一般认为IC设计需要充裕的时间与创新的技术。实际上,IC设计不容许有太多时间,技术也跟进步没太大关系,最后都是市场决定一切。

IC设计业能不能经得起市场的大风吹,现在正是关键时刻。
IC设计业能不能经得起市场的大风吹,现在正是关键时刻。

3月于美国加州Monterey所举办的电子高峰会(Electronics Summit 2007)上,IC设计业者依旧不约而同大声疾呼赶紧找出缩短上市时程(Time To Market)的解决方案。市场竞争实在太激烈了,令人喘不过气的压力完全反映在统计数据里。2006年全球前10大OEM厂商采购全球1/3、总价840亿美元的芯片,多数是产品周期只有6个月的手机、消费性电子与无线通信应用装置;其中1/5才能如愿上市,而上市产品中仅有1/10有机会突破百万销售量。

大环境急速地汰旧换新芯片产品,使得IC设计的上市时程也越来越紧迫,但57%的芯片设计在首次投片时却是失败的。IC设计业者经不起芯片研发无效退出市场的成本虚耗,如何降低NRE(Non-Recurring Engineering)便成为巩固利基的重要关键。此外行动数字多媒体产品讲究轻薄短小,芯片设计要满足市场开放、兼容和快速的需求,因此微细化设计的复杂度大大提高,动辄数百万美元线路设计与光罩的成本倍增,TAT(Turn Around Time)也要跟着压缩,如此才能确保芯片设计与投片过程一次成功。

为缩短上市时程,IC设计业者压力沉重,挑战也日益艰难。设计业者若一直外购高价成套的EDA或IP,不仅让成本雪上加霜,设计互操作性和开放度也不够;若租用EDA则条件不足缓不济急,且有泄漏IP的风险。因此,革新EDA工具以及扩充IP数据库,迫在眉睫。市场压力让革新EDA的呼声越来越强烈,因为5年来EDA产业的成长趋缓,已跟不上半导体产业快速适应市场的脚步。

为分散风险因应市场变迁,以往半导体产业IC设计、EDA、量产制程等领域专业分工的型态已经改变,彼此间正在相互大风吹搞平行整合。IC设计业者向晶圆代工厂直接购买EDA、寻求第三方厂商的IP资源、晶圆厂垂直整合IC设计、EDA厂商跨足IP领域等等现象,都是为了缩短TAT与NRE以降低成本。但这些措施只有少数资本雄厚的整合性IC设计大厂才有办法,新创或小型的IC设计业者,往往在被并购、退出市场或是倚赖私募基金周转应付的漩涡中力求生存。

市场因素更明显地影响奈米世代的IC设计技术。现在不是晶体管够不够的问题,而是IC设计的微细化趋势,迫使业者必须提升传输讯号、降低漏电流与功耗、以及强化设计可编程性的功能,才能满足市场对于IC设计开放、兼容与快速的技术要求。此外,IC设计系统也必须要有精确的架构定义,才能降低平行验证除错失误的风险,以符合内嵌式与多核心处理器的软硬件协同设计趋势。ESL(Electronic System Level)或是可程序化逻辑设计PLD(Programmable Logic Device)的应用逐渐风行草偃,其来有自。

这也是为什么现场可编程闸极数组FPGA(Field Programmable Gate Array)能重新获得IC设计业者关爱的眼神。拜奈米微细制程技术所赐,相同面积中的晶体管倍增,间接也让FPGA条件成熟,具备更多电路资源发挥可程序化与系统升级的特性。进入65奈米的FPGA的优势,在于可以编程、除错、再编程和重复操作;亦可在远程重新编写程序、利用网络将程序代码加载韧体;芯片组件能由设计者自行设定,或由第三方厂商在设计时间决定应用方式;在FPGA内使用的整合IP平台,不需重新设计光罩。

虽然如此,FPGA还是有大部分面积浪费在线路信号传递、电路密度宽松导致执行效率低、漏电流与静态功耗高与架构无法复杂化等问题。但由于FPGA能够缩短IC设计的TAT流程,设计灵活弹性亦胜过ASIC,不仅能降低NRE成本,以现成IC再利用嵌入式软件进行差异化的芯片设计方式,更能配合消费性电子跨国大厂用中低阶产品扩张新兴市场、从中降低风险的设计需求与营销策略。所以,FPGA的后势将仍持续看涨。

若纯粹究技术本身,FPGA到底不如ASIC,但上市时程不缩短,IC设计业者必定丧失获利机会。缩短上市时程并降低NRE,像是IC设计业者头上的紧箍咒;IC设计技术的优劣与否,已经全面深刻地受到市场的制约决定。也因此从思维与技术角度来看,IC设计业越来越像代工产业,何种技术具有治标或是治本的疗效,或许对于IC设计业来说,已不再那么重要了。因为,生存才是市场竞争下唯一的答案。