半導體技術精進 分工更趨細密Fabless ASIC崛起 成產業新趨勢
半導體技術精進 分工更趨細密Fabless ASIC崛起 成產業新趨勢
（趙凱期／採訪中心）
2005/07/08
近年來全球半導體產業生態逐漸發生變化，隨著製程不斷進步，先進製程的投資日益增加，設計層次不斷提升，進入門檻也大幅提高。市場上的變化讓Fabless ASIC這個新的分工模式有興起的機會，2004年ASIC市場高達190億美元，由此可見，Fabless ASIC是一個值得觀察的新興市場。 系統廠商傳統生態 系統廠商取得IC有兩個管道，一是向IC設計公司直接購買ASSP，另一方式則是在內部完成晶片前段設計（包含Architecture及RTL），再交給ASIC公司去執行後段實體設計及生產製造。一般而言ASIC公司內部有晶圓廠直接生產晶圓，較少和晶圓代工廠有生意往來。 先進製程投資門檻不斷提高，晶圓代工廠能比一般ASIC公司更快速推出新製程及更容易享有成本優勢，所以透過晶圓代工廠生產ASIC將具有規模經濟；因此幾年前市場上一般看法是系統廠商最終是會把ASIC直接交由晶圓代工廠生產。然而從晶圓代工廠近年來營收來源的觀察，Fabless設計公司佔了66％，垂直整合元件商（Integrated Device Manufacturer；IDM）佔了33％，而系統廠商貢獻予前幾大晶圓代工廠一直不到1％。反觀2004年全球ASIC／ASSP整體市場，ASIC市場卻佔了至少27％，可見一般系統廠商開ASIC時，絕大部分還是交由傳統ASIC廠商製造生產。 背後原因很簡單，系統公司除了軟體設計的部份外，還包括硬體上的成品製造，晶片只是其中1個零組件。假使系統廠商下單給晶圓代工廠，還得找到設計服務公司負責實體設計，找IP廠商取得IP，找封裝測試廠負責封測。將來晶片成品有問題，因為參與整個設計及製造的環節頗多，責任歸屬將難以界定。 所以系統公司一般傾向於經由ASIC公司去統包所有設計生產的環節，將一整顆ASIC的成敗轉嫁給ASIC公司負責，本身則致力於系統層級的研發設計，強化其核心競爭力。因此系統公司通常完成Architecture及RTL後，可免除接下來直接面對實體設計的設計公司、晶圓廠、封裝測試廠及IP公司，只要面對ASIC公司，讓ASIC公司負全責。換句話說，這就是傳統的ASIC公司的定位，提供整體解決方案（total solution）。 Fabless ASIC產業興起 如前所述，當系統廠商選擇與傳統ASIC公司做生意時，就難以利用到晶圓代工廠先進的製程及成本優勢，因為傳統的ASIC公司內部建有晶圓廠，所以一般會優先考慮使用自己的晶圓廠。另一方面，如果系統廠商選擇直接找晶圓代工廠，又會面臨直接面對至少4～5家不同環節的供應商（如設計服務公司、IP公司、晶圓代工廠及封測廠）的問題。因此，Fabless ASIC這個分工模式的興起，就是為此需求產生。 顧名思義，Fabless ASIC公司未直接擁有晶圓廠，但靈活運用各種不同的人脈及技術脈，透過策略聯盟方式結盟IP公司、晶圓代工廠及封測廠，再加上本身實體設計的技術，將可以提供系統廠商整體的解決方案。系統廠商透過Fabless ASIC公司的服務，既可達到使用晶圓代工廠的目的，又不用自己親自處理半導體設計及製造的各個環節，其合作的Fabless ASIC公司會對整個流程及結果負全責，兩全其美。 2004年ASIC總值約為190億美元，預估每年平均有8.4％的複合成長率。這也就是Fabless ASIC的潛在市場總值（total available market；TAM）。 Fabless ASIC產業的迷思 然而目前在市場上可以發現，市面上的設計服務公司，雖然不少打著Fabless ASIC的名號，但其主要客戶來源卻為小型的ASSP設計公司（ASSP startups），而非系統廠商；另外，絕大數系統廠商還是走傳統ASIC的路線，原因為何？ 一般而言，設計服務業者擁有的IC實體設計能力並不若ASIC業者先進，光靠製造上的後勤支援整合能力提供委託製造服務（turnkey service），並不足以吸引系統廠商。再加上現今設計複雜度與規模不斷增加，以及強調系統單晶片的設計概念，設計服務業者要能成為真正的Fabless ASIC公司，除了著重物流管理能力及精確計劃進度之外，其系統單晶片的設計能力及能夠一次就成功量產的能力，已經成為成功贏取系統廠商不可或缺的競爭力要素。 Fabless ASIC公司的成功關鍵因素 就技術而言，到了深次微米時代或是奈米時代，半導體技術的推進已不再僅是單純縮小線距，而是如何能解決線距縮小所伴隨而來的各項挑戰，包含時序收斂（Timing Closure）、訊號完整性（Signal Integrity）、低耗電（Low Power Consumption）、可測性設計（DFT）、可製造性設計（DFM）等，這些難題通常使得大部分公司因Re-spin而有極大損失，或對於選擇先進製程裹足不前導致產品競爭力下降。 根據2004年美國知名市場調查公司Collett International Research的統計資料，顯示超過65％的IC設計需要re-spin，更凸顯出IC設計日益艱難的事實。Re-spin的代價頗高，不僅成本可高達200萬、300萬美元，且會大幅延遲產品上市時間至少6～9個月，在產品生命週期日益縮短的市場上，延遲6～9個月可能導致產品落後對手1個世代。 此外，就目前產品的應用及技術的發展而言，設計的重心由0.25微米及0.18微米逐步轉為0.13微米或90奈米，產品本身的複雜度加上昂貴的高階製程NRE費用，導致系統廠商考慮外包商時，會特別著重其合作的Fabless ASIC廠商，是否為兼具先進設計方法（Design Methodology）及豐富深次微米／奈米實體設計（Physical Design）經驗的專業團隊。 走在先進技術前端的系統廠商，不僅要求其ASIC供應商（不管是有晶圓廠或是無晶圓廠）必須解決EDA工具在先進製程的限制問題，亦必須能成功發展高品質、高效能的SoC，協助其快速搶佔市場。所以fabless ASIC公司只要有能力銜接這個缺口，確保晶片設計的效能、量產良率、可靠性測試，及穩定度的控制，接獲系統廠商的大單就指日可待。 過去幾年來，在半導體大環境不景氣下，面對如此龐大的商機以及系統廠商釋出的需求，許多的設計服務公司陸續切入此市場，爭取系統廠商釋出的訂單，以求轉型為Fabless ASIC公司。但國內、外設計服務公司一路走來，雖然一直都有切進0.13微米及90奈米製程技術的打算，但進度上卻與預期有所差距。 尤其是90奈米製程技術對全球每家IC設計公司來說，仍是很新的技術，所以現階段要有效推出具時效性、穩定性、可驗證性及可量產性的設計服務流程，滿足系統廠商的需求，對很多設計服務公司來說，仍充滿挑戰。尤其在沒有所謂的標準可循的情況下，甚至連EDA軟體、開發工具、測試程式，及製程驗證等服務內容，都還處於百家爭鳴的階段，要定義完整的設計開發流程，並能夠量產，是覬覦190億美元大餅的每家fabless ASIC業者，在最短時間內必須做到的事。 在0.13微米及90奈米製程技術上，能夠一次開發晶片成功（first silicon success）絕非易事，如前述不到35％的設計能夠一次成功可以得知。至於能夠確保客戶委任的設計第一次就順利量產成功，更是難上加難。目前全球有數百家設計服務公司，能做到0.13微米或90奈米製程技術的公司已屬極少數，能真正量產成功的公司更是屈指可數，世芯電子（Alchip Technologies）即是其中一家，早在2003年就成功為日系大廠完成0.13微米製程的量產，2004年再次為品管嚴格的日系大廠，在90奈米一次設計就量產成功、並在2005年初開始量產。 選擇長期合作的fabless ASIC夥伴需考量許多因素，好的Fabless ASIC公司應具備以下條件 ‧堅強的核心技術團隊：有良好的track record，完成過大型的先進製程設計案。 ‧先進的設計方法（Design Methodology）：可解決深次微米或奈米設計中所產生的訊號完整性（Signal Integrity）、電源管理（Power Management）、可測性設計（Design for Testing；DFT）和可製造性設計（Design for Manufacturing；DFM）等複雜問題。 ‧完善的設計及製造解決方案：與3rd party，包含IP、EDA tool、晶圓代工廠、封裝、測試廠有良好的合作關係，能提供time-to-market、time-to-volume及cost benefit的total solution。 ‧有效率的供應鏈管理：提供完整的產能、物料、運籌管理，使產品能上市。 Fabless ASIC公司 目前在Fabless ASIC產業知名度較高的有台灣的世芯電子與智原科技，及美國的eSilicon。 世芯電子於2002年成立，是一個由矽谷華人成立的外商公司，專注於高複雜度晶片設計，於2003年即領先市場採用先進製程0.13微米，2004年亦開始採用90奈米並一次設計成功順利進入量產。雖然世芯電子在3家公司中，成立時間最短，但是技術層次卻領先市場。世芯的經營及設計團隊，是來自矽谷與日本經驗豐富的SoC設計專家，2001年時被SONY選中，為其設計PS2的繪圖晶片，有效提高良率、縮小晶片，並提高其運算頻率，展現先進的技術。目前主要客戶來自日系系統大廠。世芯電子總公司位於內湖科技園區，並於美國、日本、中國設有研發、行銷據點，全球員工超過120人。 智原成立於1993年，成立時間相較早於其他兩家公司。目前智原是亞洲最大的IC設計服務公司，全球員工超過500人，採用0.18微米、0.13微米製程，目前也開始採用90奈米製程，客戶群主要來自甫創業的IC設計公司，國際系統大廠則為另一開發重點。智原總公司位於新竹科學園區，並於美國、日本、歐洲與大陸設有研發、行銷據點。 美國eSilicon公司成立於2000年，因為蘋果電腦（Apple Computer）的iPod晶片供應商Portal Player設計並製造IC而聲名大噪。eSilicon主要客戶為美國為主的IC設計公司及系統公司。總公司位於加州Sunnyvale，另外在美國其他地方也有據點，亞洲則在日本新橫濱有辦公室。 結語 現代消費者要求日益翻新的新產品，導致系統廠商設計規格更加複雜，系統業者在激烈的競爭環境下，除了經營自有品牌，以行銷手法推銷產品外，提供差異化的產品則是致勝的另一關鍵點。開立ASIC是尋求產品差異化的重要方式之一，一般美日系統大廠會藉此加強其產品競爭力及特色。 隨著半導體產業的製程演進，晶圓廠的建製和製程發展的費用越來越高，半導體產業趨向專業分工、晶圓代工廠的製程技術已超越ASIC大廠，系統廠商若使用有口碑的Fabless ASIC廠商，將可有效利用先進晶圓代工廠的技術及不斷降低的成本優勢，同時達到faster time-to-market的目標。此外，IP產業也環繞著晶圓代工廠蓬勃發展，在各方條件具備的情況之下，只要系統廠商能夠善用能力經驗及資源皆備的Fabless ASIC公司，那麼Fabless ASIC公司成為系統廠與晶圓代工廠間的橋樑將是必然的趨勢，而新的產業鏈也將成形。 科技小辭典－ASSP vs. ASIC ASIC（Application Specific IC）為針對某特定應用市場的某特定客戶所訂製的IC產品。ASSP（Application Specific Standard Product）則為針對某特定市場所推出的IC產品，可銷售予多元客戶。因此，ASIC與ASSP以此產品是售予單一客戶或多家客戶的商業行為來區分；若一顆IC最後僅出貨予單一客戶，則歸類於ASIC範疇，若售予多家客戶，則歸類於ASSP範疇。
（趙凱期／採訪中心）
2005/07/08
近年來全球半導體產業生態逐漸發生變化，隨著製程不斷進步，先進製程的投資日益增加，設計層次不斷提升，進入門檻也大幅提高。市場上的變化讓Fabless ASIC這個新的分工模式有興起的機會，2004年ASIC市場高達190億美元，由此可見，Fabless ASIC是一個值得觀察的新興市場。 系統廠商傳統生態 系統廠商取得IC有兩個管道，一是向IC設計公司直接購買ASSP，另一方式則是在內部完成晶片前段設計（包含Architecture及RTL），再交給ASIC公司去執行後段實體設計及生產製造。一般而言ASIC公司內部有晶圓廠直接生產晶圓，較少和晶圓代工廠有生意往來。 先進製程投資門檻不斷提高，晶圓代工廠能比一般ASIC公司更快速推出新製程及更容易享有成本優勢，所以透過晶圓代工廠生產ASIC將具有規模經濟；因此幾年前市場上一般看法是系統廠商最終是會把ASIC直接交由晶圓代工廠生產。然而從晶圓代工廠近年來營收來源的觀察，Fabless設計公司佔了66％，垂直整合元件商（Integrated Device Manufacturer；IDM）佔了33％，而系統廠商貢獻予前幾大晶圓代工廠一直不到1％。反觀2004年全球ASIC／ASSP整體市場，ASIC市場卻佔了至少27％，可見一般系統廠商開ASIC時，絕大部分還是交由傳統ASIC廠商製造生產。 背後原因很簡單，系統公司除了軟體設計的部份外，還包括硬體上的成品製造，晶片只是其中1個零組件。假使系統廠商下單給晶圓代工廠，還得找到設計服務公司負責實體設計，找IP廠商取得IP，找封裝測試廠負責封測。將來晶片成品有問題，因為參與整個設計及製造的環節頗多，責任歸屬將難以界定。 所以系統公司一般傾向於經由ASIC公司去統包所有設計生產的環節，將一整顆ASIC的成敗轉嫁給ASIC公司負責，本身則致力於系統層級的研發設計，強化其核心競爭力。因此系統公司通常完成Architecture及RTL後，可免除接下來直接面對實體設計的設計公司、晶圓廠、封裝測試廠及IP公司，只要面對ASIC公司，讓ASIC公司負全責。換句話說，這就是傳統的ASIC公司的定位，提供整體解決方案（total solution）。 Fabless ASIC產業興起 如前所述，當系統廠商選擇與傳統ASIC公司做生意時，就難以利用到晶圓代工廠先進的製程及成本優勢，因為傳統的ASIC公司內部建有晶圓廠，所以一般會優先考慮使用自己的晶圓廠。另一方面，如果系統廠商選擇直接找晶圓代工廠，又會面臨直接面對至少4～5家不同環節的供應商（如設計服務公司、IP公司、晶圓代工廠及封測廠）的問題。因此，Fabless ASIC這個分工模式的興起，就是為此需求產生。 顧名思義，Fabless ASIC公司未直接擁有晶圓廠，但靈活運用各種不同的人脈及技術脈，透過策略聯盟方式結盟IP公司、晶圓代工廠及封測廠，再加上本身實體設計的技術，將可以提供系統廠商整體的解決方案。系統廠商透過Fabless ASIC公司的服務，既可達到使用晶圓代工廠的目的，又不用自己親自處理半導體設計及製造的各個環節，其合作的Fabless ASIC公司會對整個流程及結果負全責，兩全其美。 2004年ASIC總值約為190億美元，預估每年平均有8.4％的複合成長率。這也就是Fabless ASIC的潛在市場總值（total available market；TAM）。 Fabless ASIC產業的迷思 然而目前在市場上可以發現，市面上的設計服務公司，雖然不少打著Fabless ASIC的名號，但其主要客戶來源卻為小型的ASSP設計公司（ASSP startups），而非系統廠商；另外，絕大數系統廠商還是走傳統ASIC的路線，原因為何？ 一般而言，設計服務業者擁有的IC實體設計能力並不若ASIC業者先進，光靠製造上的後勤支援整合能力提供委託製造服務（turnkey service），並不足以吸引系統廠商。再加上現今設計複雜度與規模不斷增加，以及強調系統單晶片的設計概念，設計服務業者要能成為真正的Fabless ASIC公司，除了著重物流管理能力及精確計劃進度之外，其系統單晶片的設計能力及能夠一次就成功量產的能力，已經成為成功贏取系統廠商不可或缺的競爭力要素。 Fabless ASIC公司的成功關鍵因素 就技術而言，到了深次微米時代或是奈米時代，半導體技術的推進已不再僅是單純縮小線距，而是如何能解決線距縮小所伴隨而來的各項挑戰，包含時序收斂（Timing Closure）、訊號完整性（Signal Integrity）、低耗電（Low Power Consumption）、可測性設計（DFT）、可製造性設計（DFM）等，這些難題通常使得大部分公司因Re-spin而有極大損失，或對於選擇先進製程裹足不前導致產品競爭力下降。 根據2004年美國知名市場調查公司Collett International Research的統計資料，顯示超過65％的IC設計需要re-spin，更凸顯出IC設計日益艱難的事實。Re-spin的代價頗高，不僅成本可高達200萬、300萬美元，且會大幅延遲產品上市時間至少6～9個月，在產品生命週期日益縮短的市場上，延遲6～9個月可能導致產品落後對手1個世代。 此外，就目前產品的應用及技術的發展而言，設計的重心由0.25微米及0.18微米逐步轉為0.13微米或90奈米，產品本身的複雜度加上昂貴的高階製程NRE費用，導致系統廠商考慮外包商時，會特別著重其合作的Fabless ASIC廠商，是否為兼具先進設計方法（Design Methodology）及豐富深次微米／奈米實體設計（Physical Design）經驗的專業團隊。 走在先進技術前端的系統廠商，不僅要求其ASIC供應商（不管是有晶圓廠或是無晶圓廠）必須解決EDA工具在先進製程的限制問題，亦必須能成功發展高品質、高效能的SoC，協助其快速搶佔市場。所以fabless ASIC公司只要有能力銜接這個缺口，確保晶片設計的效能、量產良率、可靠性測試，及穩定度的控制，接獲系統廠商的大單就指日可待。 過去幾年來，在半導體大環境不景氣下，面對如此龐大的商機以及系統廠商釋出的需求，許多的設計服務公司陸續切入此市場，爭取系統廠商釋出的訂單，以求轉型為Fabless ASIC公司。但國內、外設計服務公司一路走來，雖然一直都有切進0.13微米及90奈米製程技術的打算，但進度上卻與預期有所差距。 尤其是90奈米製程技術對全球每家IC設計公司來說，仍是很新的技術，所以現階段要有效推出具時效性、穩定性、可驗證性及可量產性的設計服務流程，滿足系統廠商的需求，對很多設計服務公司來說，仍充滿挑戰。尤其在沒有所謂的標準可循的情況下，甚至連EDA軟體、開發工具、測試程式，及製程驗證等服務內容，都還處於百家爭鳴的階段，要定義完整的設計開發流程，並能夠量產，是覬覦190億美元大餅的每家fabless ASIC業者，在最短時間內必須做到的事。 在0.13微米及90奈米製程技術上，能夠一次開發晶片成功（first silicon success）絕非易事，如前述不到35％的設計能夠一次成功可以得知。至於能夠確保客戶委任的設計第一次就順利量產成功，更是難上加難。目前全球有數百家設計服務公司，能做到0.13微米或90奈米製程技術的公司已屬極少數，能真正量產成功的公司更是屈指可數，世芯電子（Alchip Technologies）即是其中一家，早在2003年就成功為日系大廠完成0.13微米製程的量產，2004年再次為品管嚴格的日系大廠，在90奈米一次設計就量產成功、並在2005年初開始量產。 選擇長期合作的fabless ASIC夥伴需考量許多因素，好的Fabless ASIC公司應具備以下條件 ‧堅強的核心技術團隊：有良好的track record，完成過大型的先進製程設計案。 ‧先進的設計方法（Design Methodology）：可解決深次微米或奈米設計中所產生的訊號完整性（Signal Integrity）、電源管理（Power Management）、可測性設計（Design for Testing；DFT）和可製造性設計（Design for Manufacturing；DFM）等複雜問題。 ‧完善的設計及製造解決方案：與3rd party，包含IP、EDA tool、晶圓代工廠、封裝、測試廠有良好的合作關係，能提供time-to-market、time-to-volume及cost benefit的total solution。 ‧有效率的供應鏈管理：提供完整的產能、物料、運籌管理，使產品能上市。 Fabless ASIC公司 目前在Fabless ASIC產業知名度較高的有台灣的世芯電子與智原科技，及美國的eSilicon。 世芯電子於2002年成立，是一個由矽谷華人成立的外商公司，專注於高複雜度晶片設計，於2003年即領先市場採用先進製程0.13微米，2004年亦開始採用90奈米並一次設計成功順利進入量產。雖然世芯電子在3家公司中，成立時間最短，但是技術層次卻領先市場。世芯的經營及設計團隊，是來自矽谷與日本經驗豐富的SoC設計專家，2001年時被SONY選中，為其設計PS2的繪圖晶片，有效提高良率、縮小晶片，並提高其運算頻率，展現先進的技術。目前主要客戶來自日系系統大廠。世芯電子總公司位於內湖科技園區，並於美國、日本、中國設有研發、行銷據點，全球員工超過120人。 智原成立於1993年，成立時間相較早於其他兩家公司。目前智原是亞洲最大的IC設計服務公司，全球員工超過500人，採用0.18微米、0.13微米製程，目前也開始採用90奈米製程，客戶群主要來自甫創業的IC設計公司，國際系統大廠則為另一開發重點。智原總公司位於新竹科學園區，並於美國、日本、歐洲與大陸設有研發、行銷據點。 美國eSilicon公司成立於2000年，因為蘋果電腦（Apple Computer）的iPod晶片供應商Portal Player設計並製造IC而聲名大噪。eSilicon主要客戶為美國為主的IC設計公司及系統公司。總公司位於加州Sunnyvale，另外在美國其他地方也有據點，亞洲則在日本新橫濱有辦公室。 結語 現代消費者要求日益翻新的新產品，導致系統廠商設計規格更加複雜，系統業者在激烈的競爭環境下，除了經營自有品牌，以行銷手法推銷產品外，提供差異化的產品則是致勝的另一關鍵點。開立ASIC是尋求產品差異化的重要方式之一，一般美日系統大廠會藉此加強其產品競爭力及特色。 隨著半導體產業的製程演進，晶圓廠的建製和製程發展的費用越來越高，半導體產業趨向專業分工、晶圓代工廠的製程技術已超越ASIC大廠，系統廠商若使用有口碑的Fabless ASIC廠商，將可有效利用先進晶圓代工廠的技術及不斷降低的成本優勢，同時達到faster time-to-market的目標。此外，IP產業也環繞著晶圓代工廠蓬勃發展，在各方條件具備的情況之下，只要系統廠商能夠善用能力經驗及資源皆備的Fabless ASIC公司，那麼Fabless ASIC公司成為系統廠與晶圓代工廠間的橋樑將是必然的趨勢，而新的產業鏈也將成形。 科技小辭典－ASSP vs. ASIC ASIC（Application Specific IC）為針對某特定應用市場的某特定客戶所訂製的IC產品。ASSP（Application Specific Standard Product）則為針對某特定市場所推出的IC產品，可銷售予多元客戶。因此，ASIC與ASSP以此產品是售予單一客戶或多家客戶的商業行為來區分；若一顆IC最後僅出貨予單一客戶，則歸類於ASIC範疇，若售予多家客戶，則歸類於ASSP範疇。
posted by C.H. Chen @ 9:40 AM
0 Comments:
Post a Comment
<< Home