电子制造业的经营，若依照厂商的实力，大概可区分为三种：最了不起的就是龙头厂商，他们努力研发新技术，领导业界和教育消费者使用新技术，他们是「老大哲学」的实践者；其次是新技术的代工厂商，他们跟随龙头厂商的脚步，将新技术发扬光大，虽然他们可能不甘愿屈居为「老二」，但是要撕掉这个卷标并不容易；居后的是旧技术的代工厂商，他们因「旧包袱」或资本不足，被迫不得不继续制造已无竞争力或具边缘利基的产品。

其实，电子制造业就像是人世间的缩影，「一种米养百万人」，为何有业者可以「麻雀变凤凰」呢？值此国内厂商纷纷迁厂赴大陆，业者极欲技术升级之际，本文试将电子设计代工和芯片设计常遇到的技术问题做一归纳，并尽量提出肯切的解决方法，供业者参考。当然，企业要能成功除必须掌握核心技术以外，还有许多其它重要的因素要配合，在本文中并不谈论那些因素。

根本的技术问题

因为国内电子业者所从事的产品开发之技术根源几乎全部都来自于国外，所以，「技术信息不足」或「无法正确地解读技术信息」，早就成为国内业者的「通病」或「危机」，这也就是国内业者根本的技术问题(fundamental technical issues)。

技术信息不足

「技术信息不足」是指对产品设计的基本知识的缺乏。不同种类的电子产品都遵守一个或数个国际标准，由于我国不是制定这些国际(工业)标准的会员国，所以在设定规范时，除学术界学者会关心其发展，提早了解其核心技术与相关的基本知识以外，国内业者可能要等到有订单或客户有需求时，才会积极寻找拥有相关技术的人才和着手规划研发事宜，这从最近国内射频电路工程师的缺乏就可验证此一现象。反观国外龙头厂商从一开始就主导国际标准的制定，例如：IEEE 802.11a、蓝芽、W-CDMA.....等，国内业者实在需要更灵活的应变之道才是。

无法正确地解读技术信息

「无法正确地解读技术信息」是指即使业者拥有了技术信息，可是仍然无法掌握其核心技术，并以此来开发新产品，其原因有：语言的隔阂、以不同的观念或理论去解释其规范或条文、理论基础或实务经验的不足、甚至技术信息有错误.......等。例如：天线技术所涉及的理论基础是电磁学，而电磁学里的四个数理公式至今仍然是微波应用的圭臬，但是，在国内，实际能全盘了解这四个数理公式的理论精髓和懂得如何将它们应用于设计实务上的工程人才，可说是少之又少。

不过，平心而论，电磁学理论已经存在一、二百年了，而且其理论基础从来就没有被更改或推翻过，所以可以说，它的技术信息是近似于公开的状态，只是国外厂商们仍然保有着他们数十年来的技术专利和实验数据，本于保护硅智财(SIP)的原则，这些理论计算与实务应用的配合是国内业者目前必须自行努力的。

目前因为国外许多辅助设计的公司都有支持「完整的解决方案(total solution)」，而且由于他们彼此竞争激烈，所以服务质量都很好，对国内电子代工设计或制造、芯片设计业而言，「技术信息不足」和「无法正确地解读技术信息」等根本问题已经渐渐不成为国内厂商的头疼问题。例如：国内蓝芽模块业者不需要完全了解射频和基频芯片的操作原理，只要参考供货商提供的工板电路来自行设计就可以了。

这种分工模式已经成为全球电子业的共同模式(例如：PC和数字半导体产业)，微波和射频模拟电路将来也会藉由分工，将复杂的技术细分为数个不同种类的硅智财核心(SIP core)，销售给下游的应用产品设计或制造厂商使用。但是目前因为不同厂家有关微波和射频模拟电路的硅智财核心都无法兼容，所以，必须等到硅智财核心的标准统一化之后，这个分工模式才会呈现。届时，困顿已久的国内微波和射频模拟电路的开发业者才能稍微解脱此研发的困境。

十个常见的技术难题

即使全球的微波和射频模拟电路设计之垂直分工模式建立起来了，国内业者也会和目前的PC和数字半导体产业一样，面临下列十个常见的技术难题：

各家标准不一或与传统(legacy)标准不兼容：

十几年前，在IBM AT个人计算机尚未成为工业标准时，市场上存在着许多不同厂牌的计算机，因为它们采用各自的标准，所以无法彼此沟通。虽然，现在的个人计算机大致上都统一了，但是，在通讯协议和网络软件上，仍然存在着新标准无法和传统标准兼容兼容；或者各家所制定的标准不同，无法沟通的问题。

其中最明显的例子，就是以太网络。Xerox公司是以太网络(Ethernet)的发明者，后来Digital、Intel、和Xerox(DIX)共同研发第二代以太网络(Ethernet II)。同时，与以太网络同时存在的局域网络技术另外有：符号环(Token Ring)、光纤(Fiber Optic)，为了能使所有现存的局域网络能够彼此沟通，IEEE学会在网络链路层上制定了新的信息格式(message format)称为802.2标准；另外也制定了过渡规范：802.3标准支持DIX等级的以太网络、802.5标准支持符号环网络，期望各厂家都能够采用。不过，若要采用802.2新标准，各厂家必须修改其原有的通讯协议软件，目前Appletalk、NETBEUI、SNA等局域网络都已采用802.2标准，但是，在市场上使用率最高的TCP/IP却仍然坚守DIX当初制定的标准，这是因为TCP/IP技术管理者IETF组织拒绝采用802.2标准，因特网(Internet)就是使用TCP/IP技术，当其它种类的局域网络要连接因特网时，它们必须另外附加TCP/IP模块才行；同理，若国内业者使用DIX以太网络，想和Appletalk、NETBEUI、SNA等其它网络沟通，就必须自行添增802.2信息格式和微幅修改TCP/IP软件模块才行。

这问题说来就是这么复杂，只要一牵扯到系统标准化或不同系统间的兼容问题，就会和产品的市场占有率息息相关，而必须花费的费用迟早都得被迫付出，因此国内业者在做新产品规划时，不可不谨慎为之。

系统无法顺利地升级或重复修改

产品开发用的资源应该充分再利用，不要浪费，这是研发的最高原则。但是，国内业者要达到这个理想仍然还有很长的路要走。

曾经有个从事条形码机(barcode reader)设计制造的国内业主，为了条形码机里的译码芯片(以ASIC制作而成)无法在2MHz的速度下，正确地解读扫描进来的信号，而困扰不已。此外，当客户要求在现场修改成不同条形码符号时，因为要重新制作新的译码芯片，所以无法立即满足客户的需求，而错失许多商机。

传统的「特殊应用芯片(ASIC)」可以让业者保有技术的主导权，但是缺乏开发的弹性和变通性，业者必须能自行设计「特殊应用芯片」，以节省外包的开销，如此才有利润可言，否则必须改采其它比较聪明的做法才行。

不管是芯片或电子商品的替换周期都一直在缩短中，国内业者千万不能将今天的产品设计成明天的包袱，应该要将今天的设计资源充份地转换成明天可用的资源才是。此外，「不需要更换硬件」或「以软件来升级系统的功能」之观念，已经渐渐普及，业者也必须要能设计出更具智能的自动升级系统来。

性能优化很难达到

当垂直分工模式成熟之后，产品原型(prototype)的开发时间将可大幅缩小(一般是3到6个月或更短)，这时，业者常常疏忽了系统优化的问题。其实，只要技术信息取得容易，且能正确解读其内容，要做出产品原型并不难，例如：去年就有国内大学生成功地设计出蓝芽应用产品。不过，原型产品或雏型产品都只是实验品，不是商品。商品化之前，还必须将系统质量提升，除了消弭瑕疵之外(在下面会提到可靠度的问题)，最难做的是如何将性能优化。例如：最近，国内的ADSL、STB、Cable Modem业者都非常努力地要提升其个别产品的功能，使其成为家庭网关(home gateway)，殊不知，其成功的关键在于资源的管理和性能的优化；试想在STB里除要处理视讯、音频讯号外，还要能连接上局域网络、拨接上网(或广域网)等功能，这么多通讯协议/多信道(multiple-protocols/multiple-channels)的性能，绝不能有互相排挤效应发生，否则整个系统的性能将大打折扣。

此外，当系统满载(full-loaded)时，虽然各信道都能传输数据，但是其性能一定比空转(idle)时差，不过，此时的性能降低状态绝对不可持续恶化，以避免系统当机，这就考验着系统是否能自动地启动优化策略(optimization policy)，来化解危机。

性能优化虽可以藉助国外供货商的先进开发工具达成部份的要求，但是整体而言，系统优化牵扯到软硬件整合的问题，实在不是单独一、两个辅助开发工具可以完全支持的。最佳的解决方法就是建立起自己的「系统优化策略」，使系统智能化，以解决在不同情况下性能低落的问题。

系统整合的问题多

垂直分工模式有其优点，但是也带来了不同系统之间复杂的整合问题。它除了牵涉到前面所提到的标准化与兼容问题以外，软件和硬件的整合问题也耗费国内业者一大半的开发时间。

系统的设计必须以系统整体的角度，从上而下一层一层建立，而且要环环相扣。由于信息家电、通讯、网络产品内部大都具有嵌入式操作系统(embedded operation system)，而它们是靠驱动程序与周边连接，但是在开发这些产品时，韧体或驱动程序和输出入周边接口的沟通经常会失败，这是国内业者最常遇到的难题，其最主要的原因，不外乎是芯片硬件有瑕疵、所使用的主从(master-slave)通讯协议本身就无法沟通、韧体或驱动程序有瑕疵。

长期以来，由于通讯协议、硅智权核心、驱动程序等技术信息的取得困难，国内业者在低阶硬件和软件的整合上，虽略有所成，可是每到需要更换新的芯片或硬件规格时，就必须痛苦地重新设计驱动程序、硬件描述程序(VHDL或Verilog)、韧体，而且繁复的系统测试工作又必须重新再做好几次，真是不经济。因此，国内业者应该设法建立起一套系统整合的管理平台，以有效利用资源。

理论和实务常有落差

国内的芯片和电子产品研发一直都是仰赖国外的技术，所以使国内业者养成了「不求甚解」的习惯，亦即只要能将产品成功地开发出来，其技术细节就无人问津了。殊不知，这种疏忽将造成在下次更新设计时，无可避免地必须重新摸索和重购资源的浪费。

由于资源有限，所以，研发人员必须要能够重复地使用有限的资源。达成这个目标的最好方法就是以理论来推演，以软件来仿真，这好比「纸上谈兵」和「计算机兵棋」；这就是为何每一家国外大厂都各自拥有大型的研发单位，和无数种辅助开发用的软件之原因。

不过光讲理论，没有实务经验也是会失败的。反观国内电子业界，因局限于资金、人才、信息，所以有理论基础的人常抱怨「有志难伸」，有实务经验的人又因没有足够的仪器、设备、和信息来源可供学习和利用，最后造成技术升级的瓶颈。这从国内目前从事射频微波研发的业者身上，就可以看到这种窘态。

资源不容易管理

电源功率大小、晶圆大小、CPU速度、总线速度、内存大小、中断数量(interrupt number)....等资源是非常珍贵的，因此会造成不同装置之间的争夺冲突。但是，因为轻、薄、短、小已经是电子产品的主流设计概念，所以，业者必须要能设计出不耗电、芯片小、CPU速度快、总线速度快、记忆容量大、中断数量多的理想产品出来。实际上，这种理想产品是不存在的，所以业者必须依照市场价位和成本，选择最佳的功能组合。

要管理好这些资源，避免不同装置之间的冲突发生，必须在系统中加入装置管理者(device manager)，随时监控各装置使用各种资源的状况。这种装置管理者要能辨别各种装置，并自动规划合适的资源给每个装置使用，并且随时要在不破坏系统整体性能的前提之下，使资源的利用优化。

此外，在与每个外围装置通讯时，带宽的有效管理非常重要。例如：网络协议中有服务质量(QoS)的观念，它是指：系统会依据不同用户所需的带宽大小要求，适当地分配给每个用户(不一定就是用户所要求的量)，使性能和资源皆能优化。

可靠度和侦除错能力有待提升

在使系统的性能优化之前，必须先消弭潜伏在系统中的全部瑕疵和错误。有些「错误」像病毒一样很难侦测，它可能要与周边装置或其它组件连接以后才会出现。其实，要全部消除系统瑕疵并不容易，一般是以抽样百分比来进行回归测试(regressive test)，而且测试计划(test plan)和测试案例(test case)需要面面俱到。必要时，业者必须自行设计软硬件测试或监测工具；甚至在客户现场可立即利用这些工具进行侦除错工作。

半导体制程的良率改善是一门艰深的学问，不过除了材料的物理特性以外，晶圆测试厂的测试方法，以及晶圆厂的制程改善或良率提升的做法，与上述所提的方法在逻辑思维上是类似的。

软件和硬件之设计区分不易决定

一般而言，CPU处理硬件的速度比处理软件的速度快，但是硬件设计比较没有变通性(flexibility)，设计好的集成电路或主板电路若要重新修改，所要花费的成本很高。目前国外的FPGA/CPLD大厂，例如：XILINX,CADENCE,SYNOPSYS,AVANTI...等，都有提供可程序化的系统单芯片(SoC或PSoC)解决方案，国内业者在使用这些工具时，首先必须将系统中的每个功能区分出来，再决定是要以硬件来实现或是要以软件或韧体来实现。例如：FLASH控制芯片需要有侦除错(EDC/ECC)演算功能，我们可以用硬件或韧体来实现这个算法，但是显然使用硬件来实现会比较划算，而且指令周期也会比较快。

DSP就是以硬件来实现算法的芯片，设计DSP芯片时，必须要先将支持特殊应用的算法设计出来，再以硬件描述语言VHDL或Verilog藉硬件的观念和特性来实现算法。其做法和用C或汇编语言写成的韧体来实现算法有些类似，但是，它们之间最主要的差别在于软件或韧体是无法直接定义硬件的，而VHDL或Verilog设计成的程序代码就是所谓的硅智财硬核心，是可以直接定义硬件的。

虽然如此，用C或汇编语言写成的韧体(硅智财软核心)在系统单芯片中的地位与日俱增，因为软件或韧体允许可户可以重复修改更新他们的设计，而以VHDL或Verilog程序代码定义的硬件(硅智财硬核心)常是固定的，例如：CPU或收发器(transceiver)的硅智财硬核心，是不容许客户轻易修改的。12吋晶圆技术将提高芯片的集积密度，适合用来制作系统单芯片。同时也考验着国内业者用硅智财核心来处理系统单芯片中的射频、模拟、数字和混合讯号的设计能力。

频率(timing)问题：

系统时序(system clock)是用来规划每个硬件或软件的工作时程，它有一定的优先级和管理机制，如果它的时间分割发生错误，将使系统无法正常运作。

由于每个输出入接口的工作频率不同，所以，有所谓的内外频的区分。内频是指装置或组件内部的系统时序，外频一般是指总线(bus)的频率。由于它们的频率不同，所以需要升频(乘频)或降频(除频)，传统的做法是使用锁相环路(Phase Locked Loop)的模拟电路来实现，可是它需要压控振荡器(Voltage Control Oscillator；VCO)，所以成本高，而且占空间、耗电。目前比较先进的做法是改用数字频率合成(Direct Digital Synthesis；DDS)的方法，先从内存中读出取样值，经过数字模拟转换(DAC)将数字讯号转换成模拟讯号，最后经过低通滤波器(LPF)将所需的频率输出。这种方法已经应用在无线电的调变解调器上，也有应用在系统单芯片中。不过它属于混合讯号处理的范畴，设计困难度很高。

由于使用的组件或开发工具内部有瑕疵而造成误判

国外大厂提供的软硬件开发工具或仪器、生产设备、组件也时常存在着瑕疵或错误，尤其是新技术所使用的工具或芯片，例如：蓝芽、IEEE 802.a...等。所以，国内业者应该培养正确判断错误的能力，以免浪费宝贵的时间在怀疑自己的设计能力。

当系统发生错误时，应立即纪录或描述错误的症状，再胪列可能发生错误的位置及原因，最后逐一追查、分析、和过滤每一个可能发生错误的位置及原因。如果都无法找出原因，就必须要求国外供货商支持，尽快找出对策来。

不过，由于国外供货商或国内代理商的支持能力参差不齐，国内厂商往往到最后都得靠自己。因此，业者应该利用时间研究这些工具、仪器、生产设备、组件的内部构造，当然一定无法完全了解其全部内容，但是多一分了解，可能可以缩短寻找错误发生的位置所需要的时间。

因此，诸如可程序系统开发软件或电子辅助设计(EDA)软件所使用的编译程序(compiler)、组译器(assembler)、除错器(debugger)、开发用工板、芯片、硅智财核心、仿真器(simulator)、仪器、生产设备......等生产必需品，在采购验收前都需要经过一定程度的测试，而这个过程常被国内业者所忽视。

结语

本文综论了在国内电子设计、制造代工和芯片设计业界目前普遍存在的技术问题，希望能藉此抛砖引玉，集业界先进们的智能共同解决这些问题。此外，更寄望国内电子业者能够尽快顺利转型成功，并鼓励业者能勇于创新，将生产必需品列为研发项目，并向国内外业者提供比国外大厂更专业、更有效率、价格更低廉的工具设备和服务，也唯有如此国内整个电子产业才算是迈入以科技研发为导向的新纪元，摒除国内业者是先进国家之工厂的刻版印象。