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拥抱电子产业新现实
第二届电子高峰会实况报导

【作者: 作者、攝影\歐敏銓】2004年03月25日 星期四

浏览人次:【6974】

在历经近三十年来最低糜的一次大衰退后,电子与资讯产业虽然也受到不小的冲击,但由于这个产业的特色本来就是动荡起伏的,成功的业者早已学会分散风险,而挟技术、创意而起的新创公司,仍是前仆后继的成立,对于电子产业前​​景的信心丝毫未减。


然而,在「网路泡沫化」余波未平、PC市场呈现饱和的今日,资讯科技相关产业今日的现实为何?下一步又该怎么走?这正是今年在加州Montary举办的电子产业高峰会(Electronics Summit)中所探讨的重点。


由Globalpress所主办的电子产业高峰会在今年进入第二届,本届的阵容更为坚强,全球有超过六十位来自欧、美、亚三大洲的专业记者出席,与Intel、Sony、TI、 Xilinx、UMC等四十多家领导性或新创公司的高阶技术主管齐聚一堂,共同审视全球电子产业的现况与未来。


Digital Consumer引领经济复苏

目前的大环境是如何呢?在会期中,多位科技大厂的领导人都明确地指出:「数位化消费性电子(Digital Consumer;DC)是这一波经济复苏的主要驱动力。」其中Sony顾问Makimoto更将这由DC引发的成长契机视为是继PC之后的「第二次数位革命」,请参考(表一)。


表一 电子产业三次革命
产业革命 类比革命 第一次数位革命 第二次数位革命
市场动力 AV PC Digital Consumer
关键零组件

MCU
Bipolar IC

MPU
DRAM
Soc&SiP
Flash
社会冲击 个人娱乐
同步新闻传播
尺寸下降
Dog Year
漫游式生活模式
洁净环境
领导者 日本 美国 Who?
资料来源:Makimoto, Sony

在电脑业市场需求持平,通讯骨干业衰退的今日,消费性电子业(Consumer Electronics;CE)中多项产品的高成长表现,确实是令人注目的。全球年产量达五亿支的手机无疑是目前最热门的电子设备,其他如数位相机(DSC)、DVD、数位电视(DTV)、游戏机,或数位录影机(DVR)等产品,无一不是在近年内持续创下15%到30%的市场成长佳绩,而且成长力道只升不挫。


这些产品能创造如此强劲的市场需求,主要来自于四大原因,一是由类比转数位的相关技术逐渐成熟,如数位相机取代传统相机,和数位电视取代类比电视等;二是新技术取代旧技术,如DVD取代CD;三是应用功能的整合,如相机手机的出现;四是因为网路互动模式而兴​​起的新应用与新需求,如网路游戏、音乐下载等等。


以上四大原因中,最具影响力的模式当属「网路的兴起」,它为资讯科技(IT)产业开启了无限的可能。当前最值得关注的应用,则环绕在「打造一个通畅、便利的『网路多媒体』互动式环境」这个主题上,它涵盖了当前的各种热门DC:数位电视与网路游戏不用说,手机上的MMS,甚至是接收Wireless TV,无一不是期待达成这样的愿景。在此需求下,频宽自然是愈高愈好,而且最好是以无线的方式来沟通。


这样的需求,和上一波领导IT产业成长的PC显然有很大的不同。 DC要求的是更高的可携性(Portability)与个性化(Personalization)的设计,因此和流行饰品差异不大,不但要炫,而且要便宜。这也使得走向数位化的消费性电子产品的生命周期大幅缩短,从原来的三至五年,缩至约只有一年的热门期,也就是一旦被市场接受了,它的需求量会一下子冲到高点,但隔不了太久就会被其他产品替代掉了。


反应在DC产品设计的现象则是:尺寸愈小愈好、耗电愈少愈好、成本愈低愈好、设计的时程则是愈短愈好,但功能与效能呢,当然是要愈多样、愈强大愈好。这些条件要列举出来并不难,但要找出一个能皆大欢喜的设计方法,那就是电子业界今日面对的最大挑战了。


《图一 应材(Applied)前端产品副总裁Randhir Thakur》
《图一 应材(Applied)前端产品副总裁Randhir Thakur》

电子产业新设计挑战

要达到DC产品的设计需求,不外乎从三个面向下手:一是往更高阶的制程发展;二是改进设计方法学(Methodology);三是调整产业合作、互动的模式。这三个面向的解决途径在产业界已谈了许久,包括90nm制程、SoC/SiP、ASIC vs. FPGA,和IP、晶圆代工模式等,这些也是此次会议中探讨的主要议题。


《图二 Sony顾问Makimoto表示,DC引发的成长契机视为是继PC之后的「第二次数字革命」。》
《图二 Sony顾问Makimoto表示,DC引发的成长契机视为是继PC之后的「第二次数字革命」。》

高阶制程门槛高

「90nm制程的可行性」在去年的会议中还是一个难题,但在短短的一年当中,包括台积电、联电与数家IDM大厂都已先后宣称可以开始生产了。然而关于记者关切的商业化实际情况,如目前的良率、采用的厂商与产品,以及预估未来产能利用率的成长情况等,业者的回答口径则相当一致,都表示还不清楚,仍需要一些时间才能掌握情况。


朝更高阶制程发展可说是电子产业长期以来的驱动力,犹如一条不归路,与会的领导厂商包括IBM、TI及UMC等甚至表明已开始投资研发65nm的技术。集积度的增加意味着在更小的尺寸中能放入更多的电晶体,而这正能满足DC产品的「轻薄短小」诉求。


但随着集积度的提升,晶圆业者要克服的制程瓶颈也愈高,从台湾亲赴美国发表演说的联电执行长胡国强即指出,90nm与更高制程让他们得面对许多全新的挑战,如讯号完整性(signal integrity)、时序收敛(timing closure)等问题;而更高的光罩成本形成IC设计业者的极高门槛,目前90nm光罩成本会比130nm高出一倍,预料65nm又会比90nm再高出一倍;再加上要在极小的尺寸中规划上千万、亿万闸的电路设计,其复杂度与今日的设计不可同日而语,因此,虽然90nm制程的生产技术可行,但却不代表它能很快被市场接受。


Makimoto则指出往更高集积度制程发展的一个负面因素,也就是耗电性的问题。一直以来,随着集积度的增加,讯号传递距离也缩短,这也促成晶片耗电的持续下降,但是Makimoto表示,这个耗电优势将在90nm时达到最低,至于在集积度更高的65nm及45nm制程中,泄漏电流(leakage current)将成为影响耗电的主要因素,集积度愈高,泄漏电流的问题也就愈严重,将造成耗电性不降反升,请参考图三。


《图三 愈高阶制程耗电性不降反升》
《图三 愈高阶制程耗电性不降反升》

因此,要促使IC设计业者选择采用最先进的制程,显然需要有极大的市场诱因与资本条件;此外,设计方法的改善与设计工具的辅助,则有助于降低业者进入的门槛。


系统级设计需求因产品而异

除了尺寸与耗电的需求外,将更多的功能放入一颗晶片(SoC)或一个封装模组(SiP)当中,已是​​当前晶片设计上的主流趋势。 SoC/SiP在业界已经谈很多了,可以说是互补的方案,至于该选择何种作法,则有赖业者​​自己条列出产品需求清单来一一比较两种方案的成本效益、设计时程等优缺点,才能得到最明智的选择,结果显然是因人而异的。


其实SoC/SiP算是概念上的名词,真要谈到生产方法,还是得回归到ASIC、FPGA或高阶封装的途径上头,而ASIC与FPGA的对照比较也是这次会议中探讨最多的议题。


ASIC与FPGA互补又竞争

在缩短进入市场时程(Time to market)及降低设计成本的压力下,可程式逻辑元(PLD)的在晶片设计案的前、后期重要性阶大幅提升,Gartner研究副总裁Bryan Lewis就指出, FPGA会是新设计案的初期阶段(design starts)的主导性方案,而其中嵌入处理器核心(processor ​​core)的FPGA更可望稳定成长,预估十年后将有三分之一以上的FPGA设计案是采用有处理器核心的FPGA。


然而ASIC在量产型市场的重要性并未降低,仍然是厂商实际获利必须选择的途径。但ASIC在高阶制程上的昂贵生产成本却让客户退缩,因此Bryan指出,以平台方式来提供更高弹性、更低成本的ASIC服务,将是ASIC业者必须调整的方向。Bryan表示,目前介于ASIC与FPGA间的代替性平台方案,在ASIC方面有Array-Based Platform、Cell-Based With PLD Core、Cell-Based Platform,在FPGA方面则有嵌入硬体核心的FPGA平台与嵌入软体核心的FPGA平台,这些平台方案在效能、尺寸、成本、设计时程与单位体积的最佳化上各有优缺点,但Gartner对它们的成长潜力相当看好,其中ASIC平台方案预估到了2007年时,每年会有一千家以上的新设计案选择此方式开始设计产品。


《图五 Synopsys技术长Camposano表示,业界需要发展一套合作性的设计生产平台,以利整体产业成长。》
《图五 Synopsys技术长Camposano表示,业界需要发展一套合作性的设计生产平台,以利整体产业成长。》

晶圆代工业转型为复合式IDM

不论是谈SoC/SiP或ASIC、FPGA,在系统层级的设计要求下,设计者得掌握系统效能、制程技术、IP整合、封装需求等从上而下许许多多因素,因此诚如胡国强所说的,只有了解整个系统演算逻辑的人,才能够提供有竞争性的解决方案。这正是IDM的优势所在,但在今日以无晶圆厂(Fabless)的IC设计公司为主的产业型态下,晶圆代工业者的角色也得因应转变。胡国强形容说:「领导性的晶圆代工业者已像是一个复合式的IDM公司(Multi-IDM)。」


胡国强指出,今日的系统设计已涵盖了数位/类比、晶片内/晶片外、硬体/软体等等考量,晶圆业者有必要与客户做更密切的合作,例如联电与Xilinx共同研发90nm制程的FPGA晶片,并将在今年第一季开始生产。不仅如此,晶圆业者甚至得主动提出参考设计的方案与平台,胡国强分析表示,未来的设计将会是以应用为导向(Application-driven)的,因此目前联电即积极开发提供弹性的模组化SOC技术,进而提供一般性SOC制程技术平台(Common SOC Process Technology Platform),以分别满足各种产品对高效能或低耗电的不同设计需求。


《图六 联电执行长胡国强指出,领导性的晶圆代工业者已像是一个复合式的IDM公司。》
《图六 联电执行长胡国强指出,领导性的晶圆代工业者已像是一个复合式的IDM公司。》

另一个议题即智财权(IP)的交易与整合,胡国强认为这会是IC设计公司能否顺利开发系统级晶片的一大关键。目前IP应用模式所面临的问题,首先是IP可用性(Availability)的提升,要达成此目标,标准化的cell library、IO及记忆体单元(block)可说是最基本的需求;此外,类比IP与高复杂功能IP在SoC的设计上也更为重要。当然,还有更多的考量因素,例如IP的可携性(Portability)和可重覆使用性(Re-usability)、NRE及授权费等成本因素、智财权保护,以及设计流程与工具的改善等等。


对于个别的IC设计公司来说,要拥有完整的IP资料库是相当困难的,因此,为推动这个新的IP整合模式,身为制造中心的晶圆业者也得协助其客户克服此问题。胡国强即指出,联电依不同的制程(0.13μm、0.15μm、0.18μm)、不同的应用(通讯、电脑、消费性),提供了涵盖整个晶片系统所需要的丰富IP,包括记忆体、ADC/ DAC、CPU/DSP、周边介面,及Bluetooth、MPEG2/4等特殊应用IP。由此可见,不论台积电或联电,在整个IC设计的产业链中所扮演的角色,将会更为多元化而且更为重要。


表二 ASIC与FPGA平台比较
Array-Based Platform Cell-Based With PLD Core Cell-Based Platform FPGA Platform
效能 中/高 中/高

裸晶尺寸
设计成本
设计时程
单位体积最佳化 中/高 低/中
资料来源:2003/11, Gartner

《图八 Sonics公司市场营销副总裁David Lautzenheiser》
《图八 Sonics公司市场营销副总裁David Lautzenheiser》

结论

整体而言,数位化消费性电子(DC)取代PC成为电子产业成长驱动力的地位已经确立,然而,因DC产品的特性与PC差异甚大,对于尺寸、成本、设计时程、耗电等因素更为敏感,因此在设计、生产方法上也需要有所调整,业者还得经历一段摸索、尝试的学习时期。


在此情况下,系统级设计(SoC/SiP)的产业潮流也将继续发展,但要如何定义及满足所谓的「系统」设计需求,仍是业界的一大挑战。而为缩短设计时程、降低设计重新开发(design re-spin)成本,可程式化元件(PLD)的重要性不断提升,其中FPGA在设计前期(design start)与生产上的成长趋势相当受到肯定。


至于产业结构上,Fabless的IC设计公司与晶圆厂的分工仍是主流模式,但晶圆业者为满足系统级设计及差异化的消费性产品需求,其角色也变得更为多元,不仅在制程技术上要领先与创新,还得以更全观的角度来提供服务,并建立完整紧密的伙伴关系(客户、设备供应商、EDA工具业者、IP业者)。


当然,这一波的DC革命方兴未艾,在成长的趋势下,也隐含着许多的变数和可能性,业者除了要能掌握技术外,也得更了解客户、更接近市场,因为消费性市场就是流行市场,愈懂得生活的人才愈能引领潮流。这或许也是主办单位选择在宜人的加州Montary海湾渡假胜地举办此一电子高峰会的一大考量吧。


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