芯片設計外包的得與失

　　半導體制造在傳統上劃分為設計、制造、封裝、測試四個工序，從技術含量和成本來看，前端工序的設計和制造的比重最高，后端工序的封裝和測試的比重相對較低。半導體器件供應商在1990年代開始將封裝和測試委托第三方外包加工，后來隨著集成度的提高，使制造設備的資本支出猛增，半導體器件供應商再將前端工序的晶圓制造也委托外包或離岸外包，只保留設計工序在手，以達到降低生產成本，又抓緊核心技術的目的。進入2000年后，半導體市場先揚后挫，研發投入隨著銷售收益的下降而減少，位于半導體生產鏈最前端的設計工序也陸續委托外包，可用業界高層人士的一名話來表達，“設計外包正如物理定律那樣符合規律”。這里引用EETimes媒體在2004年8月發表的設計外包的調查結果，調查對象是北美洲的半導體供應商，他們的平均年銷售額達到23億美元，其中約1/4是50億美元的大戶，約1/4是5千萬美元的小戶。他們對設計外包調查的回答歸納如下：

•　最近有設計外包給第三方的公司，占36%，沒有的占64%。

•　答問者的職業分類，硬件工程師占43%，軟件工程師占11%，項目負責人占12%，系統結構師占16%，各類經理占18%。

•　設計外包給第三方的工作分類，后端芯片級設計占45%，依次還有軟件設計40%，前端芯片級設計35%，系統級設計26%（統計有重疊）。

•　設計外包的第三方公司分類，設計咨詢公司占46%，依次還有獨立設計咨詢41%，晶圓代工和電子制造服務商23%，ASIC供應商21%，電子設計自動化供應商21%，其他3%（統計有重疊）

•　設計外包商擁有的設計團隊規模，約33%只有5人以下，約16%有30人以上，顯然人手不夠。項目設計的平均時間要求，從十年前的18個月縮短到當前約12個月，產品面市時間更加緊迫。

　　從以上統計資料不難看出，北美洲36%的半導體供應商都采用芯片設計外包，其中后端芯片級設計工作占45%，承包商的46%是設計咨詢公司。導致芯片設計外包的原因是研發經費減少、人手不夠、面市時間縮短。全球芯片設計外包的最新動向引起業界的更大關注，在3月美國的Electronics Summit 2005 上，研討會“芯片設計外包的得與失”上，眾位專家的發言引人注目。

芯片設計外包獲得業界的共識

　　會議主持人是市場研究公司Gartner Dataquest的研究副總裁和首席分析師Bryan lewis。

　　五家公司參與了討論：HP和IBM都是計算機業界巨頭和IC制造商，Xilinx是FPGA器件的重要供應商，它們對半導體業具有很影響并為人們熟知。Open-silicon和wipro則是以芯片設計外包和服務為主的供應商，前者以美國為基地，后者以印度為基地，而且都成為純IC研發服務的蓍名外包供應商。Wipro擁有三萬員工，客戶包括北美和歐洲許多IC制造廠商，也是具有代表性的全球芯片設計代工服務公司。

　　Oataquest 的Bryan首先發言，他認為：“外包芯片設計是有得有失的。半導體業界的委托外包制造已有很長一段時間，非常明顯，外包的原因是成本和勞動力比較便宜，但是，外包設計并非一個簡單的方程式。它與工程經驗、技術技巧和許多具體問題有關，可見，外包是一個復雜的方程式。

　　今天座談會要討論的重點是，怎樣的外包對用戶最有效？外包設計只是為你們國家提供更多就業機會、更高的工資和更好的利潤嗎？顯然，不僅如此。

　　Bryan lewis繼續闡述芯片設計外包的特點，“外包有兩個途徑，一種是委托外包，另一種是離岸外包，兩種外包既有相同之處，亦有不同之處。眾所周知，委托外包將芯片設計完全交給第三方承擔。離岸外包通常在國內和內部設計和制造，然而，公司可派出設計小組至國外，但仍然是內部事務。例如，Intel公司就有設計小組在印度、中國等地從事離岸外包工作。TI和HP同樣采用離岸外包，但HP也使用補貼式委托外包。IBM和Xilinx的外包設計主要安排在美國。Open-silicon和Wipro既是外包設計供應商也是離岸承包商，主要為了降低成本。”

　　根據EETimes 2005年元月的芯片設計外包調查顯示如下結果：

•　外包設計最受歡迎的地點＿首先是美國、其次中國大陸和臺灣、還有印度（占回答數字的80%），其它國家和地區（占回答數字的20%）。

•　需要哪種類型的設計外包工程師？

a 邏輯驗證（占回答數字的62%），

b 結構設計（占回答數字的37%）

c　系統最后設計（占回答數字的1%）

•　設計外包可能遇到哪些問題？

a 完成時間比預期的要長，

b　與第三方通信問題（如時差、技巧等），

c　成本比預期的要高，

d　管理問題。

•　哪種設計類型可以委托外包？以及

•　哪些國家從外包服務中最受益？

　　中國在芯片制造的外包服務中領先，預期在芯片設計服務中最受益，其次是印度。中國是發展最迅速的國家，將有能力從單元級電路設計提高到系統級設計。

芯片設計外包是必然趨勢

　　主持人Bryan lewis向座談會五位小組成員各提一個芯片設計外包的問題，問題和回應簡述如下。

　　對IBM的問題＿外包設計具有挑戰性。大家都會進入這種與傳統設計不同的領域。你怎樣看外包設計的價值，工程人員怎樣參與IBM的項目？外包的真正原因和主要好處是什么？

　　答＿Mahamed Ali （IBM工程和技術服務部副總裁，管理國內的設計外包，協調承擔IBM外包設計的各個公司的工作，了解這些公司的服務質量。）說：“IBM著重的是外包的價值，即外包的成本因素。許多客戶重視他們產品的創新或者快速解決問題。IBM會注意到他們能夠提供的幫助。”對于價值方面，他認為“IBM需要大量知識產權（IP），需要高度的工程技巧、制造技巧和工業設計經驗。IBM更看重提供完整的解決方案。”

　　他以尋根問底的方法去考核承包商的解決方案能力，芯片好比一張桌子，打開后才能看到它的結構和基礎。他說：“評估一家設計承包公司的技術能力要從整體來看，包括Si加工、軟件、產品和電子設備，以及工程、制造和工業設計的綜合手段，而不是只看一塊芯片成品”。

　　對Wipro的問題＿你有沒有發現哪些設計外包做得好，哪些設計外包做得不好？

　　答＿Satish Premanathan(Wipro 科技公司北美區VLSI/系統設計執行領導。以印度為基地的Wipro在硬件和軟件方面可能是最大的外包公司。)“要了解到外包需要解決的問題，承包商不只是完成設計，外包委托商不滿意就當廢品丟掉，推倒重來直到滿意的設計為止。外包委托商的關鍵問題是要了解清楚承包商適合做些什么項目，以及不適合做什么項目。哪些項目在時間上非常緊迫等。”

　　他認為芯片設計外包會進入新的領域，“設計外包的關鍵有兩方面。其一，進入新領域時，如果設計機構缺乏經驗，就必須找尋具有處理新領域設計能力的承包商。其二，對要求有大量變量的設計，但缺乏開發全部變量能力時，最好將這些變量設計外包到有實力的承包商。外包商與承包商之間的要求必然存在差距，雙方要磨合使間隙縮至最小”。

　　對HP的問題＿包括本地外包和離岸外包在內的設計外包有何挑戰性？

　　答＿Mobashar Yagdani（HP公司負責設計外包的ASIC經理，產品有DSP、FPGA等芯片。）的見解是，“我們每年大約有50~58種芯片外包，通常，開展外包的原因是要降低成本。外包遇到的最大問題是不能實現預期目標。你真不知道誰能夠承擔你的設計外包，承包商的能力如何。對同一塊芯片往往有不同的答案，既有認為只有30%把握的公司，也有表示達到70%能力的公司，而實際情況并不相符，需要經過評估，雙方深入討論，最后由成品芯片作出結論。事實上，外包不單要注意成本，你可能要顧及更多的方面。”

　　對Xilinx的問題＿請介紹既是供應商又是客戶的經驗。

　　答＿Dave DeMarinis(Xilinx公司主管設計服務的總經理，具有豐富的設計外包經驗。)認為，“Xilinx公司主要是建立在產品外包的基礎上。我們確定哪些是核心業務和哪些是自己的強項之后，就發揮自己的特點，而將其它內容外包出去。站在客戶的觀點來看，外包應該考慮兩個因素：

　　第一，   設計外包是必然趨勢，因為進入某些新技術和新工藝會遇到很高的成本壁壘，物理芯片設計就是一個實例。Xilinx采取對承包公司開放的策略，因為在第三方擁有近20萬名芯片設計人員，可以充分發揮他們的作用。

　　第二，   注意降低成本，減少風險和改進性能，或者三種要求同時具備。Xilinx要求承包公司提供完整的解決方案，同時隨時注意到三種要求的落實。Xilinx通過設計外包已取得有成效的結果。“

　　對Open-silicon的問題＿Open-Silicon是兼有設計外包和離岸外包的公司，你認為哪一種形式對你公司最適用？

　　答＿Naveed Sherwani(Open-Silicon公司總裁兼CEO，從事IC設計近20年，企業家和教授，較早提出設計外包業務的設想。)的發言，“我在1990年代的Intel公司負責ASIC業務時，既參與設計又參與制造，當時思考2000年代的發展，認為設計有它的共性，可建立通用模型，而且設計流程與制造流程具有相似性。IC供應商可成為‘無設計公司’，同時也是‘無制造公司’。芯片生產鏈前端的設計和制造分別由設計承包商和純晶圓加工廠去完成，無論設計外包或離岸外包都可采取這種方式。”

　　至于外包的規模，Naveed Sherwani則認為“中小公司較適宜。如果一家公司每年只有3~4種芯片的設計量，當然無法與每年設計30~40種芯片的承包公司經驗相比的。但是大公司每年生產更多的芯片，可擁有自己的設計隊伍。總之，資源利用率要保持75%以上，降低到50%以下時，有一半人無事可做，公司只有關門了。”