嵌入式应用正成为推动半导体市场发展的主力军。消费电子、通信和汽车电子等嵌入式应用市场的增长已过传统PC市场的增速。面对巨大的市场机遇,国内外半导体企业都积极在嵌入式应用市场布局。就国内企业如何在嵌入式市场中掌握主动权,嵌入式产业环节如何协同合作,记者邀业界专家发表精彩观点。
嵌入式系统应用已经渗透到我们生活的方方面面。根据相关统计,从2000年到2008年,全球计算机半导体市场下降了10%,而与此同时,包括消费电子、通信和汽车电子在内的嵌入式半导体市场却在上升。
当前市场对半导体产品的主要要求有:较快的产品上市时间、低价格、低功耗、良好的可配置性。满足这些要求的技术主要有两种,一个是SoC(系统级芯片),一个是SiP(系统级封装)。从全球范围看,SoC是当前的主流技术,它也是嵌入式技术的核心之一。
SoC产业规模逐步扩大
在SoC技术方面,我们看到产业已经形成一个链条———将IP整合形成SoC系统,SoC系统加上操作系统、驱动、外围接口等形成嵌入式方案,嵌入式方案再加上显示、外壳和品牌等就成为消费者终购买的电子整机产品。从IP到SoC,到嵌入式方案,再到终电子整机产品,每个产业节点的产业规模在逐步放大。今天,全球IP与IC设计服务业的产业规模约为30亿美元,应该说这个规模还是比较小的;SoC的产业规模大约有900亿美元;电子整机系统则是上万亿美元规模。
目前,全球Fabless(无晶圆设计)公司过1500多家,IP供应商过400家。在美国、欧洲特别是印度有很多家IP企业。通过对IP企业的相关研究,我们发现他们的主要成立时间是在2000年以后,而且这些企业的生命周期都比较长。在IP技术方面,大家为关注的是嵌入式微处理器,目前在国内主流的嵌入式处理器有ARM、MIPS、PowerPC、X86和C*Core,应该说他们在各自的领域都有一些独特的优势。例如,ARM在通信、MIPS在数字电视、X86在工控、PowerPC在通信基础市场都分别拥有很高的市场占有率。值得一提的是,我国自主创新的嵌入式微处理器C*Core也在信息安全和数字电视领域获得了较好的应用。
去年,我国IP核市场为2.98亿元,占全球IP市场的2.64%,而且这一市场还将不断增长。对于嵌入式CPU的选择,在移动终端领域,ARM的市场占有率约为90%;受重大专项的牵引,国内企业在嵌入式处理器的选择上,C*Core的选用比例由4%上升到13%。
国内需要建设嵌入式生态圈
由于嵌入式系统的巨大发展前景,全球半导体巨头都对该市场进行战略规划。英特尔在2010北京IDF上表示,从45nm以后,该公司在每一代新工艺上都研发两类产品,一类是通用CPU,一类是SoC。
从嵌入式微处理器到SoC芯片,到嵌入式解决方案,再到终端产品的过程中,有多种多样、纷繁复杂的产业链环节。例如,发展嵌入式处理器,要有外围IP供应商配合,要有代工厂配合,要有廉价便捷的开发验证系统配合,还要有嵌入式操作系统和应用软件的配合,以及后备人才的培养等。
这就形成了一个以嵌入式微处理器为核心的生态系统圈。我们看到在ARM、X86周边都是一个个嵌入式系统圈。以ARM为例,其Armconnectedcommunity在全球有过700多家企业,包括IP、工具、foundry、验证方案商和整机系统厂商。ARM在中国400多所大学开设相关的课程,出版了120多种教材。ARM已经建设了一个强大、的生态系统。国内要发展嵌入式微处理器,要发展嵌入式产业面临的挑战已不仅仅是技术问题和资金问题,更多的是生态系统的建设问题,而生态系统的建设不是一两家企业独立可以完成的,需要多方力量的参与。
总体来说,目前产业消费进入“以人为中心”的嵌入式时代。在这个时代中,产业链各环节环环相扣,联动发展;产业之争已经从单纯的技术竞争演变为生态竞争。生态的竞争不是一家企业能够独自完成的,在这其中,公共服务机构大有可为。目前,我们看到公共服务机构在IP/SoC服务上尚有许多工作要做。我们成立的国家集成电路公共服务联盟就是要从共性技术、知识产权、人才培训、战略咨询和行业品牌这五个方面来推进自主创新嵌入式微处理器和外围IP核的发展。
苏州国芯董事长郑茳 国产嵌入式CPU进入发展正循环
虽然国产嵌入式CPU与国外产品相比起步晚了一点,而且国外嵌入式CPU有他们的优势,但国产嵌入式CPU也有可以发展的空间。
C*Core的发展已经进入正向循环。C*Core是2001年从摩托罗拉转移的M*Core基础上发展起来的。我们从2002年到2006年进行技术研发和创新,经历了很艰苦的过程。在近10年的发展中,我们已经形成了系列的C*Core产品。在国内的中芯国际、华虹NEC、台积电、和舰和宏力等不同的工艺线上实现了18种不同工艺的CPU。到目前为止,已经有5000万颗、40多款SoC芯片得到了应用。特别是在信息安全领域,国产信息安全SoC主要采用C*Core设计。此外,C*Core还应用在数字电视、通信网络、USBKey等等领域。量产的客户有20多家,用户数每年以高于的速度在增长。到今年年底,我们预计将有1亿颗的SoC是基于我们的C*Core。
自主嵌入式CPU有较高性价比
与国外嵌入式CPU相比,我们自主的嵌入式CPU具有较高的性价比。这是因为,我们的发展以促进国内SoC产业为宗旨,国家给了很多支持,我们的产品价格与国外同类CPU相比,有较大优势。但我们更重要的优势不仅仅是在产品价格上,而是在我们提供的SoC设计服务上。我们希望自己既是嵌入式CPU的提供商,也是一个SoC芯片结构设计的公司。因此我们在提供嵌入式CPU技术的同时,也提供SoC芯片的结构设计。
目前,在全球市场上有很多的嵌入式CPU企业,而且英特尔也进入了嵌入式CPU市场,但这并不表明国产嵌入式CPU就没有用武之地。我相信这不是一个简单的谁替代谁的问题。我觉得,未来如果国产SoC芯片能够有1/20或1/10甚至说有1/5采用国产CPU,我们就有一定的市场发展空间。而且,在一些应用领域国产嵌入式CPU有一定的优势。例如,在信息安全领域,相对来说我们就有较多优势。
在消费类产品领域,特别是价格敏感型产品领域,采用国产嵌入式CPU在价格成本上的优势是非常明显的。
国产CPU起步晚但有发展空间
生态环境建设是嵌入式CPU发展非常重要的一个环节。它是CPU未来能够取得成功的一个非常重要的条件。我们发起成立的中国C*Core产业联盟已经有7年时间,这个产业联盟包括9家高校、11家研究院所和200多家企业。我们有机会建立起一个适合国产嵌入式CPU发展的环境,但这需要时间。我们也看到国家集成电路产业联盟明确提出了要把国产嵌入式CPU作为主要推广的产品,这也给我们带来了非常好的发展机遇。
我们针对C*Core主要做了以下几方面创新:一是在工艺上优化了设计,这使得功耗在一般情况下低于0.27mW,是全球功耗较低的嵌入式CPU;二是根据国家密码委的要求,在结构上针对信息安全应用进行了专门设计;三是我们开发了CPU用于高清电视、通信网络等。与此同时,我们还在设计用于传感网的产品。物联网产业为嵌入式CPU带来了机遇。该市场需要价格低廉、结构小巧的全集成传感Soc芯片。此外,我们还与英飞凌合作,引进了英飞凌的某指令集,作为我们C*Core另一个系列产品的发展基础。
嵌入式核心芯片企业要具备产业链协调能力
嵌入式市场在近年来受半导体企业密切关注。由于它涉及工业设备、便携医疗、消费电子、信息安全、汽车信息娱乐系统、智能电网以及通信等广大应用领域,未来发展规模和速度是目前占全球半导体市场近一半的传统电脑应用市场所无法企及的。因此,无论国际半导体巨头还是发展中的半导体行业企业都开始或制定周密战略计划进军或布局该市场。
近几年,我国嵌入式产业链已经涉足消费电子、信息安全、工业设备等应用领域,并崭露头角。但面对愈来愈激烈的竞争环境,我国嵌入式产业链企业要想在广泛的嵌入式应用领域分一杯羹,目前更需要协同作战,而且核心环节要具备整体产业链协调能力。
在一些发展较为成熟的嵌入式应用市场,伴随着产业的升级,它们对应用设备和系统提出了更高的要求。例如在汽车领域,嵌入式系统不仅要满足广泛的温度范围、可靠性和实时性高等过去传统的需求,还要不断提高系统性能以适应信息化和广泛互联的发展需求;而在另一些新兴嵌入式应用市场,例如智能电网和物联网,还需要产业链上下游去提出需求和规划发展规划。为此,嵌入式产业链上某个企业的单打独斗已经不能将市场做起来,而是需要包括标准制定、运营、IP、芯片设计、元件、操作系统和应用软件算法、PCB以及终端制造等在内的整体嵌入式产业链条的协同合作,去提升或开拓嵌入式应用。
而且,发展新兴嵌入式应用需要每个产业环节延伸其服务领域,一些核心嵌入式产业环节要具备较强的协调组织能力,才能更快地推动嵌入式产业的发展。例如,嵌入式处理器企业作为系统的核心,不仅要能够提供处理器IP,还要能够对标准演进、芯片架构、操作系统和应用软件、系统运营、测试等环节有一定的掌控,把自己的服务延伸到这些环节,以协调产业链的发展,方可在激烈竞争中实现快速突破。
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