架设芯片设计与嵌入式系统开发的桥梁_大力发展第三方SystemDesignHou

INDUST RY FORU M 业界论坛架设芯片设计与嵌入式系统开发的桥梁 大力发展第三方System Design House复旦大学 陈章龙摘 要解决我国集成电路的自主创新问题,要大力发展本地的IC设计企业,并在IC设计企业周围建立第三方Syst em Design House,以构建IC设计与系统设计的桥梁。

本文针对我国第三方Syst em Design House的培育,提出了建设性意见,同时指出,SoC芯片和A SSP芯片都应纳入IC设计企业的主要产品范围。

最后本文对单片机研发及应用现状进行综述,并给出发展我国单片机的建议。

关键词IC设计企业 Syst em Design H ouse A SSP芯片我国消费了全球30%以上的集成电路,生产的集成电路占全球的3%,而自主创新的集成电路则只占全球的0.3%。

我国集成电路的 三个3 现象至少说明了二个问题:许多高端芯片,我们目前还不能自主设计生产,还得依靠进口;一些量大面广的中高档芯片,我们虽然能自主设计生产,但却没有去设计生产。

因此,要解决我国集成电路的三个3现象,就要大力培育我国IC设计企业;而这些IC设计企业要生产量大面广的通用和半通用芯片,在其周围就要有一大批第三方Syst em Design H ouse(方案提供商),由这些第三方Sys t em Design House来打造各种嵌入式系统应用产品。

以全球无晶圆(fabless)集成电路设计公司排列前几名的M arvell公司为例,该公司不但生产通信、存储和电源管理芯片,收购了Int el公司的XScale嵌入式处理器,也提供通用的嵌入式处理器。

其周围的一大批第三方Syst em Design H ouse,在开发各种不同嵌入式系统应用产品,使其业务每年以20%以上的速度增长。

因此,要形成完整的嵌入式系统的产业链,一定要大力发展第三方Syst em Design House。

1 大力发展第三方S ystem Design House嵌入式系统要从 头 (应用)抓起,从 芯 开始。

如何从 头 抓起?这是关键!我们的IC设计企业都知道从市场去找应用,大多数也都找到了市场所需的芯片。

但是,他们设计生产的芯片,却往往没有被市场所接受,也就是IC设计厂商所设计生产的 市场所需芯片 并不一定就是 市场能用的芯片 。

为何会产生这个问题?我国的整机系统生产厂家(直接生产面向市场的各种嵌入式系统应用产品)一般都没有太强的设计能力,他们没有能力把 设计生产出的芯片 变成 市场能用得上的产品 。

以往这一工作往往都由IC设计厂商来完成,而这已超出其设计能力,因此虽然做得很辛苦,但很不成功。

这项工作应该由第三方Syst em Design House来完成。

第三方Syst em Design House专为系统产品厂商代工设计或开发新产品,对终端市场有相当程度的了解。

我们的黑色家电及白色家电大多数不是市场产品的品牌厂商设计的, 80%~90%都是第三方Syst em Design H ouse提供的;我国的手机也是由希姆通、龙旗等系统设计厂商来完成的。

广州周立功单片机发展有限公司根据市场的需求,把各种单片机开发成市场能用得上的应用模块。

各系统厂商(市场的最终用户)都能很方便地将其直接用在各种产品中去,从而能在最短时间内进入市场。

而他所开发的模块解决了 能用得上 的所有与抗干扰、工程、外形、功耗等相关的问题,这是我们IC设计企业能力无法达到的。

针对嵌入式系统应用产品,周立功公司把实时多任务OS、C语言的应用函数库都封装在以A RM单片机为基础的模块中。

用户不懂ARM的体系结构、指令和OS的移植,只需用C语言直接在该模块编写各种应用程序,就可以直接形成各种嵌入系统应用产品。

NXP公司(原Phil ips半导体)的设计部门专门根据他的市场需求来设计定制N XP产品。

目前,他提出芯片与软件协同设计,但是NXP内核是ARM,无法满足其要求。

因此,这也为我国国产内核与其合作提供了机遇。

业界论坛 INDUST RY FORU M2 如何培育第三方S ystem Design House我们国家应大力发展第三方Syst em Design House,由他们把IC设计厂商的芯片真正变成市场能用的芯片。

但是,对第三方Syst em Design H ouse要给予政策上的支持。

由于目前的第三方Syst em Design House大多是民营的小企业,他们既不是IC设计企业,也不是纯软件公司,大多得不到相应的支持,生存和发展都比较艰难。

像广州周立功单片机有限公司(有几百人的研发队伍和充足的资金)目前国内还不多。

而真正形成规模的却大多是有海外背景的企业,如上述的希姆通、龙旗等公司(前一阶段赢利颇丰,已香港上市)。

因此,提出如下建议:发展第三方Syst em Design House,要列入我国集成电路发展的规划中,要在资金和政策上给予支持;培育和扶植一大批第三方Syst em Design House。

在现有的集成电路IC设计企业中,把原有的应用服务部门培育成System Design House,逐步从原企业中分离出来,成为真正独立的第三方Syst em Design House。

与一些研究性大学成立联合实验室,有条件的实验室可逐步培育成第三方Syst em Design House,甚至可孵化成独立的企业。

3 IC设计企业还应生产量大面广的ASSP芯片集成电路IC设计企业周围要有一批第三方Syst em Design House。

集成电路IC设计企业除了定向生产各种SoC芯片外,还应生产量大面广的ASSP(专用标准产品)芯片。

这样既便于第三方Syst em Design H ouse开发应用,也便于集成电路IC设计企业的持续发展。

如Frees cale公司生产的芯片虽然大多冠以M CU的名义,但实际上都是面向各个领域的ASSP,如汽车电子、计算机外设、通信、工业控制和多媒体等,并具有一定的优势。

又如目前流行的Apple公司的iPhone,并没有直接用A RM/ M IPS的IP核来设计所需的SoC芯片,而是用市场上量大面广的XScale或A RM9的M CU来作为处理器。

这样,不但iPhone产品能很快上市,且而开发成本也较低,同时还可根据市场的变化来灵活应对。

单片机M CU实际上也只是中间产品,其应用达到一定的量时,又会重新要求设计生产有真正市场和用户的SoC,故国产M CU也是SoC前期产品。

4 单片机现状与发展建议单片机(M CU)是目前国内外集成电路中量大面广、附加值高的A SSP。

台湾生产单片机M CU的厂商除了华邦公司外,其余都是无晶圆集成电路设计公司。

M CU实际上也只是中间产品,其应用达到一定的量,会重新要求设计生产有真正市场和用户的SoC,故M CU实际上也是SoC前期产品。

4.1 国际单片机现状M CU是目前国内外集成电路中量大面广、附加值高的产品。

2007年全球M CU达151亿美元,其中Renesas、Freescale公司等前10位M CU生产商要占77.1%。

在国外,绝大多数大型半导体公司都生产单片机/嵌入式处理器芯片,并把它们作为主要的赢利产品。

如Samsung公司把集成电路产品的发展分成3个阶段:DRA M、M CU和高档数码产品。

Renesas公司的M CU在国内应用量已达第一位,而在国内的投资继续大幅度增加。

目前主流M CU虽仍为8位,但是16位、32位高档M CU增长很快。

据统计,2006~2010年M CU的复合增长率为8%,而32位M CU的复合增长率为20%。

2004~ 2007年M CU增长的30亿片中有20亿片是16与32位M CU。

32位M CU主要是基于ARM、M IPS和Freescale的Pow erPC。

A RM公司提供SoC设计的内核,采用ARM 核的M CU2007年已达3亿片(主要是Samsung、NXP、At mel、ST等公司的通用M CU),预计2010年将达19亿片;同时,ARM公司在2003年已开发Cort ex架构的M CU,在2005年专门收购了K eil公司(开发M CU开发环境的公司),把发展通用M CU作为该公司的发展策略。

4.2 台湾地区单片机现状台湾M CU的占有率约为10%,大多以8位为主,产品以A SSP形式为主。

生产M CU的厂商除了华邦公司外,其余都是无晶圆集成电路设计公司(如义隆、盛群和凌阳等公司)。

如盛群公司的I/O型、L CD型、A/D型等全系列M CU,已可供应工业规格等级产品。

该公司通过业界合作伙伴,产品已应用在汽车数字仪表板、倒车雷达、防盗器、电动窗等汽车外围相关设备。

松翰公司的8位M CU 产品因为在抗干扰特性上特别加强,并采用1T架构(1个时钟周期即是1个指令周期),能达到比传统8051核更高的速度,因此获得不少要求高精密度的医疗测量仪器厂商青睐,应用在耳温计、电子秤、体脂计与电子血压计等设备上。

很多厂商都以中国大陆市场为目标。

以义隆公司的策略为例,为了对需求增长最快的大陆家电市场有更多认识,该公司派人亲自拜访重点客户,对当地市场做深入的INDUST RY FORU M 业界论坛调查,并与各种方案提供商(第三方System Design House)建立紧密的合作关系。

方案提供商专为系统产品厂商代工设计或开发新产品,对终端市场有相当程度的了解。

义隆公司目前一方面通过经销商拓展市场,另一方面选定几个重点领域,建立与直接客户/方案提供商的联系管道,把握具潜力的应用市场。

义隆公司同样拥有五花八门的M CU产品线,但该公司的产品分类方法则是仅保留通用型产品的M CU名称,其他加入特殊应用功能的产品则分别并入通信、消费性、计算机外设、LCD驱动等IC,这样就有机会继续转进收益更佳的特殊应用产品。

目前其在面向消费电子应用的语音M CU、音乐M CU,计算机领域应用的鼠标/键盘M CU,以及通信领域应用的电话M CU和滑指式触控板都有很大市场。

这些厂商一有新产品,就送给各大专院校使用,并举办各类的比赛,来促进产品的推广和改进。

目前,台湾M CU也在朝16/32位方向发展。

华邦公司因具备自己的工厂,在2006年推出内置A RM7与ARM9核心的产品用于通信与数据处理。

金丽科技公司的16/32位M CU(X86架构)产品结合其自身技术专长,主打网络设备及工业控制的应用。

台湾省政府2008年提供1亿新台币给凌阳公司研制新一代32位单片机M CU。

4.3 我国大陆单片机现状根据赛迪的报告,2007年我国大陆M CU市场中,8位产品仍占据着主力地位,销售额和销量所占据的市场份额均在50%以上;32位和16位产品的增长则相对较快,无论是销量还是销售额的增长率均接近或超过30%,两者销售额之和所占整体市场份额升至27%。