CTIMES- 台灣類比IC設計的發展現況、優勢與前景

毫無疑問的，去（2005）年是國內類比IC設計業者的豐收年，無論就營收或股價來看都有絕佳的表現。然而在豐收之後，面對現有與未來又當如何因應與準備？本文以下將針對此一議題進行更多的討論與探析。

現況

首先，讓我們來瞭解類比（中國稱之為模擬）IC設計的國內外現況，先就國內而言，雖然新竹科學園區是全球僅次於美國矽谷的第二大IC設計聚落（以家數來計），但長久以來、絕大多數都是從事數位IC設計，僅有百分之個位數的業者是從事類比IC設計（包括混訊IC，即類比數位共混），即便今日國內的類比設計風氣開始起飛，投入類比設計的業者家數開始增多，但也依然無法超越總數中的一成比例，更簡單地說，國內約有200多家的IC設計業者，然從事類比設計者僅有20多家，勉強近一成，而更早的數年前甚至連5％都不足。

在這20多家的業者中，目前較具市佔與知名者主要有立錡科技（RichTek）、致新科技（Global Mixed-mode Technology；GMT）、崇貿科技（System General）、沛亨半導體（Analog Integrations Corporation；AIC）、迅杰科技（ENE）等。

然在此之外，也還有富鼎先進（Advanced Power Electronics Corporation；APEC）、茂達電子（Anpec）、台灣類比科技（Advanced Analog Technology；AAT）、易亨電子（Anachip）、安茂微電子（Analog Micro-Electronics；AME）、富晶半導體（Fortune Semiconductor）、圓創科技（Aimtron）、遠翔科技（Feeling Tech）、擎力科技（SyncPower）等多家業者的相繼投入。

接著是國外（全球）部分，2005年全球前10大的類比IC業者排名分別是：TI德儀、ST意法半導體、Philips飛利浦、Infineon英飛凌、ADI亞德諾、NS美國國家半導體、Maxim美信、LTC凌特、Freescale飛思卡爾、Toshiba東芝等。除此之外，其他較具知名與代表性的還有Fairchild快捷、ON安森美、IR、Intersil、Semtech、Vishay，以及SiGe、Zetex等。

事實上類比IC的全球版圖相當穩固，2005年的排名與2004年全然一致，僅有市佔率的消長差異。更明白地說，類比IC相當講究晶片的穩定性表現，行銷手法與應用話題等技術外的強化，也難對其有加值推助之效。

也因為類比IC相當重視深厚功力，不似數位應用IC那麼具立竿見影之效，所以近年來才積極投入也難在全球市場上獲得太多斬獲，全球類比IC市場依舊是外商的天下，短時間內難有突破。

再從產品屬性來看，國內業者明顯集中在電源轉換（電壓調整、電壓參考）用途的類比IC，部分擴展延伸到電源管理型IC，少數才跨入驅動用IC，極少進入有線、無線通訊所用的收發器IC，同時也缺乏基礎型的類比IC，如放大器（運算放大、音效放大）、數位類比轉換器（ADC、DAC）等。相對的外商的類比IC在產品線上的陣容就較為整齊，發展上也較均勻，或各自有其所訴求的專精領域。

《圖一　NS的線性電壓調整晶片》

優勢

若要說國內類比IC設計業者的優勢在何處？那麼也等於可以部分回答這個問題：為何國內的類比IC集中在電源轉換、電源管理的相關領域？

關於此的答案是：國內為PC（個人電腦）、IA（資訊家電）、CE（消費性電子）的生產要地，今日PC機內的CPU、GPU等用電量愈來愈大，且隨著半導體製程的提升而需要使用愈來愈低的工作電壓，加上IC用量極大，遂使國內IC設計業者投入CPU、GPU所需的電源IC。

另一方面，由於IA/CE產品多為手持型、掌上型的行動運用設計，在電池技術難以大幅提升蓄電容量的情況下，手持應用的類型與用電需求又在持續地增加，迫使手持設計必須相當講究用電的精省，從而使電源IC的需求增加。

所以，國內的類比IC發展取向還是會跟隨PC、IA、CE的量產生態需求而存，也等於是原有製造優勢的延續、提升，不太可能轉往與此過度相左的領域，如工業控制用的大功率切換IC，或航太軍事用的高精度、高效率ADC/DAC轉換IC等。

當然！電源用類比IC對國內產業而言也最易跨入，無線通訊用類比IC多要牽涉到非CMOS的晶片製程，設計複雜度也較高，對國內的晶片設計、製造業者而言都不易切進。

再者，長久以來國內IC設計業者的優勢就是：更低廉的價格、更高的彈性服務與供貨配合度，包括更快的晶片交期、更多的相關支援、更快依據反應而變更調整設計，這在國內過往的數位IC市場中就已積極運用，相信類比IC也會相同，甚至是更高度倚賴，原因是國內的類比IC在短時間內難以在實質技術表現上凸顯價值（與外商晶片相較），只好更仰仗上述的慣用優勢來加值。

《圖二　Zetex的白光型LED驅動IC》

此外，另一個優勢必須從一體兩面來看待，由於國內的半導體是以「專業分工」、「環節完整但可彈性快速反應的產業生態」而在國際間取得一席之地，「專業分工」在數位IC的領域較可行，晶圓代工廠公佈標準的數位製程，而數位IC的設計業者就依據公佈的製程來設計電路，透過此一明確的界定作法，使設計與製造間的相依度降至最低，如此可達到平行作業的最大化，且可輕鬆容易地換替新製程或換替代工業者。

然而，過往的數位成功模式將不易複製、挪套在類比IC上，理由是類比IC對製程細節的倚賴度、相依性極高，在晶片的開發過程中必須不斷透過製造部門的試產來驗證、檢討並調修設計，否則將難以產生表現特性良善的類比IC，這也是為何國外的傑出類比IC業者多屬IDM的經營型態，IDM同時具有設計與製造部門，相互間可緊密協同合作，這時以專業分工模式來發展類比IC反是不利。

《圖三　Intersil的重建式濾波器》

不過，若往更高層次看，專業分工的生態環境也比較有可能造就出類比IC的矽智財業者（IP House）、類比IC的設計代工服務（Design House）、類比IC的設計自動化工具（EDA Tool），特別是現正積極推倡的「矽導計畫」，即希望國內的半導體產業從「製造生態的社群優勢」升級到「設計生態的社群優勢」，所以專業分工將有可能是「短空長多」的潛在優勢。

另外，也呼應之前所提的「靈活彈性」優勢，目前有些標準及應用是需要以電源IC技術為基礎的，如HomePlug、PoE（Power over Ethernet）、WLED Driver等，這些具時機性、領域性的類比應用IC就很適合國內類比IC業者的延伸投入，相對的國外IDM大廠多把主要心力放在基礎、長久、高用量的類比IC，反不易兼顧時機、應用性的類比IC。

《圖四　IR的PWM控制IC》

前景

最後讓我們來談談前景，老實說往後最令人擔憂的就是「沒有前景」。

過去國內業者之所以多數都選擇投入發展數位IC的設計，原因在於多年來數位IC的發展、成長都較類比IC快速強勁，在市場不斷擴增與大好的情況下，數位IC設計在投資回收與獲利上都能較快見效，也因過於集中與偏重數位IC，結果便是長久以來未能讓國內的類比IC設計發展獲得奠基，如今也是因電源相關的類比IC興起，才讓國人對類比IC有所重視、關心。

《圖五　CSR的Bluetooth用晶片》

然而，類比IC卻又最注重設計與製造的緊密搭配性，以及長久多年累積的實務細節、經驗法則等。既然國內業者多屬中途搶進，抱著過去慣有的「順風財」、「時機財」心態來投入，其發展與獲利必有其限，日後若收益不如預期便會求去。所以，眼前的大敵莫過於心態的調整改變，盡可能不再「短見速收」，進行先期投資投入與摸索嘗試，否則將難有後續可期。

倘若能做到這些，進一步的再去強化耕耘晶片本體外的關連生態，包括搭配的設計工具與軟體、預先性的培植教育（校園推廣與贊助活動）、協力業者（Third Party）的支持呼應、知識庫（Knowledge Base）及應用說明（Application Notes）與參考設計（Reference Design）等的累積，以整體價值優勢讓用戶優先考慮採用該業者的類比IC，而非一味地降價與彈性配合，此才是最具前景的上上之策。

延伸閱讀

	為了降低測試的時間與成本，可測試性設計（Design for Testability；DFT）的技術對系統單晶片設計非常重要。在電路設計的初期即進行結構化DFT設計，能夠提高測試的錯誤覆蓋率，縮短設計週期與加快產品的上市速度。相關介紹請見「 DFT工具發展趨勢與主要廠商排名分析」一文。
	SoC係由許多不同功能的IP整合而成，某些IP將因無外接腳，而無法測試。因此，可測性設計(Design for testability；DFT)與內建自我測試( Built-in self test；BIST)技術，對SoC設計而言，其重要性不言可喻。你可在「 SoC測試技術趨勢」一文中得到進一步的介紹。
	由於製程技術的持續進步，使得大量的電路元件可以被製作在單一晶片上，再加上市場上對複雜度高以及運用功能強的需求，使得整個系統包括微處理器，記憶體等皆有可能整合到同一晶片上，以達到低功率、高效能、小體積以及高可靠度等諸多優點，也因此造就這一波晶片系統的設計趨勢。在「晶片系統之設計、驗證自動化與EDA特色研究」一文為你做了相關的評析。

市場動態

	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.你可參考「Design-for-Testability（DFT）Solutions」一文。
	聯華電子與半導體設計軟導廠商美商新思科技(Synopsys)共同宣佈，雙方已就聯華電子0.13微米製程以及新思科技的Galaxy設計平台，合作發展出設計參考流程。為了要驗證此設計參考流程的有效性，新思科技的先進科技部門(Advanced Technology Group)採用聯華電子0.13微米製程設計並試產了測試晶片，研究訊號完整性、電感效應以及多重臨界電壓最佳化設計方法，以做為聯華電子製程驗證中的一部份。你可在「聯華電子與美商新思科技攜手為聯華電子先進深次微米製程發展參考流程」一文中得到進一步的介紹。
	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」一文為你做了相關的評析。

台灣類比IC設計的發展現況、優勢與前景

年度豐收後的下一步棋？

PIC32-BZ6：新一代高度整合單晶片無線平臺

相關連結