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中国IC设计公司八大变化趋势分析

    作者：宏拓新软件
    发布日期：2008-12-01         
阅读：63     
 
 
于2003年3月进行关于“中国IC设计公司现状和未来发展”的网上/电话调查，调查的目的是了解中国IC设计公司当前的业务运作、设计的复杂程度以及未来的研发趋势。此次调查总共收到316份问卷，其中有效问卷141份。

参加调查的人员中，31%是总经理和总工等高层管理人员，30%是技术管理人员，28%是设计/开发工程师，设计研究和测试工程人员占10%。从地域分布来看，位于北京、上海和广东省的IC设计公司分别占23.8%、21%和16.2%，总计达61%。来自江苏、陕西、山东、四川、湖北和安徽的IC设计公司占总数的28.7%，因此，调查问卷具备地域分布的广泛性。

通过与2002年《电子工程专辑》进行的IC设计公司调查数据的比较，我们发现中国IC设计公司出现了下列方面的重大变化：1. IC设计公司的规模出现快速增长的趋势；2. 芯片设计规模已经达到几百万门级；3. 26%的公司年设计能力超过10个项目；4. 模拟和混合消费类/通信类集成电路是中国IC设计公司的主要研发方向；5.中国大陆和台湾为IC设计公司提供的代工和封装业务达到82%；6. 5成以上的公司采用0.25微米以下工艺进行混合电路设计；7. 设计挑战被引向亚微米和深亚微米；8. 中国IC设计公司未来5年的研发项目跨越广阔的领域。本文将对出现这些变化的深层次原因进行分析，供中国IC设计和制造行业参考。

1.IC设计公司规模出现快速增长

从图1可见，100人以下的IC设计公司占被调查公司的87.6%，与2002年的67%相比，设计工程师人数小于100人的设计公司增加了20.6%，拥有200到500设计工程师的IC设计公司增加了0.8%。这种发展势头说明，中国新的IC设计公司在不断涌现，小型设计公司比2002年大幅度增加，另一方面也说明，中国IC设计人才总量比2002年有所增加。

从2002年和今年的调查报告比较分析可见，2002年-2003年销售收入在100万美元到2.9百万美元之间的设计公司达到20%，比2001-2002年销售收入达到同等规模的公司增加了10%以上。这些数据说明，人才总量、公司数量和规模出现了高速增长，发展的驱动力来自中国市场的快速发展和被调查的IC设计公司销售收入的大幅增长所产生的对人才和IC设计能力的巨大需求。

另一方面，从中国信息产业部颁布鼓励集成电路产业发展的若干优惠政策之后，向集成电路领域的投资骤然增加，在一些地区产生了群聚效应，这也是促使IC设计行业快速发展的一个重要原因。这部分增加的设计公司中，一部分是从美国硅谷和日本、台湾地区等回来的人才创办的，另一部分是中国本地投资者新创办的，还有一部分是由中国研究机构、大学等与外资或内资企业合作创办的，投资渠道呈现多元化趋势。

从外部环境来看，目前位于京沪深三地的集成电路设计基地为公司孵化和IC设计人才的培养提供了有利条件，国内外大学、公司和研究机构积极实施集成电路人才培训计划，促成了许多原来从事整机系统设计的人才向IC系统设计人才的转变，从而在一定程度上缓解了人才供求的矛盾。而随着中国大陆的晶圆代工厂等基础建设的逐渐完善，其群聚效应也在一定程度上吸引了海内外投资对集成电路设计产业的支持，由此促成了IC设计公司的规模和数量出现快速增长的趋势。

2.芯片设计规模已经达到几百万门级

从ASIC设计门数来看(图2)，能够进行百万门规模以上设计的公司占32%，与2002年相比，能够从事百万门级设计的公司增长了2%。而能够从事10万到100万门设计的公司则有28%。能够从事10万门以下设计的公司则比2002年增加了10%，达到24%。5成中国IC设计公司仍然只能进行百万门以下规模的设计。

我们分析，能够进行百万门以上设计的公司，一部分是中国909工程扶持起来的一批老资格设计公司，也包括新近成立的具备海归背景的IC设计公司，其应用驱动力主要是消费类通信芯片对功能和性能要求日益提高(例如手机和PDA芯片)。目前，超过百万门级的设计一般存在下列几种模式：1. 中国的设计公司只设计网表和提供测试向量，并用FPGA对设计进行软硬件协同验证和测试，后端布局布线由合作代工厂请第三方设计服务公司完成直到提供样片。这种方式比较适合于对上市时间要求比较高的服务于整机厂的IC设计公司。2. 对于采用了IP内核的复杂芯片，一部分外围模块的布局和布线由中国设计公司完成，重要的IP模块由授权方委托第三方设计代工或服务公司完成，例如ARM核的应用，这种模式适合于关键模块布局布线需要授权的场合。3. 完全由中国本地IC设计公司完成所有前后端的设计，这方面比较成功的实例是中国的龙芯一号芯片，它适合于拥有完全自主知识产权的产品的设计，难点是完成设计所花费的时间比较长。

从事百万门级设计的公司增长缓慢的主要原因是该领域的设计通常需要在0.25微米以下工艺进行，对系统设计能力和软硬协同设计的能力、可测性设计能力、EDA工具支持以及IC设计人员的设计经验要求很高，所面临的设计挑战也非常复杂。

从人才、投资规模、EDA工具等诸多制约因素分析，五成以上的设计公司从事百万门以下的设计也就很正常。另一方面，由于中国市场广阔，需求的芯片种类、功能、规模繁多，尤其是对于价格敏感的低端消费类电子产品，采用先进工艺大规模生产的芯片并不一定具备成本/性能优势，这也是目前大部分设计公司只在百万门以下领域进行设计的主要原因。

但是，随着中国大陆代工业和IC设计产业链的逐步完善，采用先进工艺进行设计的成本和性能优势必将显现出来，在可以预见的将来，必将有更多的中国IC设计公司向更大规模的设计领域挺进。

3.26%公司设计能力达到每年10个项目以上

每年完成的芯片设计项目数是衡量IC设计能力的一个方面，调查显示，在2002年(图3)，只完成了1到2个项目的IC设计公司有21%，完成了3到4个设计项目的公司占17%，完成了5-10个项目的公司占36%，完成IC设计项目超过10个的设计公司占26%。与2002年的调查报告相比，年设计能力达到1到2个项目的IC设计公司增幅超过10%。

上述数据表明，中国IC设计公司的设计能力出现了全面提高的趋势。从图4来看，59%的被调查公司从事消费电子领域IC设计，比2002年调查数据增加了10%。因此，可以认为，新增加的设计能力的主要推动力来自消费电子对IC产品持续增长的需要，其次，电信设备、网络/数据通信设备、计算机/计算机外设、工业控制、汽车电子/机电设备、军用电子产品对IC的需求也是推动IC设计能力快速增长的重要原因。当然，完成项目数量的多少，仅仅是衡量设计能力的一个指标。根据项目难易程度的不同，必然会出现进度上的差异。每年仅仅完成1到2个项目的IC设计公司为什么占21%的比例？业界的一种观点认为，主要是新兴的IC设计公司由于投资规模有限，不得对流片进行严格的控制，而将更多的时间和精力放在芯片的设计、验证、测试和软硬协同优化上面，以期一次流片成功。此外，一些需要整机厂商配合的IC设计项目，还需要面对不断变化的技术和市场，反复修改设计，对一些标准IC，争取得到一系列整机厂商的采纳也需要一些认知的时间。这些因素，都是一些初创的公司年设计能力只有1到2颗芯片的客观原因。而一些财力雄厚的公司，通常采取一个应用产品采用多种方案实现的办法来加快新产品推出的步伐，缩短产品上市时间。

可以说，正是因为看到了加速成长的中国IC设计公司的设计能力，目前，中国各主要IC设计公司聚集地仍在积极申请筹建更多的晶圆代工厂，为快速发展的中国IC设计公司的设计能力提供快捷便利的服务。

4．模拟/数字混合IC和数字ASIC是主要研发方向

在“目前开发的模拟/混合信号IC”项目的调查中(图5)，42%以上的公司开发模拟/混合信号消费类IC。在“目前开发的数字IC”项目的调查中(图略)，48%的公司开发数字ASIC，显示中国IC设计公司的主要研发方向模拟/数字混合IC和数字ASIC。

如图5所示，20%到30%的IC设计公司表示，他们设计的模拟/混合信号产品包括ADC/DAC、驱动器/控制器、电源管理/转换/调节、发送器/接收器/收发器等IC。还有不到15%的IC设计公司从事数据采集、放大器、比较器/感应放大器、滤波器等的开发。这些IC在消费电子、电信设备、网络/数据通信设备、计算机/计算机外设和工业控制等领域得到大量的应用(图4)。

在提供上述IC产品的设计公司中，50%以上的公司都是以ASIC、全定制IC和SoC设计的方式为整机或系统板制造商提供配套支持，提供标准IC的设计公司只有41%(22页图6)。与2002年调查显示的51%相比，提供ASIC设计的公司增长了24%，提供全定制IC设计的公司增长了17%，提供SoC设计的公司增长了22%，这些数据表明，中国IC设计公司在与整机制造商合作过程中，依存关系更加密切，按照整机用户进行设计的趋势在增强，提供系统级解决方案的能力大幅度提高。

业界专家的一种观点认为，ADC/DAC、驱动器/控制器、电源管理/转换/调节器IC、发送器/接收器/收发器等IC可以做成标准IC，也可以做成标准的IP模块，中国IC设计公司在这方面的技术积累比较多。之所以仍然感到困难，是因为对于不同的整机系统、不同的应用环境和不同的技术指标要求，上述模拟和数字信号模块的应用条件就会发生变化。混合电路设计不像数字电路设计，只要将各种模块组合起来编译就能通过，而是必须根据每一个不同的应用环境进行重新布局和布线设计，这是混合信号电路设计的困难所在。

从应用角度分析，目前一些中国IC设计公司的研发水平已经接近国际水平，他们从事的开发项目包括无线和网络通信、数码相机和数字电视等等，这些领域需要IC设计公司与整机或系统制造商建立紧密的合作关系，从而将市场需求快速融合到IC设计之中，这是中国IC设计公司选择数字ASIC作为主要研发方向的原因所在。

5.八成代工和封装业务由中国大陆和台湾地区承担

这次调查我们发现，44%和38%的被调查公司选择中国大陆和台湾地区的代工厂作为合作伙伴，两者之和比2002年的调查结果上升了7%。

选择日本代工厂作为合作伙伴的IC设计公司比2002年有所增加。新加坡取代韩国，有6%的被调查公司选择它为第四大代工伙伴。选择其它地区代工的比例较2002年有所下降，只有6%。上述情况表明，八成中国IC设计公司选择中国大陆和台湾地区的代工厂进行流片，且中国大陆代工厂已经占据主导地位。

从历史的观点看，经过几十年持续不断的努力，目前中国大陆已经拥有了相当规模的晶圆代工生产能力，工艺水平完全覆盖了低端的1.5微米和0.5/0.6，到高端的0.25、0.35和0.18微米工艺，而且配套设施日益完善，从而为中国IC设计公司提供了更多选择。特别是上海中芯国际0.25/0.18和上海贝岭0.25/0.35线的建成投产，以及上海华虹NEC生产线升级改造的完成，使中国IC设计公司拥有了很好的代工环境，一些IC设计公司回流中国寻求代工支持就成为事物发展的必然。而中国本地代工厂与整机厂及消费者的距离很近，出于成本、交流方便程度、交付时间等考虑(图7)，许多IC设计公司积极与中国本地代工厂建立合作关系势在必行，并且呈现上升的趋势。出现这种增长趋势的另外一个原因是，过去一些只为境外提供代工业务的公司，从全球经济前景的变化考虑，开始为中国本地IC设计公司提供一部分代工服务，尽管目前批量大的项目并不多。此外，还有一些境外IC设计公司，通过兼并等手段拥有了一些本地代工厂，同时在本地设立IC设计中心，利用本地人才就地设计和加工，从而令调查结果中在本地建立代工合作关系的比例大增。

对于转移到日本、韩国和新加坡流片的IC设计公司，主要因为目前中国本地新兴的代工厂存在人员短缺、成品率和工艺水平不稳定的问题，对新兴的IC设计公司，合作双方之间还需要充分的时间建立互信关系。此外，还有一种观点认为，选择境外流片的主要原因是本地产业链不够完整，许多中国IC设计公司在成立之初不可能有很大的批量，对这些公司，国内的代工厂没有办法为他们提供完善的服务，他们因而不得不转向产业比较成熟的日本、韩国和新加坡寻求小批量的流片支持。

尽管如此，一些从事设计代工的人士表示，随着国内一批设计代工公司的兴起，产业链不完善给新兴设计公司造成的许多困难有望得到全面的解决。中国的代工厂也将因此得到更广阔的业务资源，发展的势头将更加迅猛。

面对中国大陆日益成熟的代工市场，台湾地区的代工行业已经感受到日益增长的竞争压力，对此，一些业界专家认为，价格竞争肯定存在的，但是整体来看，台湾地区的产业链比较完整，加工的品质和批量比较能够满足用户的需要，而且在0.18微米、0.13微米和90纳米工艺领域，台湾地区代工业仍然占据至少领先一代的地位。

6. 五成以上公司采用0.35微米以下工艺进行设计

在模拟IC设计领域，53%的公司用0.35微米以下工艺进行设计，与2002年调查结果基本持平；采用0.5微米到1.5微米工艺进行模拟设计的公司占39%，比2002年上升了19%，原因是采用1.5微米以上工艺的设计比2002年调查显示的22%下降到今年的8%，说明出现了1.5微米以上工艺向0.5微米到1.5微米工艺的技术升级。在数字IC设计领域，78%的公司采用0.35微米以下工艺进行设计，其中0.18微米呈现明显的跳跃性发展，以31%的比例占据首位。由此可见，五成以上的设计公司采用0.35以下工艺进行设计，其中采用0.35微米工艺设计数字IC的比例大幅度增加。

在数字IC设计领域，采用0.35微米以下工艺进行设计出现快速增长的趋势表明，新兴IC设计公司可能从0.35微米以下工艺切入市场，同时，现有的做数字IC设计的公司出现了向0.35微米以下工艺转移的趋势。

针对模拟IC设计领域采用0.5微米到1.5微米工艺进行设计的公司大幅度增长的现象，业界的一些专家认为，是因为中国许多IC设计公司采用“错位竞争”策略，他们所针对的客户和产品，与一些国际顶级IC设计公司完全不同，甚至在0.5微米以上工艺完全就能够满足中国市场的需要。在亚微米、深亚微米领域，中国IC设计工程师面临EMI/信号完整性、电源管理、可测性设计、模拟电路仿真等等诸多设计挑战，而配备功能齐全的EDA工具的成本很高，这可能是许多设计公司仍然采用0.5微米到1.5微米工艺进行模拟IC设计的深层次原因。

然而，随着中国代工业务的发展壮大，本地代工厂必将寻求本地IC设计的公司支持，因此，无论是否愿意，发展着的中国IC设计公司迟早要完成设计水平的升级，进而享受亚微米和深亚微米工艺技术带来的竞争优势和可集成更多功能的好处。从调查统计数据可以看出，采用0.13微米工艺进行数字IC设计的公司占4%、进行模拟IC设计的只占1%，说明只有很少一部分中国IC设计公司开始向基于纳米级工艺的设计领域推进。

7.设计挑战被引向亚微米和深亚微米

随着设计工艺向亚微米和深亚微米推进，中国IC设计公司在EMI/信号完整性、时序收敛、可测试设计、模拟电路仿真、IP复用、时序收敛、ASIC仿真/快速原型生成、电源管理等领域面临的全面挑战(图8)。与2002年相比，在测试基准生成、FPGA综合、形式验证、逻辑综合、原理图捕获和行为级综合等与EDA工具使用相关的问题反而出现了下降趋势，真正属于设计领域的挑战呈现增加的趋势。

这种现象表明，中国IC设计公司对EDA工具掌握的程度有所加强，另一方面，也说明，工具提供商、大学课程、各种研讨会以及一系列的合作培训计划，已经对提升中国本地IC设计工程师在EDA工具使用的技能方面发挥了重要作用。

业界一种观点认为，出现如此全面的设计挑战，主要原因在于缺乏有经验的设计工程师对设计团队的带领作用。此外，无论是教科书、还是专题研讨会，对一些经过实践验证的解决办法论述得不够完整和深入也是一个原因。真正有经验的设计专家，往往又认为很多问题对他来说其实不值一提。因此，在一定程度上没有形成有利于设计工程师成长的培训和实践环境。

一些专家认为，目前中国IC设计公司的设计流程存在问题，表现在过去许多IC设计工程师主要采用后向设计方法，现在转为前向设计，许多过去不那么突出的问题或者过去没有弄清楚的问题就陡然暴露了出来。加上先进的EDA工具通常都要通过收费的、严格的逐级授权才能使用(例如验证和测试过程中，只要2%的地方没有测试和验证到，就会出现问题)，如果此时由于资金支持不上，EDA工具的支持可能就无法到位，自然就会面临许多根本无法解决的设计问题。

8.中国IC设计公司未来5年研发领域宽阔

本次调查揭示，在未来5年内，三成以上中国IC设计公司将开发数字消费类ASIC、专用微控制器/嵌入式CPU，接近两成以上的公司将研发网络IC/芯片组、数据通信IC、DSP和通用CPU/处理器等芯片，三成设计公司表示以ASIC方式提供上述产品。此外，有15%左右的公司研发电信、计算机芯片组，10%左右的公司研发电视、图形和传真/调制解调器/语音芯片组，不到10%的公司开发交换/多路复用、存储、I/O控制、协处理器和多媒体芯片组，还有很少一部分公司开发逻辑IC和门阵列。

据此我们分析，中国IC设计公司未来5年的研发重心是数字消费领域的通用/专用微处理器/嵌入式CPU，以及基于DSP的数据通信芯片。网络、电信、计算机与电视、图形、语音是第二层次的研发重心。与此同时，积极向多媒体、协处理器、高速I/O和高速存储器等由国外顶级IC设计公司所垄断的领域迈进。三成的IC设计公司将以ASIC方式为中国整机或系统用户提供贴近市场需求的全面解决方案。
 

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