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为什么定制SoC芯片越来越容易?

近日,在一年一度的Arm TechCon大会上,Arm市场营销资深副总裁Ian Smythe宣布,截止2017年12月,基于Cortex-M3和Cortex-M0的SoC出货量达280亿。


System on Chip,简称Soc,也即片上系统。业内普遍将SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器(或片外存储控制接口)集成在单一芯片上,它通常是客户定制的,或是面向特定用途的标准产品。


随着半导体技术,特别是移动互联网和智能终端的迅速发展,传统微处理器系统已经无法满足当下芯片多功能、高性能及低功耗的要求。正是基于此,SoC芯片应运而生,主要应用于智能手机、物联网、人工智能、自动驾驶等新兴领域。


为此,SoC芯片也被认为是半导体和IC产业未来的发展的方向。


国内掀起SoC芯片创业热潮

正如上文所言,智能手机、物联网、人工智能、自动驾驶等新兴应用的发展助推了SoC芯片的发展,而我国恰恰是这些新兴应用的最主要市场。以智能手机为例,2017年我国智能手机市场出货量为4.4亿台,而每一台智能手机内都搭载了数颗功能强劲的SoC芯片。


此外,2017年我国NB-IoT芯片出货量为500万片。2018年随着多家厂商的集中商用出货,我国NB-IoT芯片出货量将达千万级甚至上亿片。另一方面,国内人工智能产业的迅速崛起,进一步推升了SoC芯片的需求增长。


与此同时,为了更好地实现产品可控性,国内企业越来越多选择自主开发定制SoC芯片,特别是初创企业。可以这样说,新兴应用的发展,带动了国内新一轮SoC芯片热潮。

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实际上,我国已经成为全球最大的IC设计市场。据统计,2017年我国IC设计企业已达1380家。特别是在2014年“国家集成电路产业投资基金”发布之后,芯片领域越来越受资本市场青睐,创业企业呈现爆发式增长。


定制SoC芯片越来越容易


提起芯片设计,我们更多地会联想到英特尔、高通、英伟达、博通、赛灵思、Altera、联发科、海思、展讯、中兴微电子等这样的知名企业。由于设计流程繁琐及制造难度高,使得芯片看似高不可攀。


实际上,随着全球半导体产业分工及格局越来越明细化,创业者已经可以非常轻松地找到相应零部件供应商及代工厂。从流程上来看,SoC设计者首先会找IP、EDA和Foundry厂商合作开发出芯片,再由软件工程师开发,从而缩短设计周期及降低风险和成本。目前,芯片已经成为我国战略发展方向,国内芯片创业迎来了难得的春天。

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注:IC芯片设计的大致流程


虽然说芯片设计流程非常繁琐,但从芯片设计本身而言,首要的就是确定IP核。IP核(Intel lectual Property core知识产权核)是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序,该程序与集成电路工艺无关,可以移植到不同的半导体工艺中去生产集成电路芯片。对于SoC芯片设计工程师而言,其设计工作主要以IP模块为主。为此,IP也被认为是SoC应用的基础。


IP的出现,也让SoC芯片设计周期大幅缩短并大幅度降低研发成本,基于IP核的SoC设计已经成为业内趋势,目前在移动终端最主要的IP核来自Arm公司。其在2010年就开始运作DesignStart项目,通过开放Cortex-M0系统、Cortex-M3处理器及相关IP子系统,帮助开发者以更简单、更快速、更低风险的途径实现定制化SoC。


对于国内IC设计企业而言,为了降低成本及海外厂商依赖,也在积极研发自主IP核,但是总体上进展并不乐观。现阶段,在智能手机、物联网、可穿戴设备、人工智能等领域主要还是Arm公司IP授权。而这对于创业企业而言,无疑也是最佳选择,正如上文提到的移芯通信公司。


作为一年一度的科技盛会,Arm TechCon大会每年6月至10月都会在全球巡讲,分享基于Arm生态系统的最新设计案例、尖端技术、方法及工具等,包括XILINX、Mentor Graphics、AdaCore、Device Pilot、FlexLogix等创业公司都在Arm TechCon大会上展示过最新产品方案。基于Arm公司在IP授权领域的主导地位,每年的Arm TechCon大会已经成为芯片创业领域的“风向标”。而在今年的Arm TechCon大会上,Ian Smythe也将移芯通信NB-IoT芯片EC616作为典型案例在全球巡讲中重点分享,其中最主要原因是EC616芯片所表现出来优异性能,特别是在功耗表现方面。另一方面,移芯通信在短短6个月时间即完成芯片流片,这对于Arm而言也是其帮助开发者定制化SoC的最好体现。


6月流片是怎么做到的?

“这家2017年才成立的公司,由于借助了DesignStart项目中的Cortex-M3处理器,研发人员可以将精力聚焦在NB-IoT通信模块、模拟射频、基带协议栈及软件等开发上,仅用六个月时间就完成了流片,并且一次成功。” Ian Smythe在谈及移芯通信时也表示:“经验丰富的研发团队也是其成功的重要原因。”

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移芯通信成Arm TechCon典型案例


正如Ian Smythe所言,移芯通信创始人及开发团队大部分来自于知名手机芯片厂商Marvell,团队所开发的手机芯片已累计出货数亿片,从而为NB-IOT芯片EC616的快速量产提供了保障。另一方面,DesignStart项目中也提供包括EDA工具、软件开发、芯片代工服务、芯片设计服务、技术支持,培训等全方位支持,进一步加速SoC芯片的开发进度。


此外,凭借在蜂窝终端芯片上积累的丰富实战经验,移芯通信对于NB-IoT芯片也进行了全新的架构设计,使其更加低功耗及低成本,以满足物联网需求。

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实际上,在Arm运营DesignStart项目之后,孙正义也提出了一万亿连接的梦想,而这也是未来物联网时代到来的基础条件。为此,Arm也在为创新者更加方便地获得IP提供帮助,以扫除其芯片开发过程中的障碍。


小结:

正如移芯通信总裁熊海峰所言,这是一个创业最好的时代。资本的大量涌入,为我国芯片产业提供了新的活力。在Arm公司DesignStart项目加持下,创业者能够更加快速地开发出定制的SoC芯片。但是在设计之初也要做好产品规划,明确知道自己的市场空间在哪。否则,即使SoC芯片开发再容易,也会最终被市场淘汰。


以物联网为例,我国正在主导NB-IoT市场,未来芯片需求有望达到上亿级别。国内企业应该把握住机遇,正如移芯通信一样,在功耗表现方面解决行业痛点问题,快速抢占市场,推动国产芯片的应用普及,进而逐步摆脱国外依赖。


目前,我国芯片产业正处于蓬勃发展阶段,新兴应用的出现也为创业者提供了广阔空间,需要越来愈多的创业者参与进来,发挥各自领域特长,深耕细分应用市场,开发出具有竞争力的芯片产品,只有这样才能进一步推动我国芯片产业实力提升。

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