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    中國IC設計公司八大變化趨勢分析

       
        發(fā)布日期:2008-12-01         
    閱讀:91     
     
     
    于2003年3月進行關于“中國IC設計公司現(xiàn)狀和未來發(fā)展”的網上/電話調查,調查的目的是了解中國IC設計公司當前的業(yè)務運作、設計的復雜程度以及未來的研發(fā)趨勢。此次調查總共收到316份問卷,其中有效問卷141份。

    參加調查的人員中,31%是總經理和總工等高層管理人員,30%是技術管理人員,28%是設計/開發(fā)工程師,設計研究和測試工程人員占10%。從地域分布來看,位于北京、上海和廣東省的IC設計公司分別占23.8%、21%和16.2%,總計達61%。來自江蘇、陜西、山東、四川、湖北和安徽的IC設計公司占總數(shù)的28.7%,因此,調查問卷具備地域分布的廣泛性。

    通過與2002年《電子工程專輯》進行的IC設計公司調查數(shù)據(jù)的比較,我們發(fā)現(xiàn)中國IC設計公司出現(xiàn)了下列方面的重大變化:1. IC設計公司的規(guī)模出現(xiàn)快速增長的趨勢;2. 芯片設計規(guī)模已經達到幾百萬門級;3. 26%的公司年設計能力超過10個項目;4. 模擬和混合消費類/通信類集成電路是中國IC設計公司的主要研發(fā)方向;5.中國大陸和臺灣為IC設計公司提供的代工和封裝業(yè)務達到82%;6. 5成以上的公司采用0.25微米以下工藝進行混合電路設計;7. 設計挑戰(zhàn)被引向亞微米和深亞微米;8. 中國IC設計公司未來5年的研發(fā)項目跨越廣闊的領域。本文將對出現(xiàn)這些變化的深層次原因進行分析,供中國IC設計和制造行業(yè)參考。

    1.IC設計公司規(guī)模出現(xiàn)快速增長

    從圖1可見,100人以下的IC設計公司占被調查公司的87.6%,與2002年的67%相比,設計工程師人數(shù)小于100人的設計公司增加了20.6%,擁有200到500設計工程師的IC設計公司增加了0.8%。這種發(fā)展勢頭說明,中國新的IC設計公司在不斷涌現(xiàn),小型設計公司比2002年大幅度增加,另一方面也說明,中國IC設計人才總量比2002年有所增加。

    從2002年和今年的調查報告比較分析可見,2002年-2003年銷售收入在100萬美元到2.9百萬美元之間的設計公司達到20%,比2001-2002年銷售收入達到同等規(guī)模的公司增加了10%以上。這些數(shù)據(jù)說明,人才總量、公司數(shù)量和規(guī)模出現(xiàn)了高速增長,發(fā)展的驅動力來自中國市場的快速發(fā)展和被調查的IC設計公司銷售收入的大幅增長所產生的對人才和IC設計能力的巨大需求。

    另一方面,從中國信息產業(yè)部頒布鼓勵集成電路產業(yè)發(fā)展的若干優(yōu)惠政策之后,向集成電路領域的投資驟然增加,在一些地區(qū)產生了群聚效應,這也是促使IC設計行業(yè)快速發(fā)展的一個重要原因。這部分增加的設計公司中,一部分是從美國硅谷和日本、臺灣地區(qū)等回來的人才創(chuàng)辦的,另一部分是中國本地投資者新創(chuàng)辦的,還有一部分是由中國研究機構、大學等與外資或內資企業(yè)合作創(chuàng)辦的,投資渠道呈現(xiàn)多元化趨勢。

    從外部環(huán)境來看,目前位于京滬深三地的集成電路設計基地為公司孵化和IC設計人才的培養(yǎng)提供了有利條件,國內外大學、公司和研究機構積極實施集成電路人才培訓計劃,促成了許多原來從事整機系統(tǒng)設計的人才向IC系統(tǒng)設計人才的轉變,從而在一定程度上緩解了人才供求的矛盾。而隨著中國大陸的晶圓代工廠等基礎建設的逐漸完善,其群聚效應也在一定程度上吸引了海內外投資對集成電路設計產業(yè)的支持,由此促成了IC設計公司的規(guī)模和數(shù)量出現(xiàn)快速增長的趨勢。

    2.芯片設計規(guī)模已經達到幾百萬門級

    從ASIC設計門數(shù)來看(圖2),能夠進行百萬門規(guī)模以上設計的公司占32%,與2002年相比,能夠從事百萬門級設計的公司增長了2%。而能夠從事10萬到100萬門設計的公司則有28%。能夠從事10萬門以下設計的公司則比2002年增加了10%,達到24%。5成中國IC設計公司仍然只能進行百萬門以下規(guī)模的設計。

    我們分析,能夠進行百萬門以上設計的公司,一部分是中國909工程扶持起來的一批老資格設計公司,也包括新近成立的具備海歸背景的IC設計公司,其應用驅動力主要是消費類通信芯片對功能和性能要求日益提高(例如手機和PDA芯片)。目前,超過百萬門級的設計一般存在下列幾種模式:1. 中國的設計公司只設計網表和提供測試向量,并用FPGA對設計進行軟硬件協(xié)同驗證和測試,后端布局布線由合作代工廠請第三方設計服務公司完成直到提供樣片。這種方式比較適合于對上市時間要求比較高的服務于整機廠的IC設計公司。2. 對于采用了IP內核的復雜芯片,一部分外圍模塊的布局和布線由中國設計公司完成,重要的IP模塊由授權方委托第三方設計代工或服務公司完成,例如ARM核的應用,這種模式適合于關鍵模塊布局布線需要授權的場合。3. 完全由中國本地IC設計公司完成所有前后端的設計,這方面比較成功的實例是中國的龍芯一號芯片,它適合于擁有完全自主知識產權的產品的設計,難點是完成設計所花費的時間比較長。

    從事百萬門級設計的公司增長緩慢的主要原因是該領域的設計通常需要在0.25微米以下工藝進行,對系統(tǒng)設計能力和軟硬協(xié)同設計的能力、可測性設計能力、EDA工具支持以及IC設計人員的設計經驗要求很高,所面臨的設計挑戰(zhàn)也非常復雜。

    從人才、投資規(guī)模、EDA工具等諸多制約因素分析,五成以上的設計公司從事百萬門以下的設計也就很正常。另一方面,由于中國市場廣闊,需求的芯片種類、功能、規(guī)模繁多,尤其是對于價格敏感的低端消費類電子產品,采用先進工藝大規(guī)模生產的芯片并不一定具備成本/性能優(yōu)勢,這也是目前大部分設計公司只在百萬門以下領域進行設計的主要原因。

    但是,隨著中國大陸代工業(yè)和IC設計產業(yè)鏈的逐步完善,采用先進工藝進行設計的成本和性能優(yōu)勢必將顯現(xiàn)出來,在可以預見的將來,必將有更多的中國IC設計公司向更大規(guī)模的設計領域挺進。

    3.26%公司設計能力達到每年10個項目以上

    每年完成的芯片設計項目數(shù)是衡量IC設計能力的一個方面,調查顯示,在2002年(圖3),只完成了1到2個項目的IC設計公司有21%,完成了3到4個設計項目的公司占17%,完成了5-10個項目的公司占36%,完成IC設計項目超過10個的設計公司占26%。與2002年的調查報告相比,年設計能力達到1到2個項目的IC設計公司增幅超過10%。

    上述數(shù)據(jù)表明,中國IC設計公司的設計能力出現(xiàn)了全面提高的趨勢。從圖4來看,59%的被調查公司從事消費電子領域IC設計,比2002年調查數(shù)據(jù)增加了10%。因此,可以認為,新增加的設計能力的主要推動力來自消費電子對IC產品持續(xù)增長的需要,其次,電信設備、網絡/數(shù)據(jù)通信設備、計算機/計算機外設、工業(yè)控制、汽車電子/機電設備、軍用電子產品對IC的需求也是推動IC設計能力快速增長的重要原因。當然,完成項目數(shù)量的多少,僅僅是衡量設計能力的一個指標。根據(jù)項目難易程度的不同,必然會出現(xiàn)進度上的差異。每年僅僅完成1到2個項目的IC設計公司為什么占21%的比例?業(yè)界的一種觀點認為,主要是新興的IC設計公司由于投資規(guī)模有限,不得對流片進行嚴格的控制,而將更多的時間和精力放在芯片的設計、驗證、測試和軟硬協(xié)同優(yōu)化上面,以期一次流片成功。此外,一些需要整機廠商配合的IC設計項目,還需要面對不斷變化的技術和市場,反復修改設計,對一些標準IC,爭取得到一系列整機廠商的采納也需要一些認知的時間。這些因素,都是一些初創(chuàng)的公司年設計能力只有1到2顆芯片的客觀原因。而一些財力雄厚的公司,通常采取一個應用產品采用多種方案實現(xiàn)的辦法來加快新產品推出的步伐,縮短產品上市時間。

    可以說,正是因為看到了加速成長的中國IC設計公司的設計能力,目前,中國各主要IC設計公司聚集地仍在積極申請籌建更多的晶圓代工廠,為快速發(fā)展的中國IC設計公司的設計能力提供快捷便利的服務。

    4.模擬/數(shù)字混合IC和數(shù)字ASIC是主要研發(fā)方向

    在“目前開發(fā)的模擬/混合信號IC”項目的調查中(圖5),42%以上的公司開發(fā)模擬/混合信號消費類IC。在“目前開發(fā)的數(shù)字IC”項目的調查中(圖略),48%的公司開發(fā)數(shù)字ASIC,顯示中國IC設計公司的主要研發(fā)方向模擬/數(shù)字混合IC和數(shù)字ASIC。

    如圖5所示,20%到30%的IC設計公司表示,他們設計的模擬/混合信號產品包括ADC/DAC、驅動器/控制器、電源管理/轉換/調節(jié)、發(fā)送器/接收器/收發(fā)器等IC。還有不到15%的IC設計公司從事數(shù)據(jù)采集、放大器、比較器/感應放大器、濾波器等的開發(fā)。這些IC在消費電子、電信設備、網絡/數(shù)據(jù)通信設備、計算機/計算機外設和工業(yè)控制等領域得到大量的應用(圖4)。

    在提供上述IC產品的設計公司中,50%以上的公司都是以ASIC、全定制IC和SoC設計的方式為整機或系統(tǒng)板制造商提供配套支持,提供標準IC的設計公司只有41%(22頁圖6)。與2002年調查顯示的51%相比,提供ASIC設計的公司增長了24%,提供全定制IC設計的公司增長了17%,提供SoC設計的公司增長了22%,這些數(shù)據(jù)表明,中國IC設計公司在與整機制造商合作過程中,依存關系更加密切,按照整機用戶進行設計的趨勢在增強,提供系統(tǒng)級解決方案的能力大幅度提高。

    業(yè)界專家的一種觀點認為,ADC/DAC、驅動器/控制器、電源管理/轉換/調節(jié)器IC、發(fā)送器/接收器/收發(fā)器等IC可以做成標準IC,也可以做成標準的IP模塊,中國IC設計公司在這方面的技術積累比較多。之所以仍然感到困難,是因為對于不同的整機系統(tǒng)、不同的應用環(huán)境和不同的技術指標要求,上述模擬和數(shù)字信號模塊的應用條件就會發(fā)生變化;旌想娐吩O計不像數(shù)字電路設計,只要將各種模塊組合起來編譯就能通過,而是必須根據(jù)每一個不同的應用環(huán)境進行重新布局和布線設計,這是混合信號電路設計的困難所在。

    從應用角度分析,目前一些中國IC設計公司的研發(fā)水平已經接近國際水平,他們從事的開發(fā)項目包括無線和網絡通信、數(shù)碼相機和數(shù)字電視等等,這些領域需要IC設計公司與整機或系統(tǒng)制造商建立緊密的合作關系,從而將市場需求快速融合到IC設計之中,這是中國IC設計公司選擇數(shù)字ASIC作為主要研發(fā)方向的原因所在。

    5.八成代工和封裝業(yè)務由中國大陸和臺灣地區(qū)承擔

    這次調查我們發(fā)現(xiàn),44%和38%的被調查公司選擇中國大陸和臺灣地區(qū)的代工廠作為合作伙伴,兩者之和比2002年的調查結果上升了7%。

    選擇日本代工廠作為合作伙伴的IC設計公司比2002年有所增加。新加坡取代韓國,有6%的被調查公司選擇它為第四大代工伙伴。選擇其它地區(qū)代工的比例較2002年有所下降,只有6%。上述情況表明,八成中國IC設計公司選擇中國大陸和臺灣地區(qū)的代工廠進行流片,且中國大陸代工廠已經占據(jù)主導地位。

    從歷史的觀點看,經過幾十年持續(xù)不斷的努力,目前中國大陸已經擁有了相當規(guī)模的晶圓代工生產能力,工藝水平完全覆蓋了低端的1.5微米和0.5/0.6,到高端的0.25、0.35和0.18微米工藝,而且配套設施日益完善,從而為中國IC設計公司提供了更多選擇。特別是上海中芯國際0.25/0.18和上海貝嶺0.25/0.35線的建成投產,以及上海華虹NEC生產線升級改造的完成,使中國IC設計公司擁有了很好的代工環(huán)境,一些IC設計公司回流中國尋求代工支持就成為事物發(fā)展的必然。而中國本地代工廠與整機廠及消費者的距離很近,出于成本、交流方便程度、交付時間等考慮(圖7),許多IC設計公司積極與中國本地代工廠建立合作關系勢在必行,并且呈現(xiàn)上升的趨勢。出現(xiàn)這種增長趨勢的另外一個原因是,過去一些只為境外提供代工業(yè)務的公司,從全球經濟前景的變化考慮,開始為中國本地IC設計公司提供一部分代工服務,盡管目前批量大的項目并不多。此外,還有一些境外IC設計公司,通過兼并等手段擁有了一些本地代工廠,同時在本地設立IC設計中心,利用本地人才就地設計和加工,從而令調查結果中在本地建立代工合作關系的比例大增。

    對于轉移到日本、韓國和新加坡流片的IC設計公司,主要因為目前中國本地新興的代工廠存在人員短缺、成品率和工藝水平不穩(wěn)定的問題,對新興的IC設計公司,合作雙方之間還需要充分的時間建立互信關系。此外,還有一種觀點認為,選擇境外流片的主要原因是本地產業(yè)鏈不夠完整,許多中國IC設計公司在成立之初不可能有很大的批量,對這些公司,國內的代工廠沒有辦法為他們提供完善的服務,他們因而不得不轉向產業(yè)比較成熟的日本、韓國和新加坡尋求小批量的流片支持。

    盡管如此,一些從事設計代工的人士表示,隨著國內一批設計代工公司的興起,產業(yè)鏈不完善給新興設計公司造成的許多困難有望得到全面的解決。中國的代工廠也將因此得到更廣闊的業(yè)務資源,發(fā)展的勢頭將更加迅猛。

    面對中國大陸日益成熟的代工市場,臺灣地區(qū)的代工行業(yè)已經感受到日益增長的競爭壓力,對此,一些業(yè)界專家認為,價格競爭肯定存在的,但是整體來看,臺灣地區(qū)的產業(yè)鏈比較完整,加工的品質和批量比較能夠滿足用戶的需要,而且在0.18微米、0.13微米和90納米工藝領域,臺灣地區(qū)代工業(yè)仍然占據(jù)至少領先一代的地位。

    6. 五成以上公司采用0.35微米以下工藝進行設計

    在模擬IC設計領域,53%的公司用0.35微米以下工藝進行設計,與2002年調查結果基本持平;采用0.5微米到1.5微米工藝進行模擬設計的公司占39%,比2002年上升了19%,原因是采用1.5微米以上工藝的設計比2002年調查顯示的22%下降到今年的8%,說明出現(xiàn)了1.5微米以上工藝向0.5微米到1.5微米工藝的技術升級。在數(shù)字IC設計領域,78%的公司采用0.35微米以下工藝進行設計,其中0.18微米呈現(xiàn)明顯的跳躍性發(fā)展,以31%的比例占據(jù)首位。由此可見,五成以上的設計公司采用0.35以下工藝進行設計,其中采用0.35微米工藝設計數(shù)字IC的比例大幅度增加。

    在數(shù)字IC設計領域,采用0.35微米以下工藝進行設計出現(xiàn)快速增長的趨勢表明,新興IC設計公司可能從0.35微米以下工藝切入市場,同時,現(xiàn)有的做數(shù)字IC設計的公司出現(xiàn)了向0.35微米以下工藝轉移的趨勢。

    針對模擬IC設計領域采用0.5微米到1.5微米工藝進行設計的公司大幅度增長的現(xiàn)象,業(yè)界的一些專家認為,是因為中國許多IC設計公司采用“錯位競爭”策略,他們所針對的客戶和產品,與一些國際頂級IC設計公司完全不同,甚至在0.5微米以上工藝完全就能夠滿足中國市場的需要。在亞微米、深亞微米領域,中國IC設計工程師面臨EMI/信號完整性、電源管理、可測性設計、模擬電路仿真等等諸多設計挑戰(zhàn),而配備功能齊全的EDA工具的成本很高,這可能是許多設計公司仍然采用0.5微米到1.5微米工藝進行模擬IC設計的深層次原因。

    然而,隨著中國代工業(yè)務的發(fā)展壯大,本地代工廠必將尋求本地IC設計的公司支持,因此,無論是否愿意,發(fā)展著的中國IC設計公司遲早要完成設計水平的升級,進而享受亞微米和深亞微米工藝技術帶來的競爭優(yōu)勢和可集成更多功能的好處。從調查統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出,采用0.13微米工藝進行數(shù)字IC設計的公司占4%、進行模擬IC設計的只占1%,說明只有很少一部分中國IC設計公司開始向基于納米級工藝的設計領域推進。

    7.設計挑戰(zhàn)被引向亞微米和深亞微米

    隨著設計工藝向亞微米和深亞微米推進,中國IC設計公司在EMI/信號完整性、時序收斂、可測試設計、模擬電路仿真、IP復用、時序收斂、ASIC仿真/快速原型生成、電源管理等領域面臨的全面挑戰(zhàn)(圖8)。與2002年相比,在測試基準生成、FPGA綜合、形式驗證、邏輯綜合、原理圖捕獲和行為級綜合等與EDA工具使用相關的問題反而出現(xiàn)了下降趨勢,真正屬于設計領域的挑戰(zhàn)呈現(xiàn)增加的趨勢。

    這種現(xiàn)象表明,中國IC設計公司對EDA工具掌握的程度有所加強,另一方面,也說明,工具提供商、大學課程、各種研討會以及一系列的合作培訓計劃,已經對提升中國本地IC設計工程師在EDA工具使用的技能方面發(fā)揮了重要作用。

    業(yè)界一種觀點認為,出現(xiàn)如此全面的設計挑戰(zhàn),主要原因在于缺乏有經驗的設計工程師對設計團隊的帶領作用。此外,無論是教科書、還是專題研討會,對一些經過實踐驗證的解決辦法論述得不夠完整和深入也是一個原因。真正有經驗的設計專家,往往又認為很多問題對他來說其實不值一提。因此,在一定程度上沒有形成有利于設計工程師成長的培訓和實踐環(huán)境。

    一些專家認為,目前中國IC設計公司的設計流程存在問題,表現(xiàn)在過去許多IC設計工程師主要采用后向設計方法,現(xiàn)在轉為前向設計,許多過去不那么突出的問題或者過去沒有弄清楚的問題就陡然暴露了出來。加上先進的EDA工具通常都要通過收費的、嚴格的逐級授權才能使用(例如驗證和測試過程中,只要2%的地方沒有測試和驗證到,就會出現(xiàn)問題),如果此時由于資金支持不上,EDA工具的支持可能就無法到位,自然就會面臨許多根本無法解決的設計問題。

    8.中國IC設計公司未來5年研發(fā)領域寬闊

    本次調查揭示,在未來5年內,三成以上中國IC設計公司將開發(fā)數(shù)字消費類ASIC、專用微控制器/嵌入式CPU,接近兩成以上的公司將研發(fā)網絡IC/芯片組、數(shù)據(jù)通信IC、DSP和通用CPU/處理器等芯片,三成設計公司表示以ASIC方式提供上述產品。此外,有15%左右的公司研發(fā)電信、計算機芯片組,10%左右的公司研發(fā)電視、圖形和傳真/調制解調器/語音芯片組,不到10%的公司開發(fā)交換/多路復用、存儲、I/O控制、協(xié)處理器和多媒體芯片組,還有很少一部分公司開發(fā)邏輯IC和門陣列。

    據(jù)此我們分析,中國IC設計公司未來5年的研發(fā)重心是數(shù)字消費領域的通用/專用微處理器/嵌入式CPU,以及基于DSP的數(shù)據(jù)通信芯片。網絡、電信、計算機與電視、圖形、語音是第二層次的研發(fā)重心。與此同時,積極向多媒體、協(xié)處理器、高速I/O和高速存儲器等由國外頂級IC設計公司所壟斷的領域邁進。三成的IC設計公司將以ASIC方式為中國整機或系統(tǒng)用戶提供貼近市場需求的全面解決方案。
     

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