竞争力——IC设计产业策略与观察

国家863集成电路设计专家组组长、中国半导体行业协会副理事长 严晓浪

      （本摘要是根据国家863集成电路设计专家组组长，中国半导体行业协会副理事长严晓浪教授在2004年中国通信集成电路技术与应用研讨会上的主题报告录音记录整理而成。标题是在整理时加的。未经本人审阅。）

      这次会议是集成电路技术与应用的研讨会。我想主要谈一谈产业方面的问题。863计划在过去几年，部署建设了7个产业化基地，随后又部署了15个人才培养教育基地，重点抓了发展CPU和SOC中几项具有重要战略意义的关键项目，这一切都是为了提高我国集成电路设计产业的竞争力，促进我国集成电路设计产业向高端发展。今天将就如何提高我国集成电路设计产业竞争能力问题，谈一谈自己的观察与思考。

    一、机遇与挑战

      世界的半导体市场在2000年进入低靡时期，目前正在向缓慢发展阶段转变。在这个时期中国的市场表现最为出色。中国的集成电路市场从1999年到2003年以平均每年增长39.4%的惊人速度发展，去年更超过了40%，成为世界经济的令人鼓舞的亮点。这是十分难得的。另外从集成电路产品结构来看，由于产业升级导致市场需求结构向高端转变，从而带动了整体市场规模的进一步扩大。今年前三个季度我国信息产业的增长率都在40%以上。需求不断增长的市场环境正在成为推动我国集成电路产业发展，推动集成电路产品结构向高端转变的强大动力。

图1 中国集成电路市场规模不断增长

图2 2003年中国集成电路市场结构分析和变化趋势

    从图2可以看出，通用CPU，嵌入式CPU，以及DRAM与快闪存储器等高端产品的增长幅度都比较大。而我国自己开发的集成电路产品，却大量集中在中，低端的产品方面。这既是对我们的挑战，也是赋予我们的发展机遇。863专项，电子发展基金的目的也都在于推动我国的设计产品向高端转移。

    从1995年开始，系统级芯片SOC逐渐线路显现出它的优势。从全球市场发展趋势来看，SOC在集成电路市场中所占比例正在稳步增长，到2007年将接近四分之一。SOC的增长速度也一直高于集成电路平均增长速度。参看图3和图4。

    SOC的应用市场，通信与消费类产品稳居前两位，随后依次为数据处理，和汽车电子。因此，如何根据市场的需求，从应用出发，推导出集成电路产品的设计规格，确定设计要求是我们需要解决的重要问题。

图3 SOC在集成电路市场中所占比例稳步增长

图4 SOC市场分析

    在我国集成电路设计产业十来年的发展历史中，近几年的增长幅度是最大的，预计在未来四年年均增长幅度将继续保持较大的增幅，大约可以保持在70%以上。参看表1。因此研究如何发挥后发优势迅速发展，是我们所需要解决的重要课题。

表1 中国集成电路设计业增长幅度

    但是在全球的IC设计产业中，我国仍然处于比较弱小的地位，远远地落后于美国，欧洲。与迅猛发展的我国大陆信息产业市场相比，有很大的发展空间。与我国台湾相比，尽管发展速度有所超过，但是不论在规模上，或者是在竞争能力水平上都有很大的差距。参看图5与图6。

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图5 大陆与台湾Fabless占全球Fabless的营收比例

图6  全球IC设计产业概况

    图6展现的是全球IC设计业的发展概况。美国开始最早，大约起源于上世纪80年代初，特点是创新能力非常强，CDMA，FPGA，图像处理芯片，通信芯片等创新性强的产品大多创始于美国。技术水平高，公司规模大。总营业额约占全球的60%。其次为我国台湾，自80年代后期开始，以Foundry建设作为集成电路的突破口，带动IC设计业的发展。现在两家代工公司的营业额占全球的70%以上。IC设计的总营业额约占全球的20%。与美国两家加起来，占去了总设计营业额的80%以上。我国台湾设计业的特点是快速追踪，跟进；在设计与加工方面都能快速，低成本占领市场；在PC的芯片组，消费类产品上占优势。

    欧洲起步于90年代中期，具有很好的创新精神，不可忽视。欧洲的‘量’虽不大，但并不影响它的“质”。它在通信，和IP模块方面居领先地位。例如英国的ARM公司是全球最大的CPU IP模块设计开发公司，用户遍布全球。

    我国大陆近两年增长很快，现已超过450余家。过去主要面向国内市场，以中、低档产品为主，消费类产品居多，最近在产品水平上有所突破，例如，中星微的星光系列；成都的南山之桥；特别是大唐的COMIP平台等都是市场定位非常好，具有较好竞争力，能够与世界一流产品抗衡的产品，但是数量还不算多。从营业额来看，在全球所占份额也比较低，与国内大陆的市场相比很不相称。

    根据预测，Foundry在IC制造中的分量从长期观察将继续日益显示出其重要性。在制造业中，2002年IDM公司与专业foundry营业额的比例为84比16；而到8年以后的2010年，比例将发展为68比32。预计在此期间，IC制造业的增长率为10%，而专业Foundry的增长率将快一倍为20%。近几年我国涌现出了一批颇具竞争力的专业Foundry。这无疑将会进一步促进我国设计业的发展。

    二、IC设计产品的竞争能力

    后PC时代→嵌入式系统→IC设计 + 软件

    目前信息产业已经进入后PC时代。呼唤着嵌入式系统的应用。我们需要充分认识嵌入式系统的特点，抓住这个机会。

    嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业，充满了竞争，机遇与创新，没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。

    嵌入式系统是面向拥护，面向产品，面向应用的，针对用户的具体需求，对芯片配置进行裁剪和添加才能达到理想的性能。

    嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有所不同。

    此外，嵌入式系统本身不具备自举开发能力，必须有一套开发工具和环境才能进行。

    SOC时代

    而从集成电路产业来观察，也进入了以SOC作为主流产品的时代。SOC的特点是必须包括CPU，DSP，模拟电路，IP（I/O），系统软件，应用软件，片内通信总线在内。

    SOC是由应用，算法，结构，模拟等来定义的。在SOC中融入了许许多多系统方面，算法方面的专有技术知识。因此有人说，在SOC中，“S”比“C”更重要，系统知识比芯片设计更重要。

    影响IC设计产品竞争力的因素

    任何产业，只有最早的领先切入者，尤其是能够提供具有技术差异化，以及别具一格特色的公司，才能创造出较高的价值。如果从IC产品的特点来观察，IC设计如图7所示，具有成本，上市时间，和产品独有的差异化特点等方面的内涵。成本包括设计成本，制造成本和支持服务成本等。上市时间则应包括被市场接受，采纳的时间，和生产达到一定规模的时间等。

图7 影响IC设计产品竞争力的因素

    对于一个IC产品，尤其是对于一个跟踪而上的产品，其成本与应市时间是十分重要的竞争力，往往能够决定是否能够进入，或者占领市场。但是这样的竞争力所导致占领市场的时间比较短，获得利润也比较低。

    产品的差异化，就是在设计IC时根据市场的需求，对于产品的定义，确定产品在市场的定位，确定产品的功能要求，性能指标，功率消耗水平，外形尺寸大小，以及价格等等，产品差异化所赋予产品的竞争力，往往对于产品有决定性的影响。

    我国信息技术领域与国外最大的差距是在应用开发方面，我们应该十分重视从应用中发现科学技术问题，以需求带动科研，以应用带动其它核心技术的突破。无论科研，开发或者是产业规划都应仅仅围绕市场需求的目标。

    在某种意义上讲，所谓核心技术并不是由专家凭空想像出来的，而是从应用中得出来的。我们所要实现的跨越，也决不能跟在别人的后面，在别人的领地上实现的，要实现跨越式的发展，只能根据应用，根据市场的实际需求才能够实现的。[!--empirenews.page--]

    三、创新

    温家宝总理今年5月24日，在视察上海集成电路设计产业化基地时，指出：

    “1. 集成电路最重要的是两大因素：一个叫市场，一个叫人才。中国市场广大，人才济济。中国集成电路发展前途非常宽广。

    2. 集成电路产业化基地为集成电路的发展，高科技的发展提供了一个技术服务平台，这个平台既是研发的平台，又是孵化器的平台；这个平台提供的是整合资源和公共服务，可以充分集中和利用公用资源。

    3. 集成电路的发展前景，它的竞争力，它的潜力，它的创造力都表现在知识产权上，就是表现在人的头脑当中，这就需要创新。”

    温总理对集成电路产业所提出的市场、人才、环境与创新“四大要素”是我们今后工作的重要指针。

    参加WTO以后，我国遇到的知识产权纠纷不断增多。在处理这类纠纷时我们应该正确对待。根据过去发达国家的经验，对专利，对待知识产权的保护，是有利于鼓励创新与发明创造的，这正是我们所需要提倡的。

    IP核的知识产权保护问题

    我国集成电路设计业发展的主要瓶颈之一是知识产权（IP）问题。对于IP和的开发，存在低水平的重复开发。而中高档的IP核开发成本昂贵，价格也不低。例如ARM7 32位-Risc-CPU，使用许可费就高达25~40万美元。IP核的商品化，和正常流通，对于促进SOC的开发是很必要的。但是目前我国的IP核市场还不规范，相关行业的法规与制度也不够健全。这无论对于IP核的开发与流通都不是很有利的。

    国外IP核的商业模式已经成熟，作为以知识形态出现的特殊产品，IP核的获利方式主要有以下三种：

    一是通过支付授权费(Licence fee)方式。这类交易是通过一次性支付一笔单次或多次授权使用费，从而获得在一种或多种设计中应用IP核的权利。

    二是通过专利费（Royalty）方式。这类交易是通过先支付一笔“一次性工程费用”（NRE），再在集成了IP核的芯片流片量产时，按照片数交付一定的专利费（Royalty）而获得IP核的使用权。

    三是通过收取服务/维护费用。因为用户在获得某种IP核后，可能在一年内需要针对特定的IP核工艺参数做某种修改，这可以通过预先购买相关的服务/维护来实现。这一点对于我们来说特别需要强调。不能认为做完IP核就“万事大吉”，可以不管了，还需要进行维护与服务。而且工作量还不小；与此同时当然也应收取一定的服务/维护费用。

    在这方面，我们应该采用能够与国际接轨的交易方式。

    创新的中间环节（技术转移）更是我国的软肋

    由于我国科研人才较少，科研实力比较弱小，科研投入还不够多，因此缺少原始创新和自主核心技术。这是我国与国外先进国家与地区的明显差距，已经引起各界广泛的重视。但是对于比较稀少的一点创新成果，由于缺乏比较健全的技术转移机制，在向生产，向商品化转移过程中，也是困难重重。对于这一严重问题，比较起来尚未引起足够的重视。

    应该认识到，科研成果在向生产，向商品化转移时，所需要花费的人力资源，所需要的投入与科研开发相比，要大得多，也困难艰巨得多。这一点，在国外早已成为共识。但是在我国还需要加深认识。我国技术转移机制不健全而且投入太少，工程化，产品化能力薄弱，中间环节是我国产业链上做薄弱的环节。我本人作为一名大学教师，又是863项目的负责人之一，深深地感到这个问题的严重性。这个问题，小平同志，朱熔基总理都曾经指出过。

    根据洛桑研究所的统计结果：我国企业获得大学与科研机构技术的机会与能力在所有被评比的国家中，排列在倒数第二位。可以充分说明我国技术转移的严重落后情况。

    从图8的“微笑”曲线，可以看出，在从研发向制造，市场转移时，缺乏一个环节，就不能圆满成功，因而“笑”不起来。

图8  “微笑”曲线

    “初创公司”在创新中的作用

    一般地说，实力雄厚的大公司在研究开发中起的作用十分巨大。是创新工程中不可忽视的力量。在技术的发展过程中，大多数时间是沿着原有技术的发展路线，发展方向做深入的研究开发。这时在确定开发项目时，不大可能引发争论。这时大公司由于实力强，具有比较大的优势。但是，技术发展有时是处于十字路口，进一步发展可能是对原有技术的否定。尤其是对于一些所谓的破坏性技术（Destructive technique）的出现，这时在大公司就很可能发生争论，甚至受到压制。一些初创的公司将起到不可代替的作用。

    美国经济得以成功，美国企业的创新能力强，在很大程度上要归功于大批初创公司的崛起。美国人的思维方式是尽可能多地开辟新的技术领域，开辟诸如生物技术，微电子和软件开发之类的新行业。在美国，一家初创的公司通常是因一家企业，一所大学或一个政府实验室中某一个人或者某一小组人的想法而创立的。他们可能已认识到一项新的研究成果可以形成和满足一种新的商业需要，或者可能发现一种能把现有技术用于新事业的途径和模式。显然，这种思维方式无论从高度或广度上看都是值得学习和借鉴的。[!--empirenews.page--]

    四、产业的竞争力在企业，企业应该成为研究开发的主力

    IC设计企业的竞争力

    IC设计企业是以设计应用产品为主，而主流产品经常在变，设计企业若无法在每一次市场转变中，重新建立自己的核心竞争力，很快就回被淘汰。设计企业必须仅仅地把握住时代的变化。90年代，是与PC相关的，因此PC芯片集是主要产品。现在IC设计已经进入后PC时代，将由通信与信息家电（IA）取代。IC设计也需要把握住这个变化。其次，在SOC时代，设计基础趋同。设计平台，架构，所能采用的IP大体相同。但是，IC产品要想能够具有竞争力，必须实现差异化才能占领市场。就是说，需要根据市场需求，市场产品竞争情况，在性能，功能，外形尺寸，价格，功率消耗等方面，正确地对所设计的产品进行定义。

    毛利是IC设计企业竞争力的重要表现形式。美国公司在40%以上，台湾公司也在30~40%。我国大陆目前设计企业的毛利还是比较低。主要设计的是成熟期的产品，通常毛利不会太高，产量比较大，这也是大部分人不想做的部分。

    IC设计企业是研发密集型产业。研发密集型产业的毛利率与市场切入点的选择很有关系。图9所示是产品的S曲线。S曲线是一个产品的生命线。因为技术与市场的形成需要经历很长的一段时间，而且产品都在不断地更新换代。

图9 产品寿命期的S曲线

    研发时选择的切入点太早，可能花费的费用太高，可能钱花光了，市场还未形成。产品做得太晚，市场已经进入成熟（衰退）期，利润率很低。

    如上所述，企业如果要想保持住自己的核心竞争力，就需要发挥创新精神，不断地开发并推出具有竞争力的新产品。也就是需要具有创新，发明精神。

    美国英特尔公司前执行长（CEO）葛洛夫说。企业竞争力的关键因素是：

    ● 创新（Innovation）

    ● 发明 (Invention)

    ● 执行 (Execution)

    他又说：“执行长的任务是：适调与执行。产业变化速度很快，很难预知，必须根据环境变化做适调，在加上准确的执行。最后，还要不怕风险。To avoid risk is the biggest risk (总想躲避风险，实际上是最大的风险)”。

    因此企业必须具有研究开发的实力。如果企业具有研发基础，即使外在环境在变，本身的适应能力强，比竞争者具备更强的资源和创新能力。但是企业的研发也有风险，那是因为：IC设计研发很花钱！有时可能化了钱也做不出来！！即使做出来了有时也不见得卖得掉！！！所以，需要将企业的市场行为和积极性，和政府的意志结合起来，共同努力。即由企业界根据市场分析提出前瞻性的研究开发计划，政府择优考虑支持。

    经过10余年的发展，我国的企业也在逐步壮大，也都具备了一定的研究开发实力。因此在这里，我呼吁企业界能够积极地提出前瞻性的研究开发计划，863计划项目将择优进行考核，赞助。

    但是为了保证企业的开发能够成功，设计公司除了需要具备一定的实力以外，还需要注意讲究开发的战略，策略。

    五、IC设计企业的成功要素

    分析产业的竞争力有两方面：

    ● 静态（资源论）：主要分析人才，资金和政策环境；

    ● 动态（竞争论：）主要分析产业结构与核心竞争力。

    产业的竞争力在企业；企业的竞争力在产品；产品的竞争力在技术实力；技术实力在人才。而真正的品牌则是人才，技术实力，产业结构，核心竞争力，资金的综合表现。真正的品牌，例如IBM，三星，HP，英特儿等等，其背后都有很强的技术后盾。目前我们的设计企业还没有很强的品牌。

    首先，企业一定要持续不断地推出新产品。这时需要强调的是：在产品开发过程中必须加强对开发流程的管理。这对大部分技术出身的IC设计公司尤为重要。公司的最大的使命是把产品做出来，把技术产品化，商品化，为市场所接受。主管要有足够的产品管理能力，有的公司技术很好，但商品化过程中缺乏临门一脚的能力，功亏一篑。IC产业国际化程度很高，产品管理的复杂度也高，竞争与挑战十分激烈。尤其需要注意管理。这对于我国当前的设计企业来说，特别需要强调。因为我国大陆的设计企业的领导成员，大都是从技术出身的。往往疏于管理，缺乏管理的能力与经验。有时往往在思想上就不重视管理，甚至看不起管理。而香港，与台湾的企业管理能力则比我们强，值得我们学习。

    其次，市场争夺十分激烈。科技发展一直是由科技推动和市场拉动两项因素交互作用的。产品必须接受使用者的评价。除了需要具备比较强的实力以外，还需要根据竞争双方的情况对比，采取正确的战略与策略，才能致胜。

    在世界的战争历史上也有不少由于采取了正确的战略，以弱胜强的例子。例如中国春秋时的孙膑赛马的故事。以上马对对方的下马。即集中投入，以较优异的人才和技术领先别人，形成局部的具有自己特点的竞争优势。[!--empirenews.page--]

    在企业的发展中还需要辩证法，避免一点论。

    例如如何处理聚焦（focus）与成长（growth）；收缩（narrow the scope）与扩充（create the expansion）。因为有聚焦才会有成长，有收缩才能创造扩充。例如英特尔公司在80年代，DRAM开始被日本赶上时，被迫退出主要产品DRAM市场，集中精力于CPU，终于反败为胜。到了Internet时代，又重新定位自己，不再让CPU部门独大，而将事业部扩大到5个，即CPU，Internet, Communication, IA， Linux应用等，都是根据情况作出的正确决定。

    六、小结

    总之。为了促进我国集成电路设计产业的发展，为了推动SOC产品的发展，需要在以下4方面加强工作：

    ● 吸引整机系统人员参与，对在整机企业中从事IC开发的给予特殊鼓励。这一方面是与应用，市场结合，另一方面可以解决System/IC Design之间的Gap。

    ● 设计业已经步入IP模快的年代。IP开发，搜索，集成与服务是当前设计业发展的瓶颈，应特别支持以IP开发，搜索，集成与服务为目的的公司或实体。

    ● 与之联系的是加强与Foundry结合，建立可流通的单元库与IP库。

    ● 人才始终是第一为的。一是花力气培养，整合现有教育资源。二是要趁世界产业重组和技术转移的时机，团队式的引进真正的人才。人才应该包括管理人才，市场开拓人才。

    国家的发展，呼唤着自主知识产权的信息产业；存在的差距，带来了严峻的挑战；近年来的积聚，已经形成了前进的基础；技术的发展，创造了大量新的机遇。在国家和社会的重视和支持下，根据国际国内信息产业发展的动态，把握机遇，锁定有限目标，有所侧重，强调面向应用的技术创新，形成中国信息产业的鲜明特色。我们必将在不远的将来，看到我国具有自主竞争力的信息产业以世人瞩目的实力，屹立在世界的东方。