CTIMES- 擁抱電子產業新現實 :DC

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擁抱電子產業新現實

第二屆電子高峰會實況報導

【作者：歐敏銓】 2004年03月05日星期五

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由Globalpress舉辦的電子產業高峰會（Electronics Summit）在今年進入第二屆，本屆的陣容更為堅強，全球有超過六十位來自歐、美、亞三大洲的電子產業專業記者出席，與Intel、TI、Xilinx、UMC等四十多家領導性或新創公司的高階主管齊聚一堂，共同研討全球電子產業的現況與未來。

在歷經近三十年來最低糜的一次大衰退後，電子產業雖然也受到不小的衝擊，但由於這個產業的特色本來就是動盪起伏的，成功的業者早已學會分散風險，而挾技術、創意而起的新創公司，仍是前仆後繼的出現，對於電子產業前景的信心絲毫未減。然而，這股衝勁必須要用對方向，今年高峰會的主題設定為「擁抱新現實」（Embrace New Reality），正是希望仔細審視電子產業的下一步。

《圖一　愈高階製程耗電性不降反升》

DC引領經濟復甦

目前的大環境是如何呢？在會期中，多位科技大廠的領導人都明確地指出：「數位化消費性電子（Digital Consumer；DC）是這一波經濟復甦的主要驅動力。」其中Sony顧問Makimoto更將這由DC引發的成長契機視為是繼PC之後的「第二次數位革命」，請參考(表一)。

產業革命	類比革命	第一次數位革命	第二次數位革命
市場動力	AV	PC	Digital Consumer
關鍵零組件	MCU Bipolar IC	MPU DRAM	Soc&Sip Flash
社會衝擊	個人娛樂同步新聞傳播	尺寸下降 Dog Year	漫遊式生活模式潔淨環境
領導者	日本	美國	Who?

《圖三　Sony顧問Makimoto表示，DC引發的成長契機視為是繼PC之後的「第二次數位革命」。》

《圖六　Chartered公司全球市場行銷副總裁Kevin Meyer》

《圖八　應材(Applied)前端產品副總裁Randhir Thakur》

在電腦業市場需求持平，通訊骨幹業衰退的今日，消費性電子業（Consumer Electronics；CE）中多項產品的高成長表現，確實是令人注目的。全球年產量達五億支的手機無疑是目前最熱門的電子設備，其他如數位相機（DSC）、DVD、數位電視（DTV）、遊戲機，或數位錄影機（DVR）等產品，無一不是在近年內持續創下15%到30%的市場成長佳績，而且成長力道只升不挫。

這些產品能創造如此強勁的市場需求，主要來自於四大原因，一是由類比轉數位的相關技術逐漸成熟，如數位相機取代傳統相機，和數位電視取代類比電視等；二是新技術取代舊技術，如DVD取代CD；三是應用功能的整合，如相機手機的出現；四是因為網路互動模式而興起的新應用與新需求，如網路遊戲、音樂下載等等。

以上四大原因中，最具影響力的模式當屬「網路的興起」，它為資訊科技（IT）產業開啟了無限的可能。而在當前最值得關注的應用，則環繞在「打造一個『網路多媒體』能通暢、便利的互動式環境」這個主題上，它涵蓋了當前的各種熱門DC：數位電視與網路遊戲不用說，手機上的MMS，甚至是接收Wireless TV，無一不是期待達成這樣的願景。在此需求下，頻寬自然是愈高愈好，而且最好是以無線的方式來溝通。

這樣的需求，和上一波領導IT產業成長的PC顯然有很大的不同。DC要求的是更高的可攜性（Portability）與個性化（Personalization）的設計，因此和流行飾品差異不大，不但要炫，而且要便宜。這也使得走向數位化的消費性電子產品的生命週期大幅縮短，從原來的三至五年，縮至約只有一年的熱門期，也就是一旦被市場接受了，它的需求量會一下子衝到高點，但隔不了太久就會被其他產品替代掉了。

反應在DC產品設計的現象則是：尺寸愈小愈好、耗電愈少愈好、成本愈低愈好、設計的時程則是愈短愈好，但功能與效能呢，當然是要愈多樣、愈強大愈好。這些條件要列舉出來並不難，但要找出一個能通通都滿足的設計方法，那就是電子業界今日面對的最大挑戰了。

電子產業新設計挑戰

要達到DC產品的設計需求，不外乎從三個面向下手：一是往更高階的製程發展；二是改進設計方法學（Methodology）；三是調整產業合作、互動的模式。這三個面向的解決途徑在產業界已談了許久，包括90nm製程、SoC/SiP、ASIC vs. FPGA，和IP、晶圓代工模式等，這些也是此次會議中探討的主要議題。

高階製程門檻高

「90nm製程的可行性」在去年的會議中還是一個難題，但在短短的一年當中，包括台積電、聯電與數家IDM大廠都已先後宣稱可以開始生產了。然而關於記者關切的商業化實際情況，如目前的良率、採用的廠商與產品，以及預估未來產能利用率的成長情況等，業者的回答口徑則相當一致，都表示還不清楚，還需要一些時間才能掌握情況。

朝更高階製程發展可說是電子產業長期以來的驅動力，猶如一條不歸路，與會的領導廠商包括IBM、TI及UMC等甚至表明已開始投資研發65nm的技術。集積度的增加意味著在更小的尺寸中能放入更多的電晶體，而這正能滿足DC產品的「輕薄短小」訴求。

但隨著集積度的提升，晶圓業者要克服的製程瓶項也愈高，從台灣親赴美國發表演說的聯電執行長胡國強即指出，90nm與更高製程讓他們得面對許多全新的挑戰，如訊號完整性（signal integrity）、時序收斂（timing closure）等問題；而更高的光罩成本形成IC設計業者的極高門檻，目前90nm光罩成本會比130nm高出一倍，預料65nm又會比90nm再高出一倍；再加上要在極小的尺寸中規劃上千萬、億萬閘的電路設計，其複雜度與今日的設計不可同日而語，因此，雖然90nm製程的生產技術可行，但卻不代表它能很快被市場接受。

Makimoto則指出往更高集積度製程發展的一個負面因素，也就是耗電性的問題。一直以來，隨著集積度的增加，訊號傳遞距離也縮短，這也促成晶片耗電的持續下降，但是Makimoto表示，這個耗電優勢將在90nm時達到最低，至於在集積度更高的65nm及45nm製程中，洩漏電流（leakage current）將成為影響耗電的主要因素，集積度愈高，洩漏電流的問題也就愈嚴重，將造成耗電性不降反升，請參考(圖一)。

因此，要促使IC設計業者選擇採用最先進的製程，顯然需要有極大的市場誘因與資本條件；此外，設計方法的改善與設計工具的輔助，則有助於降低業者進入的門檻。

系統級設計需求因產品而異

除了尺寸與耗電的需求外，將更多的功能放入一顆晶片（SoC）或一個封裝模組（SiP）當中，已是當前晶片設計上的主流趨勢。SoC/SiP在業界已經談很多了，可以說是互補的方案，至於該選擇何種作法，則有賴業者自己條列出產品需求清單來一一比較兩種方案的成本效益、設計時程等優缺點，才能得到最明智的選擇，結果顯然是因人而異的。

胡國強指出，今日在SoC晶片設計流程上仍存在一些瓶頸，例如欠缺一套以「迴路式行為等級合成器（cycle-based behavior level synthesizer）」；因為IR drop、cross-talk、時脈合成（clock synthesis）等因素，使得時序終結（timing closure）的工作變得相當費時；此外，在可測試性製造（Design for Manufacturability；DFM）上，開發光罩的光學逼近糾正法（Optical & Process correction；OPC）也得從模組式（model-based）的方法改變到規則式（rule-based）的方法上才行。

其實SoC/SiP算是概念上的名詞，真要談到生產方法，還是得回歸到ASIC、FPGA或高階封裝的途徑上頭，而ASIC與FPGA的對照比較也是這次會議中探討最多的議題。

ASIC與FPGA互補又競爭

在縮短進入市場時程（Time to market）及降低設計成本的壓力下，可程式邏輯元（PLD）的在晶片設計案的前、後期重要性階大幅提昇，Gartner研究副總裁Bryan Lewis就指出，FPGA會是新設計案的初期階段（design starts）的主導性方案，而其中嵌入處理器核心（processor core）的FPGA更可望穩定成長，預估十年後將有三分之一以上的FPGA設計案是採用有處理器核心的FPGA。

然而ASIC在量產型市場的重要性並未降低，仍然是廠商實際獲利必須選擇的途徑。但ASIC在高階製程上的昂貴生產成本卻讓客戶退縮，因此Bryan指出，以平台方式來提供更高彈性、更低成本的ASIC服務，將是ASIC業者必須調整的方向。Bryan表示，目前介於ASIC與FPGA間的代替性平台方案，在ASIC方面有Array-Based Platform、Cell-Based With PLD Core、Cell-Based Platform，在FPGA方面則有嵌入硬體核心的FPGA平台與嵌入軟體核心的 FPGA平台，這些平台方案在效能、尺寸、成本、設計時程與單位體積的最佳化上各有優缺點，但Gartner對它們的成長潛力相當看好，其中ASIC平台方案預估到了2007年時，每年會有一千家以上的新設計案選擇此方式開始設計產品。

	Array-Based Platform	Cell-Based With PLD Core	Cell-Based Platform	FPGA Platform
效能	中/高	中/高	高	中
裸晶尺寸	中	中	小	大
設計成本	中	中	高	低
設計時程	中	中	長	短
單位體積最佳化	中	中/高	高	低/中

晶圓代工業轉型為複合式IDM

不論是談SoC/SiP或ASIC、FPGA，在系統層級的設計要求下，設計者得掌握系統效能、製程技術、IP整合、封裝需求等從上而下許許多多因素，因此誠如聯電執行長胡國強所說的，只有了解整個系統演算邏輯的人，才能夠提供有競爭性的解決方案。這正是IDM的優勢所在，但在今日以無晶圓廠（Fabless）的IC設計公司為主的產業型態下，晶圓代工業者的角色也得因應轉變。胡國強形容說：「領導性的晶圓代工業者已像是一個複合式的IDM公司（Multi-IDM）。」

胡國強指出，今日的系統設計已涵蓋了數位／類比、晶片內／晶片外、硬體／軟體等等考量，晶圓業者有必要與客戶做更密切的合作，例如聯電與Xilinx共同研發90nm製程的FPGA晶片，並將在今年第一季開始生產。不僅如此，晶圓業者甚至得主動提出參考設計的方案與平台，胡國強分析表示，未來的設計將會是以應用為導向（Application-driven）的，因此目前聯電即積極開發提供彈性的模組化SOC技術，進而提供一般性SOC製程技術平台（Common SOC Process Technology Platform）

，以分別滿足各種產品對高效能或低耗電的不同設計需求。

另一個議題即智財權（IP）的交易與整合，胡國強認為這會是IC設計公司能否順利開發系統級晶片的一大關鍵。目前IP應用模式所面臨的問題，首先是IP可用性（Availability）的提升，要達成此目標，標準化的cell library、IO及記憶體單元（block）可說是最基本的需求；此外，類比IP與高複雜功能IP在SoC的設計上也更為重要。當然，還有更多的考量因素，例如IP的可攜性（Portability）和可重覆使用性（Re-usability）、NRE及授權費等成本因素、智財權保護，以及設計流程與工具的改善等等。

對於個別的IC設計公司來說，要擁有完整的IP資料庫是相當困難的，因此，為推動這個新的IP整合模式，身為製造中心的晶圓業者也得協助其客戶克服此問題。胡國強即指出，聯電依不同的製程（0.13μm、0.15μm、0.18μm）、不同的應用（通訊、電腦、消費性），提供了涵蓋整個晶片系統所需要的豐富IP，包括記憶體、ADC/DAC、CPU/DSP、週邊介面，及Bluetooth、MPEG2/4等特殊應用IP。由此可見，不論台積電或聯電，在整個IC設計的產業鏈中所扮演的角色，將會更為多元化而且更為重要。

結論

限於篇幅，本文主要報導此次會議中對今日電子產業的現況剖析，下期再針對個別議題及新興廠商及技術多做介紹。整體而言，數位化消費性電子（DC）取代PC成為電子產業成長驅動力的地位已經確立，然而，因DC產品的特性與PC差異甚大，對於尺寸、成本、設計時程、耗電等因素更為敏感，因此在設計、生產方法上也需要有所調整，業者還得經歷一段摸索、嘗試的學習時期。

在此情況下，系統級設計（SoC/SiP）的產業潮流也將繼續發展，但要如何定義及滿足所謂的「系統」設計需求，仍是業界的一大挑戰。而為縮短設計時程、降低設計重新開發（design re-spin）成本，可程式化元件（PLD）的重要性不斷提升，其中FPGA在設計前期（design start）與生產上的成長趨勢相當受到肯定。

至於產業結構上，Fabless的IC設計公司與晶圓廠的分工仍是主流模式，但晶圓業者為滿足系統級設計及差異化的消費性產品需求，其角色也變得更為多元，不僅在製程技術上要領先與創新，還得以更全觀的角度來提供服務，並建立完整緊密的夥伴關係（客戶、設備供應商、EDA工具業者、IP業者）。

當然，這一波的DC革命方興未艾，在成長的趨勢下，也隱含著許多的變數和可能性，業者除了要能掌握技術外，也得更了解客戶、更接近市場，因為消費性市場就是流行市場，愈懂得生活的人才愈能引領潮流。這或許也是主辦單位選擇在宜人的加州Montary海灣渡假勝地舉辦此一電子高峰會的一大考量吧。

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