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炫爛背後的功臣:記憶體、介面元件及EDA
矽谷點將錄 - Micron、Pericon、Verplex

【作者: 歐敏銓】   2002年08月05日 星期一

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《圖一 Micron網路通訊部市場行銷經理Jerry Johnson:記憶體市場的區隔已經開始,隨著要求嚴謹的系統需求出現,使得記憶體的開發更具挑戰性,需要有更強的工程專業來開發更好的產品。》


《圖二 Pericom總裁Alex Hui:目前電子產品持續朝高速率、低耗電及小尺寸在發展,並強調子系統之間的統合性。這些需求都需要進階的、彈性的介面IC方案來促成。》


《圖三 Verplex副總裁Dino Caporossi:「形式驗証」的時代已經來臨,這和IC複雜度的增加息息相關,形式驗証力求確保從RTL級到GDSII的整個晶片設計流程在功能上的一致性,從而減少或省去冗長的閘級模擬過程。》


前兩期分別介紹了六家各具特色的矽谷公司,包括專精於網路傳輸技術的IDT與PMC-Sierra、RF晶片製程及模組的TriQuint、控制網路系統的Echelon、IDM元件整合大廠的Atmel,及消費影音技術的Cirrus Logic。面對瞬息多變的電子市場,他們不僅勾勒出美麗的願景,也以紮實的技術與穩健的市場策略,準備一步步推動願景實現。



若以寬廣的角度來看,這些公司立足於電子產業的各個面向,即所謂資訊、通訊網路與消費生活的3C層面,致力提供更便利多樣的應用產品。但在富麗宏偉的建築外觀之下,仍少不了鋼筋水泥架構,而他們正是建築屹立不搖的基礎。在本系列的最後一回,就讓我們來談談光鮮炫爛的電子應用下,扮演基礎材料、承載及工具的記憶體、介面元件及EDA三大議題,以及具代表性的三大廠商:Micron、Pericon、Verplex。



記憶體走向系統化、區隔化 - Micron


記憶體和CPU,可以說是老少皆知、基礎中的基礎電子產品,其中記憶體價格及銷售市場的起伏,又往往代表了整個電子產業的景氣波動狀況,其重要地位是顯而易見的。記憶體的種類繁多,主要可分為可揮發性(如DRAM)及不可揮發性(如ROM及Flash),大家都已耳熟能詳。由於DRAM的應用最廣,其進展也最受曙目,目前已推出到DDR333(PC2700),預計明年第三季就會進入DDR-II的400及533Mbps的新高頻階段。



目前記憶體速率的快速突破,其趨動力主要來自於兩大應用:一是寬頻網路,一是3D繪圖及多媒體,它們皆要求更高的頻寬來達成即時反應的目標。但對於佔有四分之一記憶體市場的Micron來說,提升速度只是記憶體廠商發展上的必要工作,若要突顯自己的不可取代性,業者仍得在更多的地方下功夫。



Micron網路通訊部市場行銷經理Jerry Johnson認為記憶體市場的區隔已經開始,這是因為不同應用所需的效能等級差異已形成。也就是說,記憶體不會只是所謂的「菜市場」產品,隨著要求嚴謹的系統需求出現,使得記憶體的開發更具挑戰性,需要有更強的工程專業來開發更好的產品,並進而將其標準化。由於大部分的客戶對於初期的技術發展所能掌握的資源有限,因此類似Micron的專業廠商將可扮演重要的協助角色,例如提供高速的系統開發工具。Jerry指出,專業分工本來就是產業發展的必然趨勢,讓Micron來確保記憶體子系統的可行性,客戶就能專注開發自己更有競爭優勢的領域。



此一記憶體的效能差異,以網路應用最為明顯,從連結埠開始,經收發器、L2/L3交換器到光纖交換器,以及相關的MPU、CAM控制器等,所需要的記憶體都有區別;雖然大致上仍是DRAM、SRAM、Flash,但在效能要求上卻大有不同。



決定效能的條件中,資料流的速度只是其一,另一關鍵則是資料輸出入的格式。對此,Micron特別強調內容可位址化記憶體(Content Addressable Memory, CAM)的新發展。CAM和RAM的組成很不相同,CAM的資料匯流排是用來接取儲存數值和送回所找到的對應位址,對於許多要求具有領導性效能的局端通訊系統,尤其是路由器來說非常好用,它可以一次同時搜尋所有的記憶位置,而且可以控制作業的完成時間。目前Micron正極力發展TCAM(Ternary CAM),也就是比一般兩位元的CAM還多一個所謂的"don't care"位元,以讓資料結構更多一分彈性。



記憶體不僅是不可或缺的基本電子元件,其製程技術更是一些特殊晶片,如CMOS Senser或可程式邏輯元件(PLD/FPGA)的設計基礎。如Micron所指出的,除了通用規格的記憶體外,在系統級晶片設計的趨勢下,客製化的嵌入式記憶體及輔助設計工具,將會日形重要。至於未來會不會如CPU一般,出現軟體式的記憶體IP核心,以提供SoC開發時更大的彈性?Micron表示該公司目前並無此打算,而國內其實有不少的記憶體製造商,何不由此下手,他日或許有機會成為記憶體業的ARM也說不定。




表一 2001年網路通訊市場及記憶體產品比較表




































































  Revenues Units DRAM Flash SRAM
Cell Phones $58,500M 412M   16MB  
Routers $9,033M 3.3M 128MB-2GB 8MB-16MB 1MB-8MB
LAN Switches $6,234M 4.5M 128MB-2GB 8MB-16MB 1MB-8MB
Cable Modems $705M 8.8M 16MB-64MB 2MB  
DSL Modems $460M 5.75M 16MB-64MB 2MB  
Home Gateways $338M 1.4M 4MB 2MB  
Cellular Bass Station $200M 0.178M 128MB 16MB  


資料來源:IDC、Semico Research、In-Stat,整理:零組件雜誌





複雜系統的橋接師 - Pericom


一個完整的電子系統少不了三大類的IC,即邏輯、記憶與感測元件,這些元件之間要能彼此溝通,則有賴介面IC(Interface IC)來控制資料流的路由、頻率與電壓轉換等。隨著電子產品功能性與整合性的提升,介面IC的角色正日益顯得重要。



目前電子產品持續朝高速率、低耗電及小尺寸在發展,並強調子系統之間的統合性。這些需求都需要進階的、彈性的介面IC方案來促成。以低耗電的目標來說,十年前處理器、ASIC和記憶體的操作電壓是5V,到今日已降到1.8V,並持續朝1.5V及1.2V發展。但過去的元件並非一一淘汰,而是與新元件並存於系統當中,造成複雜的電壓控制環境,利用特定的介面IC即能解決從CMOS到LVPECL、從LVDS到LVPECL、從SSTL到HSTL等訊號轉換的要求。



對於匯流排來說,也是面臨相同的處境,在高速傳輸技術上,對外有1394、USB2.0及Serial ATA等標準,在內則有Hypertransfer、3G等標準在較勁,而各個標準又有自己的舊一代產品得向下相容,如何讓內外新舊子系統的傳輸無礙,並得到最佳表現,也需要介面IC來從中撮合。



1990年成立,營運總部在加州聖荷西的Pericom半導體公司,即是以提供完整的高速介面解決方案著稱。Pericom表示,其定位在於達成元件間無縫隙的連結性,也就是提供電壓轉換與保護、不同訊息標準的操作轉換,以及匯流排的傳輸交換等,所以其產品類別涵蓋Switch、Clock、Interface、Connect等介面IC,產品線數量則有超過650種。



雖然介面IC並不如邏輯IC那般功能花俏、受人注目,但它卻是電子產品中不可或缺的關鍵元件,市場需求的成長相當穩健。以Pericom來說,近年來的市場表現成果亮麗,1997年至2001年的各項成長率中,獲利成長達34%,淨利成長為82%,EPS則為55%,即使是在景氣大壞的去年(2001年),Pericom的產品銷售額仍繼續擴大。



Pericom總裁Alex Hui表示,該公司因掌握了一些條件,才能讓他們在市場上受到肯定。除了完整的產品線外,Pericom強調提供更多加值的服務:包括從設計、製造到組合過程的技術支援,並針對特定客戶的需要提供專專屬的特殊應用介面產品;當ASIC需轉換成ASSP時,Pericom的快速設計方案,可以將時程縮短至四到六週的時間;此外,針對系統級設計的IP整合需要,該公司的IP平台中,提供了高速混合訊號Cell的大量資料庫。



正如前述,介面IC運用於各種電子產品中,在各個應用領域都有Pericom的產品蹤影,但Alex指出,該公司的銷售重心還是放在資訊產品與通訊網路,而這兩大市場在亞洲,尤其是中國地區正快速成長,因此Pericom對這一區域的經營相當重視。目前Pericom已在上海、北京、深圳及香港等地設立分公司,以上海及香港為主要的營運中心,由於特別看好上海的發展,先後又在此地設立了設計應用與組裝測試兩大中心。Pericom極強調中國市場在IC設計市場上的發展前景,但卻忽略對台灣市場的佈局,這會是美中不足之處。



「形式驗証」時代推手 - Verplex


今年在EDA的市場,併購事件仍在不斷地上演,其中最受注目的併購案莫過於Synopsys併購了Avanti!,近來則又發生了Mentor併購IKOS和Innoveda,及Cadence併購了Plato及Simplex。在此發展下,EDA業界似乎形成了Cadence、Synopsys和Mentor三足鼎立的局面,但事實上是否如此呢?由於EDA的範圍涵蓋太廣,從晶片到PCB,從設計到驗證,目前還沒有一家能誇口精通所有環節,各巨頭的併購行動也是以加強既有領域上的實力為主,因此仍有不少專精技術的中小型EDA公司,在特定領域中引領風騷。



Verplex即是一家提供形式驗証(Formal verification)解決方案的重要公司,強調提供從RTL到Layout的完整工具,以減少因設計誤差所造成的龐大損失。Verplex指出,晶片的開發歷經RTL、Gate及Layout三階段,對於錯誤的驗證自然是愈早愈好,因為隨著階段的轉移,因錯誤而導致的人力、物力損耗將成級數增加,其衝擊除了龐大的光罩費、NRE及延遲上市時程外,還可能因此終止整個專案,如果到了系統層次才發現,那將是一場難以承受的夢饜。



Verplex表示,驗證已成為EDA流程中的重要環節,而「形式驗証」的時代已經來臨。這和IC複雜度的增加息息相關,過去多年來業界一直採用邏輯模擬進行設計驗証,但它的性能太慢而且覆蓋率低,當設計規模超過25萬閘時,閘級模擬開始變得不切實際。相較之下,形式驗証力求確保從RTL級到GDSII的整個晶片設計流程在功能上的一致性,從而減少或省去冗長的閘級模擬過程。此外,形式驗証工具可以比較前後兩個設計,確保在設計反覆和修改過程中不會產生新的錯誤,並可用於比較不同抽象層次上的設計,如RTL級、閘級或電晶體級的網表。



雖然強調從頭到尾的驗證功能,但基於「及早發現,及早治療」的省成本法則,Verplex特別重視RTL階段的驗證,提出包括Semantics Checks、Structural Checks、Assertion Checks三大驗證方法,以彌補Equivalence check在Gate及Layout階段可能隱藏的錯誤。至於過去設計人員認為形式驗証軟體既難用又難於整合到設計流程中的情況,該公司表示已有大幅改善,現在的工具已有視覺化的親切介面。



Verplex市場上存在獨立的EDA公司非常重要,對於驗證性工具來說,更是如此。就如同財稅的稽核要求由第三者的會計師事務所來執行,晶片或電子產品的設計與驗證,也應該畫清界限,如果兩項工具都由同一家公司來提供,由於設計邏輯一致,難保不會出現設計上的盲點。目前造成舉世喧騰的世界通訊(WorldCom)一案,也算提供了社會面向的鮮明教訓。若依此思考,晶片設計的驗證或許也該交由第三組織來做,以更專業及客觀的服務來稽核出各種不該有的錯誤。



結論


在這次的矽谷之行中,可以清楚感受到這裏的科技創意是既活潑又全方位的;這種源源不絕的創意並非來自訓練,而是出於熱情。在陽光和煦、林園遍地的北加州,拓荒者的開放精神仍洋溢在整個空間中,吸引了全球的勇者和智者們來此開創。他們熱愛生命,而「發明」、「創造」正是他們展現生命的極佳方式;當然,這些工程師也不會忘了家裏的葡萄園,因為那兒是他們蘊釀新點子的好地方。



所以,除了介紹各公司在技術應用上的特色,我們也應看到他們背後發光發熱的推動力量。其實華人在矽谷的表現是有目共睹,台海兩地與矽谷的交流也是絡繹不絕,但亞洲的華人仍顯得雄心有餘而理想不足。這已是精神文化層面的期待了,而台灣正以「矽島」自許,因此除了借鏡矽谷的前瞻技術外,可別忘了也學學人家的瀟灑自信。



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