台灣SIP產業鏈發展現況剖析:台積電,TSMC,聯電 - CTIMES
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而創意電子也是ARM在台灣另一家設計服務中心,該公司將ARM核心,如ARM7 Core、ARM9 Core及AMBA匯流排整合成客戶所需之ASIC及SoC的各項設計服務;另外創意電子與喬鼎資訊 ...
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CTIMES/文章/
台灣SIP產業鏈發展現況剖析
SIP風潮下的機會與挑戰(上)
【作者:莊偉傑】 2002年12月05日星期四
瀏覽人次:【13753】
在系統單晶片的發展趨勢下,使得矽智財(SiliconIntellectualProperty;SIP)相關族群的關係更緊密地結合,位於半導體製造重鎮的台灣,由於有晶圓代工廠商的奧援,再加上後段封裝與測試的廠商,形成一完整的半導體產業價值鏈,這樣的環境帶動了國內「國內IC設計公司」的興起,而「設計服務」的蓬勃發展亦與此有密切的關係,不論是「IC設計公司」在IC的提供,或是「設計服務公司」在SIP的提供與設計服務等方面都與晶圓代工產業的支援關係密切。
這樣的結合使得無晶圓廠的IC設計業者與無晶片的設計服務業者得到最大的生產支援,由於能專注於IC設計的專業,使IC設計產業逐步壯大;另一方面,也由於IC設計產業的蓬勃發展,使得晶圓代工的訂單源源不絕,更加速了晶圓代工產業的發展,這樣的關係可說是環環相扣,造就了目前國內「IC設計」與「晶圓代工」在整體半導體產業的地位,而國內「設計服務公司」屬於方興未艾的階段,但由於接近晶圓代工廠商的優勢,因此國內此一行業依然被看好。
一、設計服務業
台灣的設計服務公司在2000年以後有如雨後春筍般成立,但大多的公司皆屬中小型的公司,員工人數多在百人以下,且目前國內並無專門提供SIP的供應商,主要係以相關設計服務為主要營收的來源,其所提供的服務當中又以後段設計、整合SIP、以及整體輸出服務(Turn-KeyService)為主,如(圖一)。
其服務的類別、型式與SIP的來源將在以下作一說明。
設計服務可分為以下幾個業務類別:
1.SIPProvider&Service
目前國內有能力從IC設計前端發展的廠商較少,因為牽涉較高的技術層次,而一些規格方面的制定,也不是設計服務廠商所擅長之處,而目前國內廠商所提供的SIP以「基本型」與「標準型」的SIP為主,已獲得國外大廠授權或自行開發「明星級」SIP的廠商尚為少數。
至於「標準型」SIP方面,國內多家廠商對於「介面型SIP」如USB、PCI與IEEE1394;「混合訊號」的ADC與PLL;應用於「多媒體」的JPEGSIP;以及「記憶體」的SIP等都有提供。
雖然此類型的SIP需求量較大,但其價格與附加的價值較「明星級SIP」來的低了許多。
至於在「明星級SIP」的領域,邇來也有幾家廠商因過去累積ASIC開發與SoC設計服務的能力,已獲得國外SIP供應廠商的授權,例如智原科技以ARM的架構為基礎,發展出一套與ARM處理器相容的核心產品,其著眼於一些規模較小的「Fabless廠商」與「系統廠商」,在財力限制下可能無法支付國際大廠如ARM的高額權利金,此時就可以轉而向ARM授權的國內設計服務業者,由它們提供以ARM為架構所發展出來的SIP,將以較低的價格授與客戶。
另一家設計服務公司源捷科技則是經過DSPGroup與ARM的認證,成為它們在台灣的設計服務公司;獲得國外明星級SIP公司的授權認證後,源捷可以協助其客戶整合DSPGroup之SmartCores系列的DSP核心至晶片中,以及提供整合ARMCPU核心所需的設計服務;如此一來,ARM與DSPGroup也可以藉此拓展亞洲方面的市場。
而創意電子也是ARM在台灣另一家設計服務中心,該公司將ARM核心,如ARM7Core、ARM9Core及AMBA匯流排整合成客戶所需之ASIC及SoC的各項設計服務;另外創意電子與喬鼎資訊合作,開發一顆16位元定點運算架構的DSPSIP,並已通過0.18微米製程的驗證,可說是國內廠商在「明星級SIP」的實力展現。
《圖一 國內設計服務業者所提供的設計服務類型〈資料來源:工研院經資中心(2002/11)〉》
至於國內設計服務公司對於SIP的來源,基本上可分為「自行開發」與「向外找尋適合的SIP」。
通常自行研發所需的時間較長,在客戶所需的產品急迫上市的情況之下,這樣的方式緩不濟急,再者,許多市面上的標準是多數廠商所依循的,而提供這些SIP的廠商眾多,除非國內廠商在價格與品質有相當的競爭力,方有機會脫穎而出;至於在「明星級SIP」方面,自行研發的門檻就更高了,我們除了必須要考量自身的財力與能力,以及競爭對手都是國外內知名的大廠之外,過去系統大廠所共同依循的架構更是一大問題,除非國內廠商有能力以策略聯盟的方式主導一個全新的標準或架構,而使其他廠商放棄暨有的架構來跟隨這個新的架構,且有相關的廠商提供支援軟體配合才行。
因此在種種的限制之下,國內設計服務公司在自行研發SIP成果方面較為不足,目前通常採取向外搜尋的方式,在市場中找尋客戶所需的SIP,再加以整合之。
2.Turn-KeyService
台灣因擁有完整的IC製造的價值鏈,因此國內一些廠商紛紛在此模式下,建立其整體的加值服務,提供包括從IC設計中的某一階段(例如「RTL階段」或是「GateLevel階段」甚至自「規格之制定」),乃至光罩、製造、封裝與測試,直至IC成品產出的服務。
這種方式可以使其客戶不需額外再尋找廠商製造與生產IC,因此不但可以讓該設計服務的廠商保證其良率,並可大幅縮短「設計」與「上市的時程」,而其客戶只要專心於產品的規格制定、前段的設計與市場的行銷即可,因此可謂達到精密分工之效;而有些廠商甚至只需要開出規格即可,其他的工作就交由設計服務的廠商去執行,而這樣的方式具有價格上的彈性,因此所花費的成本一般而言也較自行尋找IC的製造商來得低。
3.LayoutService
國內大部分的設計服務公司都有提供「LayoutService」的服務,例如科雅、巨有、源捷、創意與智原等公司,此一服務如此普遍的原因除了IC設計公司為了減少設計時間、專心在前段設計之外,也與這些設計服務公司成立的背景有關。
一般而言,此項服務內容大致包括從「繞線、佈局」至「設計與電氣相關規範之檢測」等設計後段的工作,但並不提供客戶生產與製造的服務。
藉由此一設計服務的模式可使公司累積後段設計的經驗,進而逐漸轉到前段的設計,而成本的節省及設計上的改進決定此程序的成功與否。
台灣SIP市場現況
在台灣SIP的市場規模方面,台灣目前並無獨立的SIPProvider,係由設計服務公司提供設計服務兼提供客戶所需的SIP。
直至2001年底,國內約有20餘家的設計服務公司,而這些公司SIP的營收佔公司總營收的比重皆在10%以下。
主要的營收來源還是在於LayoutService與Turn-KeyService兩方面。
由「SIP與設計服務」的總產值方面來看,國內產業的情形與全球SIP產業相仿,2001年的不景氣並未對此一產業帶來太大的影響,國內「SIP與設計服務」產業仍有18.4%的成長,如(圖二),而未來的兩年,其成長約在20%左右,堪稱相當穩定。
而隨著智源、源捷、創意與亮發等公司相繼獲得國外ARM與Tensilica等公司的授權,將使得國內這些設計服務公司可經由國外SIP供應商授權的CoreSIP為核心,提供週邊SIP整合之服務,以擴展其客戶來源,使得國內設計服務公司未來將有機會承接較高階的設計服務訂單,對於國內設計服務整體的產值,有提昇的效果。
至於SIP方面的營收,隨著愈來愈多的設計服務公司提供市場所需求的介面型SIP,如USB、IEEE1934與影音解壓縮的SIP,預估在2003年國內SIP的營收佔設計服務業的總營收將達到9.2%,亦即SIP的產值將由2000年約258.3百萬台幣,提昇至2005年的1,081百萬台幣,其五年間的複合成長率高達33.15%。
《圖二 國內設計服務(包含SIP的提供與設計服務)產業產值〈資料來源:工研院經資中心(2002/11)〉》
二、IC設計業
IC設計業者目前所遭遇的一個問題,是產品的複雜程度提高且上市的時程縮短,要如何在時間的壓力下完成複雜的產品,是IC設計業所面臨非常大的一項挑戰,因此善用SIP就成為IC設計公司加快上市腳步的重要手段。
IC設計公司使用第三者所開發出來的SIP來做成系統,最大的好處是可以藉此跨入原本非專業的領域,提昇產品的附加價值,當然,也可縮短產品開發的時程。
目前國內IC設計公司都有各自專長的領域,但基於由外部授權SIP至內部使用的驗證與交易模式等問題,因此這樣的方式事實上在國內的IC設計公司並不十分地普遍,除非該公司意欲快速進入某一市場,或是在顧客化設計的消費性產品與某些特定領域的通訊產品中,方才以授權方式向外購入所需的SIP,但所購入的SIP通常為I/O或是週邊的SIP,並非是產品核心的SIP。
至於向外授權SIP內部使用的情形較不普遍的另一個原因,在於國內IC設計的主要應用別為資訊產品,在2001年國內資訊產品的設計營收佔所有應用產品別營收的65.7%,這類型的產品通常為ASSP(標準用途的IC),因此使用SIP的情況較ASIC(特定用途的IC)來得少;另一方面,國內IC設計公司的核心SIP多為自行研發的成果,以供內部使用,而這樣的方式,減低了SIP與其他電路相容性的問題,也是向外授權SIP內部使用的情形並不普遍的另一因素。
當公司規模漸大,且著眼於該產品的市場潛力不錯的情況,在及時上市的壓力下,若考量自行研發的成本大於外購的成本之下,就有能會考慮向外購買某些SIP至內部使用,但是公司內部的人員要相當的能力與經驗處理購入的SIP,否則反而有可能會延遲上市的時間。
:表一 國內前五大IC設計公司在SIP/SoC的應用現況
2001排名
公司名稱
2001年營收(億台幣)
主要產品
SIP之發展/開發SoC相關產品
1
威盛
341
PC晶片組
1.研發Matthew系統晶片組
2.購併LSILogic之CDMA部門,取得相關SIP的核心
2
聯發
154
DVD/OpticalStorage
1.研發高整合度DVD晶片組
2.向ARM取得ARM7TDMI核心SIP的授權,加快無線通訊產品的上市腳步。
3
瑞昱
73
網路相關產品
高整合度「NIC/Switchcontrolle」與「無線晶片組」
4
凌陽
66
消費性電子產品
凌陽以併購的方式取得全技「掃描器控制器」與「數位相機控制單元」的相關SIP;而公司內部亦有一掌管SIP的專屬部門。
5
揚智
54
PC晶片組/DVDPlayerIC
以自行研發前端Servo之控制片,並結合ESSTechnology的MPEG
2解壓縮之SIPBlock,成功地開發出DVD系統單晶片。
資料來源:工研院經資中心(2002/11)
威盛電子
威盛在開發整合型晶片組後,又接著以SamuelCPUcore進軍系統單晶片市場;Matthew為內建C3處理器與Twister北橋晶片的系統單晶片,將作為WebPAD、資訊電腦裝置產品線解決方案;多媒體事業部也已陸續有新產品推出,繼CD-ROM晶片後,再推DVD-ROM的系統單晶片。
為了取得無線通訊相關技術,除在瑞典設立研發中心外,又購併通訊大廠巨積(LSILogic)的CDMA部門,取得相關SIP核心。
未來威盛將以微處理器、繪圖晶片、網路晶片等核心技術,發展系統單晶片產品。
聯發科技
聯發以原有的CD/DVDROM技術為基礎,持續研發推出高整合度的DVDPlayer整合晶片,推出整合Servo控制晶片及MPEG2解碼晶片,以及CD-RW晶片,和結合DVD-ROM與CD-RW的Combo晶片組。
另外,該公司過去已投入無線通訊方面的研發,而為了加快期無線通訊產品上市的腳步,聯發於2002年第三季向ARM取得ARM7TDMI核心SIP的授權,期以在射頻(RF)與基頻(Baseband)方面的軟硬體開發能更加順利。
瑞昱科技
瑞昱的產品線是以各類型網路應用產品?開發重點,2001年第三季推出的10/100M高速乙太網路三合一單晶片控制器系列產品。
2002年將推出1G網路IC單晶片,整合實體層及主控制器。
在無線通訊方面也有所進展,發展RF及Baseband的整合晶片。
另外,成立LCD監視器控制晶片的產品線亦於2002年推出內建ADC、TCON以及MCU等多項功能的控制單晶片產品,未來還將推出內建TMDS介面的控制單晶片產品。
凌陽科技
凌陽在併購全技之後,取得掃描器控制器與數位相機控制單元的相關SIP,並利用全技過去研發相關產品的人才、技術與經驗,開發出數位相機控制單晶片的解決方案。
而未來在系統單晶片發展方向的規劃,除原有之生產中心、消費性產品、多媒體產品事業中心外,再以全技研發團隊為核心增設影像產品事業中心,以各類影像處理用單晶片為研究開發重點。
其內部更有一20餘人的IP部門,負責掌管內部SIP的流通。
揚智科技
揚智在從PC晶片組為主的市場進行多元化佈局後,已經逐漸從PC市場成功轉向以消費性電子產品為營收主力。
在系統單晶片發展的方向是以高效能微控制器(MCUIP)為核心,開發適合多媒體應用的產品。
而該公司過去係以研發前端Servo之控制片,並結合ESSTechnology的MPEG2解壓縮之SIPBlock,成功地開發出DVD系統單晶片。
國內一些較具規模的IC設計業者,已開始重視對於SIP的盤點與再使用環境的建構,並積極地朝向系統單晶片的方向邁進。
過去設計公司在規模小的時候,或許對於SIP的盤點與再使用,需求還不是那麼的迫切,不過隨著規模與產品線的漸漸擴充,SIP的再使用就變得愈來愈重要,目前已有許多的國內IC設計公司成立專門的部門進行建構SIP流通的管理環境,致力於SIP的內部流通與外購SIP的相關事宜,相信未來SIPReuse的觀念與實踐,將會是IC設計公司達成系統單晶片致勝的關鍵之一。
三、IC製造業
IC設計公司的設計都必須經由晶圓代工廠協助製作成IC後,最後才能出貨給客戶。
若是在設計之始,IC設計業者便可從晶圓代工廠得到協助,取得充足的資訊,諸如那些SIP是經過該廠的驗證(包含SiliconVerification及ProductionProven)、該項SIP可使用何種製程、可由何處取得及適合何種設計工具等,如此對IC設計業者而言,不但可大為降低設計與投產時的時間與成本,更能減少所須面臨的設計與生產風險;另一方面對晶圓代工廠商而言,IC設計公司所投產的產品若曾由該廠生產或驗證過,則可減低生產的困難度,有效控制良率,使晶圓代工業者對生產時程的安排能有效管理,交貨時間能更容易掌控,再者也能擴大對客戶服務的層面,使業者對晶圓代工事業的經營有莫大的助益。
基於有上述的考量,所以晶圓代工業者也與多家SIP服務相關業者合作,提供了多項SIP相關的設計服務,供客戶選擇使用。
目前晶圓代工業者所提供的SIP服務相目一般包含下列的項目:
‧基本SIP(Library)
‧標準SIP
‧SIP製程驗證,包含SiliconProven與ProductionProven。
‧後段設計服務(SIP整合)
台灣二家晶圓代工廠因應系統單晶片發展之需求也提供了SIP相關服務,以下就分別介紹。
台灣積體電路公司
台灣積體電路公司所提供的設計與SIP相關服務包含以下項目:
1.IPService
TSMC為因應客戶的需求而提供由3rdparty所授權的SIP,這些SIP皆經過TSMC的「驗證」,包含SiliconVerified及ProductionProven。
所有的SIP都是各SIPvendor所設計,亦經過授權使用,並可在設計與生產過程中得到SIPvendors的完全技術支援。
2LibraryService
此項目提供包含in-house及3rdparty的IP資料庫,內容除SIP外,尚有電路應用及設計流程,客戶可直接至這些資料庫中查詢。
合作的3rdparty的SIPvendors包含Artisan、Avant!、NurLogicDesign,Inc.、Synopsys、Virage、VirtualSilicon、以及Xemics等公司。
3EDAService
TSMC與世界主要的EDA公司合作,提供「適合TSMC製程技術」的設計工具及檔案(DRCcommand/RCextraction檔案)。
與TSMC合作的EDA公司有Cadence、Avant!、MentorGraphics、Simplex、以及Synopsys。
4.DesignImplementationService
在此項目下TSMC除提供自身的設計部門的Turn-key服務之外,尚可選擇由TSMC合作之設計服務聯盟(DesignCenterAlliance;DCA)成員提供相關的設計服務;目前該聯盟包括國內外多家半導體廠商、IC設計公司、EDA公司與設計服務公司。
聯盟中包括了國內六家設計服務公司(創意、科雅、源捷、巨有、世紀創新、虹晶)與一家EDA公司(新思科技)。
聯華電子
聯華電子所提供的設計與SIP相關服務包含以下項目:
1.IPCatalog
UMC的客戶可直接進入合作公司的IP資料庫中,讀取各種SIP相關的規格與技術資料,使客戶可容易選擇與取得所需要的SIP。
與UMC合作的SIPCatalog廠商包含VirtualSilicon、Artisan、GlobalCAD、以及Virage等公司。
2.SiliconShuttle
在此服務項目中,UMC提供一套完整的流程(wafer-test-chip),使客戶能夠將各種設計與原型在UMC作驗證(SiliconLevel)。
3.EmbeddedMemory
UMC提供各種EmbeddedMemory的設計與製程技術,客戶可由其中擇一使用。
其設計來源包含Artisan、VST、Virage等公司。
此外,UMC亦提供full-customizedembeddedmemory的設計供客戶選擇使用。
4.ASICplus
UMC在此項目下與世界重要的設計公司合作,提供完整的Turn-key設計服務方案,包含設計服務、晶片製造、與封裝、測試一貫流程的設計服務;此一聯盟亦包括國內外多家的半導體相關廠商在內,至於國內設計服務公司的智原科技為此一聯盟的重要成員。
5.VirtualFoundryConsultant
UMC設計了一套線上諮詢系統,客戶從這系統中可得知其在設計上所需要SIP的來源、規格,及設計投產後所使用的製程技術,還有包含所需的封裝、測試等相關資訊,使客戶能在最短的時間內得到需要的資訊。
小結
從以上的介紹與分析可知,台灣由於擁有完整的半導體產業鏈做為支持後盾,SIP相關族群在此一環境優勢之中,不但發展已經小有規模,未來遠景亦可期待。
然而台灣的IC設計環境仍有人才不足與資源缺乏的情況,在國外SIP供應商的強勢競爭與威脅下,台灣如何努力贏得挑戰、在全球市場脫穎而出,仍是未來整體半導體產業界必須深切思考的問題。
(作者為工研院經資中心產業分析師)
下期預告
在全球SIP潮流中,台灣半導體廠商應如何掌握機會、迎接挑戰?
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