深副总裁Ted Vucurevich

Synopsys资深副总裁Antun Domic博士

TSMS行销经理Andrew J. Moore博士

Magma产品工程副总裁Tim Burks

技术的演进与市场的需求，正是互为因果的两面，而今日嵌入式市场对SoC的迫切需求，希望在更短的时间内，达成量产的要求，并且要是最小的风险，这除了会促使IP可用性的提升外，也是将IC制程推向新世代的主要动力。

在CMOS的制程上，现在已进入0.13微米的时代，在逻辑闸数上则已突破五千万闸，这已能提供相当可观的高阶设计了，但并不是所有IC设计公司都能同步跟进，因为随着闸数的增加，高阶设计除了更高成本的门槛外，在每个设计阶段中更存在着许多的设计风险，如果不小心出错，所有的投资可能会付之一炬，而得从新再来过。而到了90奈米的时代，一个晶片的逻辑闸数将动辄上亿，其设计的难度可想而知。

TSMC Andrew J. Moore博士即指出，将制程再推到90奈米的阶段，时日已不远；TSMC估计明年就能开始量产。但Andrew也表示，其实就技术革新的程度来看，当初从0.18微米进入0.13微米时，存在铜制程转换等大幅的革命性议题，说起来比起现在还要困难；而今日要进入奈米的时代，所要面对的是截然不同的挑战，其中最主要的问题就是系统整合，也就是如何将许多大异其趣的功能放到一个晶片当中。目前有能力又有意愿提升到此一高阶制程的公司还相当有限，请参考(表一)。

Synopsys 资深副总裁Antun Domic博士也指出，奈米制程的挑战，包括时脉终结（Timing Closure）的困难、讯号完整性（Signal Integrity）、多电压的设计需求，以及布局、测试、修复，乃至于光罩生产的良率问题等等。 Antun表示，EDA工具在奈米制程中无疑会是重要的推手，但要扮演好这个角色，也得面对几项挑战。

首先，在线径极限的表现上，EDA的设计工具在广度及深度上都得提供更大的完整性，而目前有此能力的厂商愈来愈少；其次是未来多数的IC将同时兼具数位及混合讯号IP，但要做到这样的SoC设计，业界需要有统一性的资料模式或互通性的数据库，才能达成，这也是Cadence与Synopsys先后推动开放式数据库（OpenAccess与Milkyway）的原因；第三点则是验证上的挑战，这需要发展统合性的验证方法学才能克服。

Cadence资深副总裁Ted Vucurevich也强调，未来的设计环境会更加复杂，每个阶段会需要不同的工具与平台、语言与技术、测试与模式，如果出错，整个设计又得从头开始。因此EDA公司需提供统合性的设计环境，包括对不同设计语言（Verilog、VHDS、AMS）的包容性，及涵盖系统层次、区块层次的完整性功能验证与测试。

结论

尽管以上指出不少的瓶颈，但有挑战总比没挑战好，因为失去了挑战就注定成为夕阳产业，而在危机、困难的环境中，更能展现产业活泼的生气，也让有远见、有实力者能脱颖而出。

这些看得见的技术挑战其实不难克服，只要是市场利之所趋，总有人会前仆后继地投入，问题总会解决。但所谓的市场需求，却充满更多的变数，在今日全球经济环环相扣的体系下，任何地方的一个事件，都可能牵一发而动全身，例如当前的美伊战争，或SARS风暴，都不是可预期或掌握的。

即使是备受注目的手机无线通讯市场，虽然相较于其他领域仍属于高成长的市场，在晶片的设计整合上也履有突破，但其表现仍离预期甚远。此次会议中，包括ADI、Motorola、RFMD与Califonia MD等公司对此市场前景也提出不少讨论，但多只能在技术上多做着墨，若要论到如何让手机进入业者所勾勒的美好宽频Mobile Internet时代，却非他们力所能及，因为这还牵扯到复杂的经营模式（Business model）及利益分配等问题。

如此看来，从事技术研发者，所面对的问题还算是单纯、可控的，这或许算不上是「引领景气复苏」的决定因素，但可以肯定是经济成长的一股稳定力量。所以不管景气未来如何摆荡，专心做好技术的突破、发展更便利无碍的设计环境，应该就是功劳一件了。从矽谷到台湾，何尝不也是如此？