2019 ICCAD年會盛況空前，吸引了來自全球及海外的3000多位半導體行業專業人士參與。《電子工程專輯》和《電子技術設計》根據現場采訪和報道對芯片設計服務趨勢分析總結如下：
1. Chiplet是后摩爾時代的IP？
2. 從Fabless到Design-Lite
3. 芯片設計也講究個性定制
4. 芯片公司專利訴訟案件頻發
2019 ICCAD年會盛況空前，吸引了來自全球及海外的3000多位半導體行業專業人士參與。在本屆年會的高峰論壇上，有四家芯片設計服務公司分別做了主題演講，并接受了《電子工程專輯》、《電子技術設計》等行業媒體的采訪。這4家芯片設計服務公司的演講人及其主題分別為：
* 芯原微電子董事長兼總裁戴偉民博士《世界半導體產業的第三次轉移》
* Socionext中國董事長鈴木壽哉《探索與挑戰，SoC驅動未來創新》
* 摩爾精英董事長兼CEO張競揚《1/10資金，1/10時間，1/10團隊，如何高效設計芯片？》
* 北京芯愿景聯合創始人兼董事總經理張軍《構建有效的硅知識產權保護體系》
《電子工程專輯》和《電子技術設計》編輯記者團隊根據現場采訪報道，對芯片設計服務趨勢分析總結如下：
* Chiplet是后摩爾時代的IP？
* 從Fabless到Design-Lite
* 芯片設計也講究個性定制
* 芯片公司專利訴訟案件頻發
Chiplet是后摩爾時代的IP？
Chiplet(芯粒)類似于IP，但不是以軟件形式出現，而是以裸片(die)形式提供。 Chiplet可將不同工藝節點、不同材質、不同功能的裸片封裝在一起，可以縮短芯片開發周期，降低芯片設計總成本。美國DARPA有一個CHIPS（通用異構集成和IP復用策略）項目專門開發chiplet，其成員包括Intel、Micron、新思、Cadence，以及一些大學和國防工業企業。2018年成立的開放專用域架構(OSDA)組織現已有50家公司會員，專注于制定 Chiplet開放標準，促進形成Chiplet生態系統，，并催生低成本SoC替代方案。其它跟 Chiplet相關的標準協議還有緩存一致性互聯協議CCIX，以及開放互聯技術標準CXL。此外，Intel還開放AIB(高級接口總線)接口許可，以支持廣泛的 Chiplet生態系統。
半導體企業在 Chiplet方面的研究進展
* Marvell最早于2015年提出模塊化芯片(MoChi)架構的概念，為物聯網、智能電視、智能手機等應用提供了基準架構。
* AMD的Rome第二代霄龍EYPC Zen2架構CPU就采用了 Chiplet，其內部集成了8個7nm CPU裸片，以及一個14nm I/O裸片。
* Intel則將其嵌入式多硅片互聯(EMIB)技術升級為邏輯晶圓3D堆疊技術，命名為Foreros。其2D EMIB技術的升級版Co-EMIB能夠將2個或多個Foreros芯片互連起來。
* 臺積電自行設計了一顆 Chiplet，名為“This”，采用7nm工藝和CoWos晶圓級封裝，面積為4.4mmx6.2mm。
* 芯原提出IP as a Chiplet(IaaC)理念，旨在以 Chiplet實現特殊功能IP的“即插即用”，可以將圖像處理(ISP)、VIP(NPU)、VPU(視頻)和GPU等內核IP以不同工藝節點的 Chiplet實現，然后與CPU和片上緩存互聯，最后形成系統級封裝(SiP)芯片。
隨著半導體工藝節點逐漸趨向物理極限，業界都在積極尋求延續摩爾定律的新方法。Chiplet似乎成了企業、研究機構和政府都比較認同的解決方案，它可否在后摩爾時代成為業界通用的IP模式，從而繼續提高集成度并降低成本呢？芯原微電子董事長兼總裁戴偉民博士認為是芯片設計的昂貴和長周期這些問題驅動業界尋求像Chiplet這類新的模式， 因為采用chiplet方式可以更高效率復用一些標準化功能的IP模塊，也可根據芯片性能需求，通過在一顆芯片上封裝集成不同工藝制程的die來降低先進工藝下整體芯片的成本。
Socionext中國事業部總經理劉琿從Chiplet產生的源頭給出了解釋，數字邏輯在工藝上的演進速度比模擬要快。數字不存在多次迭代，但模擬需要多次迭代，趕不上數字對于工藝的要求，因此模擬IP技術在早期工藝導入時，很難匹配數字芯片的進度要求。Chiplet可以解決兩大問題，一是在先進工藝節點早期階段，一些復雜高速的模擬或接口電路的”有無”問題；另一個是靈活性問題，例如有些芯片在不同場景下，對接口或模擬的通道數量要求不同，如果都集成在一顆die上缺乏靈活性，PPA方面難以做到最優。Chiplet通過數字和模擬更好地解決了場景化的靈活性問題。與此同時chiplet也面臨著諸多挑戰，例如接口標準化、接口間巨大的數據量造成裸片和裸片間互聯所產生的大功耗，以及高成本所帶來的未來大規模化應用等問題。
圖1：芯原微電子董事長兼總裁戴偉民博士(左二)、Socionext中國事業部總經理劉琿（左三）與其他嘉賓在ICCAD會議上接受媒體采訪
從Fabless到Design-Lite
戴偉民博士在ICCAD高峰論壇的主題演講中回顧了全球半導體產業的三次轉移，從上世紀60年代Fairchild和TI主導的美國軍工時代，到70年代日本主導的家電時代，再到80-90年代Intel主導的PC時代，以及2000年以來Arm和臺積電主導的智能手機時代，直到現今的AIoT時代。
隨著半導體產業從重到輕，從美國到日本，再到韓國和臺灣，直到今天和未來10年往中國大陸的轉移，我們同時也看到芯片設計逐漸變輕。從最初的系統廠商，到IDM，再到晶圓代工和Fabless，芯片設計和制造逐漸分離。半導體產業發展到今天，即便Fabless也是很重的，開發一顆芯片需要幾百人花費幾年時間才能量產商用，這樣的花費和耗時顯然已經不能滿足5G+AI+IoT融合的快速發展時代的需求了。
下圖是2018年全球Top 10 Fabless公司的研發費用與營收對比。可以看出大部分Fabless公司的研發投入占營收的比例都超過20%，如果芯片產品的毛利率達不到50%的話，就很難賺錢。有時候看到有些公司將整個產品線關閉，主要原因也就在此。
圖2：2018年全球前10大Fabless芯片設計公司的R&D投入與營收占比
除了傳統的大中型fabless公司外，電子系統廠商、汽車廠商和互聯網公司現在都在嘗試做自己的芯片，而以AI芯片為首的芯片設計初創公司也希望低成本、高效率地開發特定領域專用的芯片。像芯原、摩爾精英、Socionext這類提供芯片設計專業服務的公司已經看到了這樣的需求趨勢，在設計和服務理念上也在做出相應的改變，從“重設計(Design-heavy)”到“輕設計(Design-lite)”的理念也就自然浮出水面了。
對芯片設計初創企業來說，“輕設計”是很自然的選擇，因為盡量選擇芯片設計服務公司提供的標準IP、軟件工具和設計服務，可以降低風險和成本，并快速將芯片推向市場。當然，自己核心的技術是不能外包的，否則就失去了市場競爭力。
對于那些財大氣粗的系統廠商和互聯網企業，“重設計”還是“輕設計”？就要慎重選擇了。這類客戶設計芯片不是對外銷售，而是滿足自己特定的需求，芯片不是其核心業務和技術，很多行業通用的IP、軟件和最佳實踐其實沒有必要再從頭設計了。按照戴偉民博士的想法，這類客戶也應該盡量選擇”輕設計“。
圖3：摩爾精英董事長兼CEO張競揚(左一) 與其他嘉賓在ICCAD會議上接受媒體采訪
摩爾精英董事長兼CEO張競揚在高峰論壇演講中，展望了一個只花費傳統芯片設計1/10的資金、時間和人力來設計IoT芯片的場景，其實這就是”輕設計“理念的實踐。雖然理想的輕設計要真正在中國半導體行業落地還需要時間，但隨著EDA工具、IP和chiplet、晶圓代工，以及芯片設計服務的完善，相信中國芯的”輕設計“會逐漸成為主流。
個性化定制芯片
據劉琿介紹，Socionext于2015年由富士通和松下半導體整合成立，業務分為ASSP（專用標準產品）和ASIC（定制化SoC）兩大板塊。Socionext中國董事長鈴木壽哉在高峰論壇主題演講中回顧了ASSP和ASIC的發展歷史，針對5G、數據中心、人工智能等新興市場的快速增長這一變化，公司加大了對消費、汽車和工業市場3大關鍵領域的技術研發。Socionext靈活依托在ASSP產品技術和長期積累的設計經驗，再根據客戶需求和訴求提供了豐富的ASIC設計服務，從產品設計開發到生產，幫助客戶以低成本實現低功耗、高性能等功能并快速投入市場。
根據美國市調公司Transparency的調查，全球定制化SoC市場預計將以8.4%的年復合增長率增長。近年中國的AI和汽車電子等新興行業市場發展勢頭強勁，再加上半導體產品的本土化趨勢，定制SoC的市場需求有望大幅增長。
一直倡導芯片設計即服務(SiPaaS)模式的芯原在全球和中國市場的定制SoC設計服務也享受到快速增長的利好。例如，博通選擇芯原Vivante VIP8000/VINano系列AI處理器IP以開發新一代機頂盒系統級芯片。芯原的視覺圖像處理器也已經應用于很多智慧城市和安防監控系統中。
針對中小芯片設計公司的個性化定制需求和低成本要求，摩爾精英提出了“各自成云、永不落地”的想法。張競揚解釋道，每一家IP和EDA廠商都可以在云端租一個自己的空間，因為在統一的公有云上，可以自己設置訪問權限，這樣EDA/IP供應商就不必擔心泄露和偷盜問題。芯片設計公司可以在云平臺上選擇各自需要的IP、EDA和設計服務以便低成本地滿足自己的個性定制需求。通過這種共享和個性化的服務模式開發的芯片會通過摩爾精英統一的渠道送去晶圓廠流片。
芯片公司專利訴訟案件頻發
半導體是一個資金、技術和人才智力密集型產業，為保護各自辛苦多年研發的技術專利而相互訴訟的案例時有發生。從三星和蘋果的恩怨情仇，到高通與蘋果的恨愛交加，再到最近格芯與臺積電的相互起訴。隨著最近幾年本土芯片公司的蓬勃發展，國內芯片行業的專利技術訴訟案例也開始明顯增多。指紋識別芯片廠商匯頂科技訴訟上海思立微以及臺灣神盾只是眾多訴訟案例的冰山一角。
圖3：北京芯愿景總經理張軍(右一) 與其他嘉賓在ICCAD會議上接受媒體采訪
從事多年產品反向分析、芯片設計及芯片知識產權專利訴訟服務的北京芯愿景總經理張軍對此深有感觸。他說公司現在幾乎每天都會接到有關芯片設計技術和專利糾紛的案子，但涉及的專利和技術一般都不是特別先進和精尖。就拿專利來說，很難找到好的專利，一個好的專利會給公司帶來非常大的價值。
除了技術本身外，國內公司的技術人員對專利的理解偏差也不容忽視。一個專利無論是硬件、軟件還是算法，都必須可以取證才行。另外在申請專利時也要盡量描述清楚，不然在發生專利糾紛時就難以界定。他建議芯片設計企業在開始一個設計項目之前一定要多方咨詢，盡可能全面了解涉及的專利和專有技術，以免等產品上市盈利后因訴訟而影響公司業務發展。
除了芯片公司之間的專利和技術訴訟外，還有一種專門的”專利流氓“公司也要引起注意。這類公司俗稱“TROLL”，專門收購一些衰落或倒閉企業的專利，然后到處尋找潛在的”獵物“。很多中小公司缺少專利和法律方面的專業人員，從公司長久發展來看，是非常不利的，一個公司發展到一定規模的時候，束縛公司最終成為行業翹楚的關鍵通常不是技術本身而是知識產權雷區無法逾越。
從ICCAD盛會看中國半導體發展系列報道：
3. 芯片設計也講究個性定制
責編：Steve Gu
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