见证与发现·中国IC设计10年蜕变

 

　　伴随并见证着本土IC设计业的成长历程。回首过往，中国IC设计业经历了风雨艰难，也取得了长足进步;尤其是近几年，产业规模逐步扩大，多家公司成功上市，企业实力不断增强;尽管与国际先进水平相比仍然差距很大，但毕竟走出了关键的几步。

　　经过快速发展的10年，本土企业在技术产品、市场应用以及商业化方面取得了哪些突破?还面临哪些关键挑战?今年6月，本刊展开第10届“中国IC设计公司调查”活动，基于今年的调查结果并与本刊历年调查数据进行分析比较，我们梳理出过去10年中国IC设计企业在研发水平、设计挑战、产品应用、运营情况以及产业链合作等方面发生的变化，归纳出六大发现，本文将对这些发现和变化进行深入分析，解读中国IC设计企业的发展现状及未来走向。

　　发现一：本土设计业发展迅速，企业规模仍偏小

　　近几年，中国IC设计业在内需市场的持续拉动下发展迅速，成为中国集成电路产业中发展最快的环节。2010年，全球集成电路市场触底反弹，iPad等新兴电子产品的问世刺激平板类消费终端产品市场快速增长，大幅拉动相关IC器件需求。过去的一年，中国IC设计业紧跟市场趋势，取得不小的进展，部分本土IC产品已成功进入国际整机大厂的设计链中。

　　行业数据显示，2010年有10家IC设计企业年销售额突破1亿美元，而10年前只有4家突破1亿元人民币，2010年，中国IC设计业实现销售额354.6亿元，同比增长31.4%。本刊今年的调查结果显示，13%的回复者公司突破1亿美元，但仍有74%的回复者公司年销售额低于5千万美元;此外，在企业规模方面，5成以上的公司雇员总数少于100人，显示出本土设计企业规模普遍较小，但平均设计工程师人数达到102人，研发力量有所增强。

　　发现二：设计水平不断提升

　　本土IC设计水平在10年间获得了快速提升，2000年以0.8~1.5μm为主，本刊今年调查数据显示，34%的回复者公司在数字IC设计中采用90nm及以下工艺技术，其中，14%的回复者采用65nm;9%采用45nm及以下工艺设计。

　　目前，中国本土芯片主流量产工艺达到0.13μm和0.18μm，一些公司采用90nm工艺，部分公司设计能力达到65nm工艺水平，少数领军企业已经具备45/40nm设计能力。与此同时，本土公司在选择工艺技术时更加务实，不会盲目追求先进工艺。从产品的集成度来看，目前本土IC设计企业普遍具备100万门规模以上的设计能力，今年调查数据显示，13%的回复公司ASIC设计规模超过1千万门，比上年提高5个百分点。

　　在IC设计类型方面，ASIC设计和SoC设计是本土公司的主要设计类型，回顾过去十年，变化最大的是SoC设计增长迅速，今年调查显示，有51%的回复者公司从事SoC设计，比十年前数据增长了20%。此外，全系统设计服务成为本土IC设计公司的主流业务，他们不仅要提供芯片产品，更要能够准确把握整机用户需求，提供系统级解决方案。

　　发现三：IP需求攀升，验证环节至关重要

　　SoC已成为本土IC设计公司的研发重点，除了基于逻辑综合的ASIC设计方法，本土企业更倾向于采用基于IP的平台化SoC方法进行设计。越来越多公司选择可配置IP作为其SoC设计链的一部分，以提高产出能力。随着芯片设计采用更先进的工艺技术，芯片规模越来越大，对IP的需求快速攀升。

　　目前IP核来源渠道日益多元化，如何集成和验证IP，尤其是验证IP的质量，成为大规模SoC设计中的关键性问题。如果IP的性能没有达到规范上的指标，就会影响整个SoC的性能，导致重新设计，从而造成巨大损失。针对这种状况，有专家建议，产业界需要重点解决几个问题：其一，指定晶圆代工厂如何验证IP，了解它的可靠性;其二，充分了解IP质量;其三，复杂IP的选型评估。此外，对IP以及IP供应商的了解都需要经验;而将不同IP整合到一颗SoC上也是本土IC设计公司经常碰到的问题。

　　发现四：低功耗设计挑战加剧

　　3C产品是目前中国IC市场增长的主要推动力，而这些产品具有集成多种功能、低功耗、生命周期短以及小尺寸等特点，为这类产品中的芯片设计提出更高要求，增加了芯片的设计复杂度。随着越来越多的公司进入SoC设计领域，缩短设计周期和降低设计成本成为他们面临的最大挑战。

　　本刊近几年的调查结果也体现出这种趋势，上述两项一直是本土IC设计公司所面临的最主要的挑战。今年调查还发现，低功耗设计跃升为第二大设计挑战。我们分析，主要是由于便携式产品的广泛应用对IC的低功耗设计提出了更高的要求。在90nm节点上，功率管理开始成为一个重要的考虑因素;进入65nm及以下工艺芯片设计时，由于漏电流问题和功耗成为突出问题，必须采用低功耗设计技术。

　　ITRS(国际半导体技术路线图)公布了一项研究结果表明，在65nm节点上，动态功耗密度和泄漏功耗将分别增加1.43倍和2.5倍。在45nm节点上，ITRS预计动态功耗和泄漏功耗密度将分别增加2倍和6.5倍。实际上，对采用高速65nm工艺的设计来说，一半功率损失在泄漏上;在45nm节点上，IC将有多达 60%的功率损失在泄漏电流上。

　　发现五：本土代工成主流，设计与工艺需紧密结合

　　近些年，随着中国大陆代工厂不断发展，工艺水平逐步覆盖了低端的1.5~0.5μm到高端的0.25~0.13μm，并向更先进工艺迈进，越来越多的中国IC设计公司转回本土寻求代工支持，以进一步降低生产成本。

　　本刊连续几年的调查都显示，有超过8成的公司选择位于中国大陆的晶圆代工伙伴。但同时我们也发现，本土代工服务能力的不足也在制约着设计业的发展。尤其在高端工艺和特色工艺方面，本土代工能力还很弱，因此一些领先设计企业不得不寻求境外代工。

　　此外，随着工艺不断进步，中国IC设计公司从设计到量产都要面临更大的技术挑战和风险。随着更多的IDM转向轻晶圆或无晶圆模式，他们的委外代工趋势更加明显，将会造成整体产能紧张，这势必影响到规模尚小的中国本土设计企业的代工需求。为应对挑战，缓解供需矛盾，本土IC设计企业需要与代工厂紧密结合，加大合作力度。有专家建议，一方面，IC设计企业要增强设计与工艺的结合度，主动帮助代工厂开发工艺、完善工艺;另一方面，代工厂的工艺也要不断进步，并加快完善IP核及设计开发环境。

　　发现六：高端IC比例增加，产品应用升级

　　2010年，电子整机产品市场的大幅增长带动集成电路市场快速增长。新兴电子产品的出现对IC需求也产生了很大的拉动作用。本刊今年的调查显示，手机、平板电脑、机顶盒成为本土消费类IC的主要应用领域，其他IC应用主要面向汽车电子、工业和医疗电子等领域。从市场应用结构来看，2010年，汽车电子依然是中国集成电路应用市场发展最快的领域，从而带动了相关芯片设计增长。

　　纵观近几年的调查数据，我们发现，变化最大的是医疗电子，2002年时仅有4%的本土IC用于医疗电子，而近两年调查显示医疗电子比例均占到20%。从产品种类看，本土IC产品主要集中在应用处理器、接口IC、电源IC等方面，本土设计企业在CPU、存储器、FPGA等高端通用产品上的研发水平仍较弱。今年调查显示，本土高端IC产品比例有所增加，在移动通信、数字电视、电子支付等领域已有所进展。除去传统的3C领域，新兴行业对本土IC设计公司的吸引力显著上升，包括能源电力、照明显示、工控安防、医疗电子、汽车电子、国防航空及测试设备。在低碳节能的大趋势下，新能源汽车、智能电网、LED照明、太阳能、风能等新兴行业对相关芯片、功率器件需求日增，并将在相当一段时期内保持增长态势。此外，未来几年，移动互联网终端应用仍是众多本土IC公司的产品研发方向。

　　综上所述，目前中国IC设计业具有以下特点：企业规模仍然偏小;设计能力有待提升;高端产品研发能力不足，产品仍以中低端为主，但在消费电子、通信等领域已经崭露头角，并取得较大进展。