IC设计服务：实现芯片定制化的捷径

作为集成电路产业链上重要的一环，IC设计服务是Fabless公司紧密的合作伙伴。IC设计服务供应商拥有复杂芯片设计能力、丰富的IP以及与代工厂良好的合作关系，为Fabless公司提升产品性能、加快产品上市提供了有力保障。与此同时，随着本土方案商(IDH)和系统整机制造商(OEM)逐步成长壮大，他们也开始有了定制化IC的需求。

IC设计服务业在国内出现可以追溯到十年以前，不过当时由于大陆IC设计业刚刚起步以及市场不成熟，国内IC设计服务企业发展非常缓慢。随着摩尔定律的延伸，如今超大规模集成电路设计复杂度正日益增加，设计难度与成本也呈指数倍提高，同时本土IC设计公司成长迅速，并开始进入先进应用领域，涉及到的芯片越来越复杂，对设计服务的需求开始增多。芯片开发包括产品定义、前端电路设计、后端物理实现、制造工艺、封装等多个环节，而且还常常需要组合多种不同功能的IP，使得设计难度进一步加大，然而并不是所有IC设计公司对这些技术都有深入的了解与掌握，此时IC设计服务企业可充分利用自己在设计方面的专长，发挥专业化分工优势，帮助设计企业提升产品的价值。正因为此，最近三年来我们也看到一些新兴设计服务企业迅速成长起来，并在市场上逐渐占据了一席之地。

上市时间是关键

目前的IC越来越复杂，但客户对产品性能、成本以及上市时间的要求并没有因此而降低，这也是设计难度上升的重要原因之一。对于设计服务公司而言，什么是最重要的考量因素呢？我们走访国内多家IC设计服务企业，发现他们普遍将重点放在缩短设计周期、提高产品上市速度上，并以此作为提供设计服务业务的指导思想。

华大国奇科技有限公司总经理谷建余表示，随着工艺越来越先进，从低工艺节点向高工艺节点转变，其设计的复杂程度不能以多付出一两倍工作量来衡量，成本肯定会上升，然而产品如果能在更短周期内进入市场抢占先机就可更早获得回报，因此不再拉长设计周期对成本本身就是一个有效的控制。如何在保证设计效果和质量的前提下，使得设计周期不会拉得更长，是设计服务公司需要提升的重点。“设计服务公司需要拥有一个先进的设计流程才能满足客户这方面的需求。一个先进的设计流程首先要确定它是一定能保证成功的；其次，这个流程在整个工作的效率上要有所提升。只有这样才能在质量和成功为前提下使客户的产品按期或者提前进入市场，获得回报，”他说道。形成一个高度可信赖的设计服务平台是设计服务公司成功的关键点，双方要有更多的了解与更多的理解，使客户在与设计服务公司的合作中产生“找你合作一定成功”的信心。“此外还要有周期、质量、成本保证，这些关键字都是一个设计服务公司成功的因素，并不是靠口头承诺就能得以实现的，而是需要各种经验技术的支持才能完成。”

富士通半导体公司ASIC/COT事业部市场部经理陈博宇也认为，如何有效地保证客户产品上市时间对设计服务公司是最重要的。因为对客户来讲，成本和上市时间是紧密关联的。根据成本和利润曲线规律，一个产品在市场的初始期和成熟期其成本压力和利润空间是完全不同的。“不过对于上市时间，许多客户会简单地认为就是要尽快tapeout，其实这是一种误区，匆忙的tapeout而忽视设计中许多潜在的风险，样片回来不工作，只会适得其反，”他补充道“我们一直强调有质量保证的tapeout理念，这种理念通过两点来实现，一是富士通完善而独道的设计流程和signoff规则，另一个是成熟而经过丰富检查验证的IP库，不管是富士通自己开发的IP还是基于第三方授权的IP。对于这些IP我们不是拿来就用，我们有一个经验非常丰富的IP应用和验证的团队，这个团队会对每一个要提供给ASIC客户的IP做一套完整而苛刻的验证和检查。”

作为领先的IDM厂商，富士通半导体不仅拥有广泛的IC产品线，同时也利用其制造产能提供设计服务业务。据陈博宇介绍，富士通半导体的ASIC/COT事业部作为一个完全独立的业务部门，通过整合自身在半导体工艺技术、关键IP和先进设计方法上的优势，一直在为包含终端消费类应用IC客户和高速网络通信类IC客户提供可靠完整的ASIC解决方案和增值服务。2012年该部门业务同比增长超过30%。

为了达到加快产品上市的目的，IC设计服务公司可谓八仙过海各显神通，利用自身技术特色提供差异化服务满足用户的要求。例如国奇就一直在突出其“一次量产成功”的理念，据称到目前为止该公司100%实现了这一目标。“比如近期有一款数字逻辑规模达到数千万门的智能数字电路SoC，其设计周期之短很有可能破了业界记录，但即使是这么短的设计周期如此大规模的芯片，我们仍有足够的信心保证一次流片完成，”谷建余举例道。

芯原微电子则注重提供设计服务全面解决方案。该公司技术市场和应用工程资深总监汪洋表示：“芯原不是仅仅只提供设计人工的公司，也不只是提供IP而已。我们所着重的，是我们在真正意义上为客户提供全面的芯片解决方案。从芯片设计前后端、封装测试、IP授权及集成、软件系统开发并与硬件整合，甚至到芯片规格定义和架构设计，我们都有优秀的工程师团队及项目管理人员提供专业高效的设计服务。例如我们最近为客户设计的一款复杂SoC，从spec定义、IP选择、IC设计流程、固件开发都全部承担，甚至将其中的关键路径上的存储逻辑作了定向优化。”据他介绍，芯原已建立了若干个SoC/SiP设计方案平台，包括面向多媒体、语音处理、OFDM/LTE通信基带、绿色能源等等，基于这些已成功验证并设计成熟的SoC/SiP平台，该公司能够帮助客户快速定制其所需的相关芯片，降低风险、缩短开发周期并控制好成本。当然，在构建这些芯片设计平台的过程中所积累的核心技术IP、软硬件整体解决方案以及人才和经验的储备等，对成功都将起着重要的作用。

尽管2012年全球半导体市场的低迷使芯原也受到一定影响，但得益于平台化服务策略和多方面设计优势，该公司整体业务稳中有升，并对2013年保持乐观的增长预期，特别是在先进制程的设计代工、LTE 4G 通信技术的演进布局，以及行业应用客户的规模量产等方面。

拥有中芯国际投资背景的灿芯半导体特别强调其与晶圆代工厂的合作关系。2010年中芯国际SMIC入股灿芯，双方形成了坚实的战略合作伙伴，中芯国际为灿芯提供强大的工艺技术支持和流片保证，而灿芯为中芯国际和客户架起了稳固的桥梁，使三方合作更为顺畅有效。“例如我们和多个移动终端芯片厂商在先进工艺上合作，早在2011年就同国内最大的手机芯片供货商合作成功开发40nm芯片，”灿芯半导体市场与销售副总裁徐滔说道。[!--empirenews.page--]

与灿芯类似，富士通半导体ASIC/COT事业部也是依托于该公司自有的先进晶圆厂以及IP积累，帮助客户提供从晶圆代工、IP授权、设计服务以及封装测试等一站式增值设计服务，可将客户的成本、风险、上市时间降至最低。同时也提供适合中国市场的灵活业务模式，确保客户以更高性价比，更满意的服务实现先进的ASIC设计和制造。

国内提供高端嵌入式CPU的苏州国芯目前也有芯片设计服务业务，据该公司市场总监蒋斌博士介绍，苏州国芯面向多种应用领域提供可扩展和可定制的SoC设计平台，平台根据客户要求定制，除了IP授权和SoC设计平台授权，还拓展从不同阶段(系统规格定义、芯片规格定义、逻辑设计、后端设计)开始的定制芯片设计服务，以此形成自身的特色。

和市场上其他设计服务公司不同，IP供应商S2C的特点在于提供一整套基于原型验证的软硬件解决方案，并且能够根据客户的需求提供定制化服务。其国内客户产品主要集中在消费电子SoC设计公司、通信类SoC设计公司以及高等院校及研究所等领域。“我们认为设计服务业在2013年会保持相当不错的增长。其中消费类电子和无线通信领域的IC设计服务会是主要增长点。”该公司董事长陈睦仁说道。

整机企业如何选择IC设计服务提供商？

在过去，IC设计服务企业主要服务于IC设计公司，然而随着部分系统整机制造商(OEM)以及方案商(IDH)逐步成长壮大，他们也开始有了定制化IC的需求。定制化IC一方面可以利用量身定制的芯片实现产品差异化，另一方面还能大大降低产品被竞争对手抄袭的风险。由于IC设计对他们来说是一个相当陌生的专业领域，因此他们也开始寻找设计服务资源，成为设计服务公司的潜在客户。

汪洋表示，IDH和整机制造企业一直是芯原的典型客户群之一，并且最近几年这样的客户需求愈来愈多。有些客户可能只能大概说出需求，连IC Spec都需要设计服务供应商来完成。“所以这部分客户在选择设计服务合作方时要选择有较强系统背景和芯片软硬件整体设计能力的企业，设计服务公司不仅要深入理解其IC定制化的需求何在，而且对整个项目执行过程中出现的问题要能准确反映到芯片使用层面并快速定位。”他说道。

目前苏州国芯的客户约有20%属于这一类型，该公司提供从系统应用需求到芯片的一条龙服务，即可以从芯片设计者的角度和这些客户一起进行系统应用的需求分析、定义芯片、全权负责芯片设计、生产、封装测试等工作，最终给客户提供成熟的量产芯片，包括底层驱动、BSP、固件等，甚至可以提供系统整机的参考应用方案。“因为这部分客户对IC设计并不了解，因此建议在选择设计服务合作伙伴的时候注意以下几个方面的内容，”蒋斌建议道。“首先是公司的设计能力、技术服务质量、一次流片成功率等因素，其次是是否具备类似项目的经验，包括系统；第三看是否拥有多个重要的成熟IP，SoC设计的关键是IP重用，如果公司具有项目所需的成熟IP，就可以降低项目的技术风险和难度。”

对灿芯而言目前这部分客户的比例还不高，不过该公司也十分重视这一类客户的需求，并已在这方面投入相当大的精力，2013年在这部分的投资会超过传统后端设计服务的投资。徐滔认为，系统厂商在选择设计服务伙伴时应特别关注合作伙伴的技术积累和设计人员的团队稳定性，当设计工艺走到0.13um以下时，后端设计的复杂度呈级数增加，所需的投入也很大，包括价格不菲的EDA工具和IP、经验丰富的人才与稳定的研发团队、65nm及40nm昂贵的光罩等等，设计、生产、封装、测试任何一个环节出问题都将导致芯片的失败。所以整机制造企业只有跟一个经验丰富、技术专精的团队来合作，才能使企业没有后顾之忧，奋力开拓市场。

虽然系统整机企业对IC设计并不十分了解，但谷建余并不认为这是一个劣势，因为这部分客户对系统级的应用方案比集成电路企业要熟悉得多，对IC的需求更为专业，对标准和协议的理解以及市场应用方面比IC设计者要清楚，所以他们的关注点更加清晰，这在IC设计当中是至关重要的。他表示：“在选择设计服务合作伙伴时，首先需要关注这个设计服务公司有什么样的设计人员，通过交流知道是不是所需要的，他们有哪些数字、模拟开发经验，对于各种标准接口有什么应用经验以及以往成功的案例；其次，在了解设计服务团队的能力的同时还需要进行案例考察，他们过去所完成案例质量、周期、成功率都是需要关注的；最后，需要关注的是设计服务公司提供的方案包括架构、设计、IP方案是否符合要求，所提供的方案是否从项目本身、从市场适应角度都是最适合的，即满足产品对市场要求又能把成本充分优化。”

针对整机企业涉足芯片定制，来自于风险投资企业高瞻(无锡)企业管理有限公司的投资经理孙海龙提醒道，系统厂商首先要确定自己是否有足够的市场渠道能力，因为定制芯片的成本不低，如果入不敷出就不值得了。他建议第一步先寻找市场上主流的芯片，然后找主流的设计服务公司代工，第三步再考虑降低设计服务的成本。  

中国IC设计企业任重道远

经过十余年的发展，本土IC设计企业不论在数量还是质量上都有了很大的提升，一些企业产品已进入主流市场，并打入国际顶级OEM供应链，在局部领域与海外半导体巨头比肩而立。但是从整体上来讲，本土企业的实力和规模还比较小，另外在先进技术的应用与经验方面与领先企业还有一定的差距。

汪洋认为，目前国内IC设计公司面临的最大困难和挑战主要在几个方面，一是技术和经验不足，尤其是超大规模电路在深亚微米工艺上的设计，例如28nm及往下；第二是缺乏高性能IP，包括高计算能力的处理器以及特定指标的核心IP；第三是设计门槛提高，特别是在获取一些国际高端技术授权时的巨额费用及商业限制；第四是资金链，市场业务情况的波动对资金链带来大的冲击，以致影响企业存亡。他表示，未来一两年芯片设计技术的主要变化趋势体现在：1) SoC复杂度越来越高，巨大规模电路层出不穷；2) 多核成为主流；3) 低功耗设计无处不在，尤其是在无线终端的应用场景下；4) SiP。“芯原在这几个方面都有专业团队负责并在日常开发中强化设计，此外，芯原还致力于针对LTE/LTE-A基带处理的平台设计，以及新的音视频格式的编解码支持。”他说道。
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作为一家跨国企业，富士通半导体面对着全球不同地区的客户。该公司陈博宇表示，相比于海外客户，国内设计公司面临更加残酷的市场竞争，以及对于成本更加敏感的市场。这些厂商的客户群具有挑剔的眼光，对价格成本同样敏感。另外国内设计公司缺乏先进设计上的成功经验、缺乏对于先进工艺制造的了解，而很多原本就缺资金、缺平台、缺资源的本土小型和微型IC厂商的生存空间也令人堪忧。他认为更小的面积、更低的成本和功耗依然是设计厂家未来需要考虑的重要因素，但是还有几点因素也很重要，包括Multi-source IP、混合信号与RF设计、3D设计技术，以及在封装上开始采用的SiP技术等。“富士通半导体一直致力于对先进技术的持续研发，在最先进的工艺节点20nm上也已经有了很多IP积累和方案提供。同时对于面积、功耗、成本等优选方案，可以持续在不同的工艺节点与工艺要求上提供给客户。”

对IC设计服务公司而言，同样面临着技术快速演进与市场竞争的压力。灿芯的徐滔表示，由于客户的要求越来越苛刻，这种情况下设计服务公司必须把握住三点：第一，目标要明确，定位要清楚。作为电子产品的上游企业，IC设计服务厂商只有跟对了终端电子产品的未来趋势，才能走在正确的发展道路上。其次，是高端设计技术经验的积累，电子产品低功耗的要求促使芯片设计者不得不追逐最新的40nm和28nm工艺。最后，提供给客户全面的设计服务也是至关重要的。“灿芯在客户设计的早期就开始参与，并与客户进行充分沟通，从而保证在设计初期就对整个产品有一个全局的把握。更重要的是，我们有一整套严谨的设计流程，该流程从网表开始就进行了严格的质量把关，以保证芯片能够一次流片成功。”

S2C的陈睦仁认为，IC设计服务公司需要不断提高项目管理的能力以及服务的效率和品质，以满足客户的需求。最重要的成功因素是领导层能够很好地把握行业发展趋势，有一个成熟稳定的团队为客户提供高品质的服务。

从投资人的角度来看，设计服务公司核心竞争领域是成功的主要因素。孙海龙表示，从本质上讲，客户选择设计服务一是因为自己做成本太高，二是客户做不了一些特殊规格的产品，但是这些市场一般初期不够大，不足以养活设计服务公司持续成长。因此对设计服务公司来说关键的know-how或者说独特的技术是很重要的，设计服务企业必须避开大公司正在做的领域，专注于自己擅长的部分才能立足。