SoC晶片系統（System-on-chip；SoC），或稱系統單晶片，或稱嵌入式片上系統。
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EDA 'software challenged,' Gary Smith says
SAN DIEGO, Calif. — The EDA industry is starting to show some good growth, but needs to help solve the growing software development crisis, according to analyst Gary Smith. Further, Smith said, EDA tools need to adopt parallel programming, and many need to be completely rewritten.
Smith and other analysts from Gary Smith EDA spoke at a Sunday night presentation on the eve of the Design Automation Conference (DAC) here June 3. At past conferences, Smith has spoken as a Dataquest analyst. Dataquest closed its CAD group last fall, however, and Smith subsequently launched Gary Smith EDA.
As he's traditionally done on the night before DAC, Smith offered an EDA market forecast. This year's forecast is optimistic. It predicts 2007 EDA revenues of $4.795 billion, up from $4.423 billion in 2006. Smith predicted $6.585 billion revenues in 2011. "We're off dead center and up and moving," he said.
But the design world is changing, Smith said, and EDA is "alive and well but software challenged." He said that semiconductor vendors want EDA vendors to provide tools for all the design challenges they're facing, and their number one design problem is software.
"They're now looking for EDA vendors to provide a total hardware and software solution," Smith said. "If you want to stay providing the stuff you've always provided, you probably won't be around in five years," he said. "If you want to take advantage of the opportunity, it's a nice market."
Smith showed a second chart in which embedded software development tools are added to the EDA market. In this chart, the combined market totals over $8 billion in 2011. The problem: "Only a couple of EDA vendors really understand embedded software."
Smith struck a similar theme at last year's Design Automation Conference, where he said that the biggest problem with system-on-chip (SoC) design is embedded software development.
Smith's other point this year was that EDA vendors have a considerable amount of software work of their own to do — they need to parallelize their algorithms to handle designs at 100 million gates and beyond. While some existing vendors have done "surface rewrites" of tools for parallelism, Smith said, "most tools will need to be completely replaced. This is a big deal. The ideal would be concurrent algorithms."
Support for multi-processing and multicore architectures is in fact a major theme at this year's DAC, where several startups are introducing EDA products written from the ground up to take advantage of parallel processing.
Daya Nadamuni, analyst at Gary Smith EDA, spoke about the "crisis in concurrent programming" for multicore architectures. "How do we take parallel programming, which is not well understood in the mainstream, and proliferate it out to applications developers?" she asked. "Do we have ten years to train everybody in concurrent programming before the crisis hits? Multicore is here today."
EDA vendors are not sure how to deal with software, she noted; that's always been somebody else's problem. Embedded tool and real-time operating system (RTOS) vendors don't know how to deal with multicore. Electronic system level (ESL) providers aren't sure where they stand. The key to success, Nadamuni suggested, is good programming models.
Tom Starnes, analyst at Objective Analysis, discussed hardware and software design considerations for multicore systems-on-chip. He noted challenges including task partitioning, memory hierarchy, bus structure, power domains, process technology, verification, simulation, and power dynamics.
"You've got to have a way to simulate the entire system and certainly all the processors and all the software in a timely fashion," he said. "One of the most difficult things to simulate is the dynamics of power."
"Multiple processors are here. Deal with it. You're going to have to work with the entire system design team," Starnes said.
資深分析師Gary Smith表示，EDA產業正開始健康成長，但還需要解決日益嚴重的軟體開發危機；此外他也表示，EDA工具需要開始接受平行編程(parallel programming)方案，很多甚至要完全重寫。
在今年設計自動化會議(DAC)開幕前夕，原屬於市場研究公司Dataquest的Smith，在老東家解散CAD研究團隊之後，率領他自己成立的Gary Smith EDA公司分析師，針對EDA市場發表預測演說指出，今年會是樂觀的一年。Smith預測2007年EDA產業營收將達47.95億美元，高於去年的 44.23億美元「我們已經從低谷中走出來，開始向上發展。」
Smith表示，設計產業在變革，EDA也呈現良好發展態勢，但是在軟體方面也面臨著考驗。半導體供應商希望EDA供應商能夠提供可以解決所有設計難題的工具，而其中頭號設計難題就是軟體：「半導體廠商正呼籲EDA供應商提供一套整體化的硬體和軟體方案。如果你還是抓住過去的產品不放，可能5年之內就會被淘汰。如果你想抓住商機，那現在正是時候。」
Smith展示了一張圖表，該圖表將嵌入式軟體開發工具也加入到EDA市場範疇內。根據該圖表顯示，這兩個市場的合計總值到2011年將超過80億美元。但問題是，目前真正了解嵌入式軟體的EDA廠商並不多。Smith在去年的DAC上也曾發表過類似的觀點，當時他表示系統晶片(SoC) 設計最大問題就是嵌入式軟體開發。
Smith今年的另一個觀點是，EDA供應商本身也有大量軟體方面的工作要做──他們需要將其演算法平行化，以應付1億閘級及以上的設計。儘管目前已經有一些供應商對其工具的平行化完成了“表面上的重寫”，但大部份工具都需要完全更換，這是一項大工程，而同步化演算法 (concurrent algorithms)將是最理想的結果。
支援多重處理和多核心架構實際上也已經成為了今年DAC會議的主題，有多家新創公司將發表利用平行處理優勢重新製作的EDA產品。
Gary Smith EDA的分析師Daya Nadamuni分析了多核心架構中“同步編程的危機”：「我們該如何進行多數人還不了解的平行編程，並將之向應用開發人員推廣？在危機爆發之前，難道有 10年的時間來給每個人做同步編程方面的訓練嗎？多核心是今天就必須面對的問題。」
Nadamuni指出，EDA供應商並不確定該如何解決軟體問題，他們總認為事不關己。嵌入式工具和即時作業系統(RTOS)供應商不知道如何應付多核心結構，電子系統級設計(ESL)供應商也不明白自身的處境。她建議，成功的關鍵在於良好的編程模式。
另一家研究公司Objective Analysis的分析師Tom Starnes討論了多核心SoC硬體和軟體設計方面的問題，其中包括任務劃分、記憶體層級、匯流排結構、電源域(power domains)、處理技術、驗證、模擬和電源動態。
Starnes認為：「你必須有一個方法可以模擬整個系統，當然還有所有的處理器和軟體。其中模擬電源動態是難度最大的任務之一。多核心處理器已經問世了，要勇敢地面對它，而未來整個系統設計團隊的緊密合作將不可或缺。」
多核心Soc時代來臨，EDA產業最大挑戰是軟體，未來小型EDA公司生存空間恐將消失！
EDA業將朝向兩極化發展，大者將恆大，合併、整合、再合併！引用:
思源預計合併後，在全球將擁有超過400位員工及400家半導體業客戶，公司市值也將攀升至2億美元。新一任的經營團隊仍由現任董事長暨執行長呂茂田及營運長鄧強生繼續領軍；面對半導體先進製程不斷精進，加上soc時代來臨，希望利用最先進製程來設計soc晶片，以滿足客戶降低成本及功耗的需求。
儘管在SoC時代中，IP的重要性與日俱增，但是由於特殊的商業模式與技術障礙，真正成功的IP授權業者卻只有屈指可數。受惠於在手機市場的廣泛應用，造就了全球最大的CPU核心業者ARM。該公司的營運長Tudor Brown，同時也是公司的創始人之一，日前在接受本刊的專訪中，非常難得地暢談了ARM的過去、現在與未來。
請談一談ARM的發展歷程，公司當初為何決定以IP授權模式進入市場？
早在1983年，ARM的前身Acorn Computer公司，就已開發出非常好的RISC處理器，但一直未能取得商業上的成功。到1990年，ARM正式成立後，我們便決定要將此核心技術建構成為一標準，讓全球的各家業者都能廣泛使用，也因此開始採用授權的商業模式。
但這在當時算是全新的模式，如何說服其他業者採用、相信我們的技術，是非常不容易的。也因此，在早期我們的確經歷了許多挫折與困難。當然，我們的商業模式也一直在演變，以因應市場的需求。一直到1993年，TI、Cirrus Logic等知名業者採用我們的技術後，ARM終於逐漸在市場中建立知名度，開拓出一條與其他業者不同的道路。
如今看來，我們當初所秉持‘為大家所用’(used by everybody)的願景，似乎已經快達到目標了。我們的ARM9核心已擁有超過200家的授權業者、ARM7也有150多家的公司採用。此外，光是 2006年，內含ARM核心的晶片出貨量就有25億顆，而累積至2007年底，ARM核心晶片出貨量已突破100億顆。隨著市場的持續發展，我們希望能在 2010年實現年出貨量45億顆的目標。
IP市場中成功的例子並不多見，您認為ARM成功的關鍵是什麼？
當然，技術優勢是最重要的。我們的CPU核心具備低功耗、小尺寸的特點，這讓我們擁有絕佳的競爭力。此外，在於我們決定授權這項技術，而非進行銷售的商業模式。當時我們雖擁有充份的技術足以發展成為一家供應微處理器的無晶圓半導體公司，但直接與TI、NEC等大型的IDM直接競爭的話，那勢必會是一場硬仗。而透過授權的方式所帶來的營收一開始或許不多，但卻能獲得這些廠商的青睞。
另一方面，ARM是一間保守的英國公司，或許這也是能讓我們長久苦撐此一模式，等待收穫的原因之一。IP授權的營收有授權金與權利金兩種。後者必須等到客戶的產品實際量產成功後，才會實現，這通常是三到五年的等待時間。我們在進行公司的營運規劃時，通常都假設只會有授權金收入，因此能夠以更穩健、謹慎的方式讓公司慢慢成長，不會躁進。事實證明，我們的權利金收入從近年起開始穩定成長，這也讓我們能有更充裕的資源持續進行新技術研發。
目前手機仍佔ARM約三分之二的營收，對ARM的發展非常重要。您對手機市場的未來發展有何看法？
在2006年25億顆ARM核心晶片的出貨量中，行動電話就佔了16億顆，此一市場的確對ARM非常重要。我們之前曾經預期，隨著其他應用的成長，到2010年時行動市場佔ARM的營收比例可能會降至五成，但目前看來，此一預測不會發生。
我想，原因之一是我們低估了一台手機中所能容納的核心數量。若以全球手機市場10億支的規模來計算，2006年時，平均一支行動電話有1.6顆核心。事實上，許多行動電話中所包含的還不只一顆核心，例如迅速成長中的智慧型手機平均就有5顆核心，這對ARM而言是一項利多的消息。
再者，隨著手機功能需求增加，除了基頻、射頻、應用處理器之外，像是藍牙、Wi-Fi、WiMax、3D繪圖、音訊等功能的整合，都會使手機需要的核心數量越來越多，需要的效能愈來越高。從一支手機中我們可以看到非常有趣的市場動態，不同業者會採取相異的設計概念與整合方式，然而，不管是哪些業者的方案，他們都使用著ARM核心，這也就是我們的營運模式所帶來的效益。
近來我們更致力於多核心處理器，不管是我們在2004年推出的多核心MPCore架構或是新一代的Cortex-A9多核心處理器，都是因應彈性化與高效率的需求而開發的。舉例來說，行動電話大部份在待機時並不需要太多功耗，但一開始運作就得消耗很多電源，而藉由彈性化的多核心設計，即可迅速地進行切換，使平均功耗低，而峰值功耗則維持較高。長遠看來，多核心處理應用將會變得更為普及。
近來行動上網裝置(MID)似乎又成為另一個受到矚目的行動應用領域，請談一下對這方面的看法？
的確，這將會是另一個重要的商機所在。不管是PC陣營希望將筆記型電腦做小，成為一台MID，或是手機陣營希望增強網路瀏覽功能使其成為一台連接行動電腦 (Connect Mobile Computer，CMC)，雙方業者看到的機會都是相同的，只是各有其不同的做法與策略。
對核心授權業者來說，ARM的任務是希望能建構一個生態環境，透過結合各廠商的力量與合作，促使這樣的願景能夠實現。也因此，我們日前與包括 Marvell、TI、三星在內的七家業者將進行一項合作計畫，將針對Linux軟體開發一行動運算平台，希望能加速軟體方案的創新，以強化手機上網的使用者體驗。
除了行動市場以外，ARM在非行動市場方面的策略為何？
嵌入式應用將會是另一個快速成長的領域，ARM核心也將會是最適用的產品。我們的作法是儘量不針對某一特定市場開發單一產品，以便使產品可滲透至各種不同的應用中。我們透過觀察市場的需求與趨勢，來開發具有特色需求的核心，因此，這樣的產品往往也適用於不同的市場中。例如，我們在幾年前與硬碟製造商合作，開發出一款 ARM9系列核心，該核心後來也適用於MP3播放器中；而我們與一家開發汽車煞車系統的公司合作所打造的核心，由於它具備嚴苛的即時條件，因此還能應用在基頻處理器中。這也就是為什麼ARM7在1994年推出多年後，至今仍相當普及於各種應用中之故。
此外，微控制器(MCU) 市場也是非常令我們感到興奮的，目前已有12間業者採用ARM核心推出32位元MCU產品，未來的成長可期。隨著電子產品的功能需求持續提升，即使像是遙控器、玩具等產品，也都紛紛開始改採32位元MCU。而由於ARM核心已具備完整的軟體生態環境，對設計人員來說，相容性高、撰寫程式容易，當考慮整體的系統成本時，32位元MCU反而擁有更佳的成本優勢。隨著越來越多的業者捨棄其自有的專屬核心架構，改採ARM核心開發MCU產品之後，我相信，這樣的趨勢會持續發展下去，使ARM核心的應用更為普遍。
回到剛才我們談到ARM的成功關鍵時，我想除了技術、商業模式之外，我想我們也是非常幸運的。就當手機開始從類比朝數位轉換時，我們剛好在那個時間點具備了此一低功耗的數位核心架構。而現在，當MCU市場開始朝32位元RISC 架構移轉時，我們的核心、軟體生態也已經就緒，這對我們的成功來說，也是非常重要的。
另一方面，我們在數位家庭領域也會有很大的商機。我想強調的是，雖然市場上一直僅對ARM的低功耗表現印象深刻，但我們在高效能需求的應用中，也同樣表現優異。而即使是對包括電視、DVD播放機等插電產品來說，由於散熱、能源等問題，功耗設計未來仍將是一重要考量。
而隨著產品開發成本的不斷上升，未來一間公司不可能同時支援多種CPU架構，而兼具功耗與效能的ARM核心，將會佔極大的優勢，這些因素都將會使我們在非行動市場的營收持續成長。
SOC與IP：IC設計發展引擎
SOC是當今IC設計技術及其創新產品的發展主流。儘管有包括矽週期在內的各種因素的影響，但在新的應用和半導體集成電路技術的有力推動下，SOC在今後10年內必將會獲得大的突破和發展。據Dataquest報告，預計到2006年，全球SOC市場需求額將達570億美元，占同期半導體市場的26%左右，2001年-2006年的年平均增長率為17.2%，高於同期世界半導體市場增長率13個百分點以上。
雖然SOC的概念還沒有完整的定義，要實現真正意義上的SOC，道路還很曲折，但其比傳統芯片具有更低的功耗、更高的性能價格比和更快的上市時間的特點以及極大地降低了系統整機的成本和體積的優勢已成為業界的共識。 世界各國無不傾力發展SOC產品，都在投入巨資大力開展SOC設計方法研究。特別是一些著名跨國半導體公司，包括EDA、IP以及FPGA供應商都將其2/3的研發經費用於開發SOC相關項目。
SOC和IP的興起促使IC設計產業鏈形成
一個成功的SOC設計必須由專業化的分工合作共同努力才能完成。只有專業化，才能發揮各自擅長的、最有價值的那部分優勢，形成各自的核心競爭力，應對 SOC給設計、測試、工藝集成、器件和結構以及其他領域帶來的諸多挑戰。SOC的複雜性，使集成電路設計成本增長越來越快，在0.35微米工藝時約100 萬美元，0.18微米工藝時已達200萬-300萬美元，當發展到0.09微米時，費用將高達1300萬美元。於是在世界集成電路產業鏈的發展中，崛起了集成電路設計服務業的中間業態，並為整個半導體經濟增長注入了新的動力和活力。
IC設計價值鏈所出現的新業務形態包括：SOC設計平台及其係統方案供應商(Chipless)、矽知識產權供應商(SIP，Silicon Intellectual Property)、設計服務公司(IDC)、MPW服務的公益性機構、IC探針卡及其樣品測試公司、IC工程樣品微分析服務公司等。其中，設計服務公司向設計代工(Design Foundry)、委外設計服務(ODM/OEM)模式發展也逐漸成為世界設計服務業的新趨勢。據相關諮詢公司預測，到2006年，全球設計服務市場規模將達到70億美元左右。
IC設計服務被分離是企業核心競爭力形成的必然
為使Foundries、Fabless和系統整機廠商專注於各自的專長， IC設計的分離，不僅使客戶得到了最有競爭實力的IC和IT產品價格及最佳的設計和服務，而且使他們在SOC設計中提升了自己的核心競爭力。
Foundries需要IC設計服務。世界頂尖的Foundry公司為能掌控最新的工藝技術，滿足SOC所需的世界級最新製造能力，在20世紀90年代中後期，這些公司將原來在內部建立或維持的一支設計服務隊伍給分離出去。 21世紀初，以中國為代表的大量新的具有穩定產量的代工廠在世界各地湧現，它們為應對競爭，以滿足提供低成本的晶圓和產能的要求，更迫切在IC設計環節中，與IC設計服務公司建立各種戰略聯盟。 總之，Foundries需要IC設計服務。因為：第一，對於Foundries要提供不同工藝等級的眾多類別的IP(矽知識產權)，尋覓這方面有經驗的人才困難，且維持一支內部設計和支持隊伍費用也非常昂貴。 第二，為保證IP的保護及其設計和復用質量必須承擔的相應法律責任，這已超出其核心能力。
Fabless需要IC設計服務。 SOC產品往往是處於壟斷競爭的市場結構中，且芯片從設計到樣品成功的整個過程也越來越複雜，而Fabless大都是屬中小型企業，絕對不可能由一家來全包這複雜設計的全過程。為此，對一個明智而成功的Fabless公司來說，只能鎖定一個方面，精於一項技術，以形成自己的核心設計及其產品營銷能力。 IC設計服務崛起，恰恰滿足了IC設計公司增強這方面競爭力的需求。
系統整機設計需要IC設計服務。由於系統整機廠商的特長在於系統整機設計，對後端IC設計，包括芯片製造、封裝及其協調而去建立一支專門的設計服務團隊在經濟和時間成本上並不划算。所以，通過IC設計服務，使其獲得所需的各種資源來進行系統級設計不愧是一條捷徑。這不僅使其避開了IC專業範疇的知識產權煩惱，且又能充分發揮其特長。
SOC和IP及其複用的發展加速IC設計價值向縱深延伸
今天集成電路市場轉向SOC的關鍵之一，在於IC設計能否提供創新產品，能否快速地適應千變萬化的市場。為此，SOC的設計，必須首先考慮是否有合適的IP或結構件以及相應的EDA工具及其測試方法和設備，此外，還包括可用的矽加工工藝及其能力，包括系統整機應用環境(如標準、體系和設施等條件)的變化。
SOC的發展，要求IC設計必須採用或研發SOC所關注的創新的技術。也就是說，IC設計不能游離於先進的IT技術，必須有駕馭乃至掌控以下6大高價值領域的能力，即在
系統設計、IP結構及其複用、芯片製程的工藝集成、高成品率的芯片製造管理、EDA和測試工具、市場等6大方面，滿足3C融合市場的需求，從而加速IC設計價值向縱深延伸，體現IC設計的真正價值。
一個頂尖的從事SOC事業的IC設計公司，為滿足SOC產品的創新性和上市性，必須要將業務重心放在對現有設計改進上，鑄造起一個集成器件設計商 (IDD)。 因為IDD除了沒有自己的晶圓廠外，實現了對6大設計價值鏈中的5個關鍵領域的控制，從而形成了經濟規模和較低的成本競爭優勢。而一般的無晶圓廠的Fabless公司比IDD要低一個等級，它們只擁有自己的設計和銷售部門，完全依賴於系統整機廠商和芯片代工廠等的幫助來完成產品。所以，Fabless公司一定要提升自己在IC設計價值中的層次，逐步把自己轉變成IDD。
相關鏈接世界IP標準和IP交易組織
SOC平台及其產品設計主要涉及兩大問題：即IP的設計標準、保護和維護以及IP的獲得和驗證。國際上自1996年就出現專門從事IP標準化和IP交易的組織。 主要可以分為兩類：一是製訂IP標準、規範的組織；二是從事IP交易的組織。世界最知名的製訂IP標準、規範的組織是VSIA協會(虛擬插座接口聯盟)。 它成立於1996年9月，目前成員單位有200家左右。
世界上IP交易組織基本上有兩種模式：第一，政府和跨國企業間的聯盟。 第二，社團組織。如由世界IP開發商和IP供應商組建的可複用的專用知識產權開發者協會(RAPID)，其於1996年成立。該協會致力於通過建立相關的準則，鼓勵協會成員積極採用良好的商業誠信，促進IP的使用及其交換、交易。
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本帖最後由 青翁道人 於 2008-7-18 08:18 編輯 ]
