2004年中国集成电路设计业的规模达到了81.5亿元人民币,增长率达到81.5%,增长主要来自各类MCU和智能卡芯片,它们占据了中国集成电路设计业总销售额的近50%。
显然,低端芯片占据市场主流的格局并没有改变,但这掩盖不了中国IC设计业技术水平正在迅速提高的事实,主要表现在中高端芯片方面,例如2004年涌现出了更多的SoC芯片、复杂的编解码芯片以及一系列基于中国自主标准的芯片。
现在,中国IC设计公司普遍采用自顶向下的正向电路设计方法,掌握系统设计、混合信号设计、模拟电路设计、仿真、综合和验证等方面的能力。除了传统的基于逻辑综合的ASIC设计方法,他们已经开始采用基于IP的平台化SoC设计方法。从来自本土IC公司的反馈看,他们面临的挑战主要在于时序收敛、设计验证、IP集成、软硬件协同设计、IP的获取、算法优化、低功耗设计等方面。
2004年的技术水平与设计挑战
表1:中国大陆前十名IC设计公司概况。
2004年中国IC设计公司开发的中高端芯片主要集中在处理器、通信、无线、音视频处理等领域,并以采用0.18微米工艺为主,少数通信类IC应用国际主流的0.13微米工艺。引人注目的是去年有许多SoC芯片面市,显示本地IC公司正在紧跟世界设计潮流,通过利用先进的设计方法学提高系统集成度。
大唐微电子有限责任公司董事长魏少军强调,2004年是该公司发展非常重要的一年,因为他们推出了32位处理器“COMIP”芯片,其设计规模为480万门,具有160万个晶体管,采用0.18微米工艺,主要用于下一代无线通信系统及家用电器、网络家电、信息家电等领域,从而使大唐微电子跨出智能卡业务,向高端IC进军。虽然是第一次涉足SoC设计,但大唐微电子提出了先进的设计理念。通过把各种应用的共同点提取出来决定芯片的架构,该SoC平台具有可编程性、再配置性以及可扩展性,从而能够用一颗芯片支持多种终端产品的应用。“传统半导体行业是以专用ASIC作为发展方向,而现在则是从专用芯片走向更高层次的通用芯片。”魏少军在阐述他们的设计理念时表示。
四川南山之桥微电子有限公司在2004年开发了硬件防火墙XWALL SoC, 其设计规模达到1,600万门,采用0.18um工艺,特点是通过硬件加速实现了千兆线速的防火墙功能。该公司设计总监谢丹透露,他们在开发中的困难主要是验证和IR下降等较前沿的技术挑战。2005年该公司计划开发与网络安全过滤和VPN有关的新产品。
2004年复旦微电子采用平台化SoC设计技术开发了第二代身份证安全模块芯片和手机音频处理芯片,设计规模从50万门至200万门,均采用0.18um工艺。该公司表示,主要挑战是软硬件协同设计和多IP整合。2005年该公司计划实现RFID芯片的系列化,将推出电力线载波通讯芯片。
除了这些以外,许多中高端芯片是面向消费类应用的多媒体芯片。
成都威斯达宣称自己是中国第一家开发出高清电视用视频处理芯片的公司。2004年,该公司开发了第二颗视频处理芯片WSC2000,并完善了第一颗视频处理芯片WSC1115在LCD/PDP-TV、HDTV-READY等应用中的整机解决方案。这家只有20名IC设计人员的公司声称自己采用美国硅谷最新的芯片设计技术、仿真和综合手段。该公司采用自行定义的内部总线规范标准,使全公司的所有设计实现模块化和归一化。他们面临的主要设计挑战是仿真实验和FPGA实时动态验证,以及如何解决高系统性能与低系统功耗之间的矛盾。此外,该公司还需克服与图像处理有关的难题,如基于运动检测分析的隔行转逐行算法、场频提升电路的实现以及电影模式检测等。
中芯联合(北京)微电子有限公司致力于开发拥有自主知识产权的MPEG视频编解码芯片。该公司已经推出了第一款视频解码IP核ODM3P-S,今年第二季度将推出能够实现视频编码的ODM3P-P。这些芯片的规模是数十万门,并采用0.18微米工艺,其挑战在于如何以较低的成本实现很高的兼容度。由于多种编解码标准会在很长一段时间内并存,故能够兼容等多种标准将成为此类芯片必备的特性。
珠海炬力在2004年开发了多媒体MP3控制芯片、电能计量系列芯片、玩具遥控类控制芯片等产品,主要采用0.35um、0.25um和0.18um的CMOS工艺。“我们的产品全部采用正向电路设计,集成规模最高可以达到数百万门级电路。”该公司研发部主任李邵川表示,“产品的主要技术特点是以SoC为主,目的是为了给客户提供性价比最高、具有完善的系统解决方案的产品。”设计难度主要体现在对关键时序的控制需要更加精确,对设计验证的完整性要求日趋严格,同时,关键性IP的掌握和获取能力也是目前以SoC为主要产品形态的炬力公司所面临的重要挑战。
深圳安凯在2004年推出了第二代移动多媒体应用处理器AK3220以及MP3与和弦铃声芯片A2。“两款器件均采用0.18微米CMOS工艺,其中AK3220中自主设计的逻辑部分就有130多万门。”该公司总经理胡胜发表示。
另外,一些高端芯片是基于中国自主标准开发的、具有自主知识产权的产品。
表2:台湾地区前5名IC设计公司概况。
凯明公司正在提供的产品是3G TD-SCDMA终端芯片组,包含数字基带、模拟基带、RF等5颗芯片,更多的是采用0.13um工艺,显示该公司的技术水平处于中国前列。
清华同方凌讯科技有限公司2004年推出的“中视一号”是基于清华DMB-T技术方案的调制解调专用芯片,集成了70多块存储器、200多万逻辑门,总晶体管数超过2000万个。
总的来说,2004年中国IC公司开发出了更多复杂的中高端芯片,涵盖了更广的领域,与此同时也开始获得市场认可,并迅速取得回报。在2004年销售额增长率达到3位数的前十名公司中,除了中电华大外,珠海炬力、北京中星微和海尔集成电路设计有限公司都从事开发面向消费类电子的多媒体芯片。这表明来自本土IC公司的中高端芯片开始赢得市场,也证明这些IC设计公司选择新兴市场作为突破口的策略取得成效。
值得注意的是,本土IC公司开发的某些高端芯片瞄准的是新兴或者未来的市场,如机顶盒、WLAN、DTV、HDTV、TD-SCDMA等。由于这些市场本身还没起飞,所以芯片供应商正处于争取设计中标的阶段,还无法将他们的芯片投入量产。不过,也正由于市场刚起步,所以为这些芯片从一开始就赢得国内OEM的设计中标提供了机会,避免了客户使用惯了国外IC,产生依赖性而不愿更换芯片的问题。
2004年珠海炬力、北京中星微和海尔集成电路等三家公司的异军突起只是一个前兆,一旦机顶盒、HDTV、WLAN等市场起飞,中国IC设计业的格局将发生很大改观。可以预料,移动处理器、视频编解码器、TD-SCDMA基带处理器等技术含量高的芯片将成为未来几年中国IC公司的主流产品,取代低端芯片成为中国IC行业下一发展阶段的代表产品。
另一方面,在排名前十的公司中,大唐微电子、杭州士兰、绍兴芯谷、杭州友旺、华润矽科、中电华大、希格玛晶华微电子等7家公司都以生产低端芯片为主。这表明低端芯片是现阶段中国IC设计业的主流产品。
中国IC公司开发的低端芯片包括4/8位MCU、智能卡芯片、电表计量芯片、时钟芯片、LED控制器/驱动器、电源管理芯片、存储器、音频放大器、玩具类IC、打印机芯片、接口芯片等。这些芯片的设计门数从几千门到数万门,最大在50万门以下。这些芯片绝大部分采用0.25微米以上较老的工艺,最大线宽达到1.5微米,只有少数产品采用0.18微米工艺。这些产品的共同特点是以低成本优势取代原来的进口IC。它们之所以容易在市场上取得成功有以下几个理由:一、技术复杂度低,容易达到OEM客户要求的性能和可靠度。二、应用简单。在这类低端芯片的应用场合,OEM厂商能够自行完成系统电路设计,无需IC供应商提供更多的技术支持。换言之,对于这些芯片,整机厂商拿来就能用。正是这种便利性使得这些芯片在低端应用领域长驱直入,击败国外IC,成为OEM试图降低成本时首要考虑的选项。
深圳国微电子公司在2004年主要开发了有线数字电视机卡分离解密芯片,设计规模为20万门,采用0.35um工艺。该公司经理朱小安透露,今年国微电子将开发第二代解密芯片产品,瞄准HDTV市场。“这是一个即将出现的巨大市场,”他说。
除了智能卡IC,北京中电华大电子设计有限公司2004年针对客户需求推出了专用集成电路(ASIC),例如针对专用针式打印机的芯片,以及智能电表芯片等,主要采用0.35,0.25,0.18微米工艺。该公司计划在下半年推出两款满足国家安全算法的芯片,用于高端服务器等领域。
北京弗赛尔电子设计有限公司主要生产存储器、电源管理芯片、时钟、LED/LCD驱动器,采用0.35,0.6微米的工艺,数字电路的设计规模为1-2万门,模拟电路为中等规模。该公司采用传统的正向、半逆向的设计方法。
青鸟元芯微系统科技有限责任公司宣称自己是中国唯一一家采用MEMS技术批量生产微型传感器的高新技术企业。该公司开发自主品牌“元芯”系列MEMS压力传感器、湿度传感器、加速度传感器等产品,主要应用在汽车、家用电器、玩具等领域。2005年该公司计划开发气体类MEMS传感器,如对硫化物、氮化物等有害气体以及酒精进行检测的传感器。
2005年的研发动向
2005年中国IC设计公司的研发方向将朝哪走？大多数公司选择丰富现有产品线或者实现产品的系列化,显示出稳健的发展策略。其中,有些公司开发新产品是为了涵盖更多的应用领域,有些公司则是为了提供从低端到高端的完整产品线,以便让客户有更多选择。另一方面,也有少数IC公司考虑进入新的领域,在其他市场寻求新的发展机遇。
“2005年我们将沿着COMIP的产品路线发展,继续推出第二代芯片COMIP PRO。”魏少军介绍道,“COMIP运算速度为5亿条指令/秒,而COMIP PRO运算性能是它的2倍半,达到12亿条指令/秒,将面向图像、3G通信中的流媒体处理等应用。今年下半年,我们还计划推出第三代产品COMIP Turbo,将应用范围扩展至高速路由器、高性能网关处理器等领域。”
表3:韩国前5名IC设计公司概况。
弗赛尔公司设计经理韩伟表示:“2005年我们还将继续开发存储器、电源管理芯片、时钟、LED/LCD驱动器等产品。2004年的产品主要集中在中低端,而2005年我们希望提高档次,在技术上朝着深亚微米发展。”
受消费类市场的驱动,多媒体芯片供应商也纷纷制定了扩张产品线的计划。
“2005年,我们会根据市场需求,陆续推出不同的芯片产品,包括面向机顶盒市场的S系列和面向视频监控市场的B系列。”该公司总经理边晓春表示,“其后,我们还将推出面向数字电视机市场的T系列、面向移动市场的M系列、面向光盘机市场的D系列等。”
成都威斯达和安凯公司也计划开发各自的下一代产品:威斯达规划的WSC3000高级视频处理器主要针对高端LCD/PDP-TV和HDTV-READY设备；安凯计划发布第三代移动多媒体应用处理器AK3230。
此外,西安亚同集成电路技术有限公司和北京中科微电子设计有限公司也表示,为了满足客户的需求,将进一步完善已推出的产品,实现产品的系列化。
值得注意的是在扩充原有产品线的同时,一些本土IC公司也积极进军前沿领域,力争与国外的强大对手在同一起跑线上展开竞争。
北京六合万通微电子技术有限公司在2004年开发出了可实现802.11g的万通4号基带芯片。 此外,该公司研发的RF前端很快将进入量产阶段,从而可为客户提供完整的WLAN解决方案。
与此同时,该公司副总经理杨军透露,他们计划开发应用于手机中的WLAN芯片。这种芯片对功耗、体积要求非常严格。“虽然国内WLAN市场还刚开始启动,但我们看好国内市场,特别是在人口密集的地区,未来使用WLAN手机的用户将增长非常快。"他说,“由于我们已经有万通1号到4号的芯片开发经验,因此,手机用WLAN芯片将在今年年底推出。”目前,在国际上只有TI等少数厂商已经发布了面向手持设备的Wi-Fi芯片。
与之类似,中芯联合(北京)微电子有限公司在推出MPEG编解码器后又将目光瞄向了新兴的H.264 技术。“从我们公司所处的专业市场看,H.264等新技术出现时,大家处在同一起跑线上。”该公司总经理边晓春表示:“2005年,我们希望能够与亚洲同行一道攻克H.264高清技术的难关。”
核心竞争力
当谈到企业的核心竞争力时,有的公司强调自己拥有海归派的设计团队；有的强调拥有从前端到后端、从数字到模拟的全面设计人才；有的强调低投入、低成本；有的强调技术创新；也有公司将算法、体系结构等方面的专利列为自己的核心竞争力。除了这些以外,众多企业表示,2004年核心竞争力的增长主要表现在为整机客户提供系统解决方案和良好的技术支持方面。而且,中芯联合、凯明、成都威斯达、六合万通等许多公司都将为整机客户提供系统解决方案作为2005年的工作重点。
此外,知识产权(IP)作为IC设计公司的核心竞争力受到了中国研发人员的普遍重视。一位业内人士指出,中国DVD行业正是因为没有自己的核心技术和专利,而在海外市场遭遇了国际大厂的阻击。所以,不少本土IC设计公司呼吁,要在政府的支持下,发展自己的核心技术和专利,从而在市场上获得主动和先机。
大唐微电子公司董事长魏少军表示,庞大的人口使中国可以支撑国家的自主标准,如TD-SCDMA以及其它标准。
这类标准将令本土IC设计公司拥有自主知识产权,从而更具竞争力。清华同方凌讯科技公司表示,如果2005年中国地面数字传输标准确定采用清华大学地面数字多媒体电视传输协议(DMB-T)标准,那么可以预计到时中国采用拥有自主知识产权的DMB-T芯片将逾100万枚。
与之类似,作为中国数字音视频编解码技术标准(AVS)的成员之一,成都威斯达一直在密切关注中国数字电视标准的发展情况。“我们早就在技术上作好了充分准备。一旦标准正式出台,我们将迅速推出满足所有已知数字电视标准的、真正的数字电视芯片。”该公司销售和市场经理梅军表示。
虽然中国的WAPI标准最后没有强制实施,但六合万通公司仍对之寄予希望。“今年,随着国家WAPI标准提交国际化标准组织,如果被国际标准化组织接纳,则可以作为国际标准,即使不被接纳,但仍然是我们国家的标准。例如,在政府采购的时候,可以优先采用符合WAPI标准的产品。”该公司副总经理杨军表示。
随着中国IC设计业朝着SoC方向发展,IP将越来越重要。预见对IP的需求将不断增长,中国已经出现了一批新兴的IP供应商,如智芯、芯原微电子等。四川登巅微电子股份有限公司经理蒋玉东表示,要缩短和领先IC公司的差距,必须注重IP的发展、积累、使用和保护。该公司目前提供高速模拟混合IP,如USB2.0 PHY等。
作者:颜健
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