FPGA全面圍堵，富士通ASIC設(shè)計(jì)服務(wù)將何去何從？

“Is ASIC dead ?”這是剛剛落下帷幕的2013“深圳(國際)集成電路創(chuàng)新與應(yīng)用展”(China IC Expo，簡稱CICE)上業(yè)界熱議的一個(gè)話題。的確，現(xiàn)如今FPGA越來越“強(qiáng)勢(shì)”，越來越多地將ARM核、MCU、DSP等融合進(jìn)來，在性能和功耗上對(duì)ASIC進(jìn)行全面圍堵。不只如此，當(dāng)硅制造技術(shù)進(jìn)入到28nm甚至更低節(jié)點(diǎn)時(shí)，芯片制造動(dòng)輒上百萬美金的NRE費(fèi)用也讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)公司吃不消。面對(duì)殘酷的現(xiàn)實(shí)，占全球ASIC市場份額第一位(2012占全球13.8%)的富士通半導(dǎo)體將如何應(yīng)對(duì)?

圖1. 富士通半導(dǎo)體參展CICE并做演講。

ASIC在高性能應(yīng)用領(lǐng)域不可替代

“標(biāo)準(zhǔn)ASIC市場低增長的一個(gè)原因是其小批量、低復(fù)雜度的細(xì)分市場正受到來自FPGA和ASSP的擠壓，而另一個(gè)原因是許多企業(yè)(客戶)并不希望等待9至12個(gè)月以設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC原型。例如臺(tái)灣、中國大陸等地的客戶往往不會(huì)等待標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC設(shè)計(jì)，而是喜歡直接采用ASSP，即使在性能上會(huì)有一些損失。”富士通半導(dǎo)體市場部副經(jīng)理陳博宇(Alex Chen)在CICE同期舉辦的IC制造與設(shè)計(jì)服務(wù)論壇上表示。

此外，對(duì)于ASSP制造商，其收入可以從多個(gè)客戶中獲得，而對(duì)于ASIC制造商，收入僅來自單一客戶，而技能精湛的設(shè)計(jì)工程師卻日益短缺。因此許多IC廠商將目光投向了ASSP而不是標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC。

而在高性能應(yīng)用領(lǐng)域，情況就完全不同了。舉例來說，比較40nm工藝下相似功能的芯片面積，如下圖2所示，可以看到在線寬相同的條件下，采用FPGA 設(shè)計(jì)的芯片面積會(huì)比采用ASIC大很多，ASIC的優(yōu)勢(shì)非常明顯。

圖2. 40nm工藝下相似功能FPGA和ASIC芯片面積比較。

雖然ASIC現(xiàn)在正受到來自FPGA和ASSP的夾擊，但在高性能應(yīng)用領(lǐng)域，只要有量和足夠的設(shè)計(jì)能力，ASIC的優(yōu)勢(shì)還是非常明顯。去年轟動(dòng)一時(shí)的某FPGA大廠在華為的合同額降低很厲害就是一個(gè)例證，原因是華為很大部分的FPGA項(xiàng)目改用了ASIC設(shè)計(jì)!

“從現(xiàn)在開始，ASIC的市場將呈現(xiàn)一個(gè)健康穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢(shì)。以前富士通半導(dǎo)體的ASIC收入很大一部分來自日本市場，不過未來諸如佳能、索尼、夏普等這些日本廠商將會(huì)減少購買，而與此對(duì)應(yīng)的是中國廠商正不斷在網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、高性能服務(wù)器領(lǐng)域等高端市場擴(kuò)張版圖。因此富士通半導(dǎo)體現(xiàn)在所要做的是將先進(jìn)的高端ASIC設(shè)計(jì)服務(wù)更多地?cái)U(kuò)展到中國。” 陳博宇指出。

在先進(jìn)節(jié)點(diǎn)上的積累：28nm的 30個(gè)tape out和7個(gè)量產(chǎn)…

早在上世紀(jì)90年代，富士通半導(dǎo)體就在中國大陸開始推廣ASIC方案和設(shè)計(jì)服務(wù)。針對(duì)不同時(shí)期不同的市場需求，富士通半導(dǎo)體都有與之相適應(yīng)的ASIC方案和設(shè)計(jì)服務(wù)，如下圖3所示為富士通半導(dǎo)體技術(shù)路線圖。40nm以上工藝產(chǎn)品當(dāng)前還是在富士通自己的晶圓廠生產(chǎn)，而40nm以下的產(chǎn)品則是和全球第一大代工廠臺(tái)積電(TSMC)合作。

圖3. 富士通半導(dǎo)體工藝技術(shù)路線圖。

和TSMC的密切合作是富士通半導(dǎo)體能夠帶給高性能應(yīng)用廠商的高價(jià)值之一，陳博宇指出：“TSMC擁有世界上最先進(jìn)的硅制造技術(shù)，再加上富士通半導(dǎo)體的Know-How，您將比其他廠商(非富士通半導(dǎo)體客戶)更優(yōu)先地使用到世界上最先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝制程。”

“2012年，富士通半導(dǎo)體已經(jīng)將成熟量產(chǎn)的28nm先進(jìn)半導(dǎo)體制造技術(shù)帶給了中國高端SOC設(shè)計(jì)廠商，客戶的反應(yīng)非常好。截至目前，我們?cè)?8nm工藝上的Tape out數(shù)量已經(jīng)達(dá)到30個(gè)，其中7個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)量產(chǎn)。而且今年即2013年，我們有2個(gè)20nm的項(xiàng)目正在進(jìn)行中。這些合作使我們?cè)趯?duì)制程的管理和優(yōu)化、良率(yield)的控制和提升方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)。這些經(jīng)驗(yàn)不只是富士通半導(dǎo)體的財(cái)富，對(duì)客戶也是具有非常重要的意義。”陳博宇進(jìn)一步補(bǔ)充道。

高質(zhì)量、寬泛、一站式IP解決方案

ASIC的一個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)就是其復(fù)雜性(Complexity)，隨著系統(tǒng)越來越復(fù)雜，對(duì)于IP有著寬泛和可靠性方面的要求，使用量也越來越大。種類齊全的經(jīng)過驗(yàn)證的一站式IP供應(yīng)是富士通半導(dǎo)體帶給高端SoC客戶的又一獨(dú)特價(jià)值。如下圖所示，SOC設(shè)計(jì)中需要各種類型的IP，例如USB、HDMI、PCIE、SATA、MIPI、ARM CPU、AD/DA等，富士通半導(dǎo)體都有與之相應(yīng)的IP積累。

圖4. 富士通半導(dǎo)體提供一站式IP解決方案。

富士通半導(dǎo)體的IP分為兩種，一種是富士通半導(dǎo)體自己開發(fā)的IP，另一種是從第三方購買的IP。在IP的管理上，富士通半導(dǎo)體有它獨(dú)特的方法，即IPV (IP Verification flow)，遵循這樣獨(dú)特的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證流程就可以保證打上富士通Logo的IP質(zhì)量。這樣就在客戶和第三方IP提供商之間又加了一道保險(xiǎn)。

“富士通半導(dǎo)體本身是一個(gè)IDM的公司，我們有自己的產(chǎn)品，本身就會(huì)考慮到自己產(chǎn)品量產(chǎn)的質(zhì)量，所以會(huì)做很嚴(yán)格的質(zhì)量管控，在自己的產(chǎn)品上做驗(yàn)證。經(jīng)過富士通整個(gè)大的平臺(tái)的驗(yàn)證，IP的質(zhì)量肯定會(huì)更有保證。” 陳博宇補(bǔ)充。

此外，富士通半導(dǎo)體經(jīng)過嚴(yán)格評(píng)估和量產(chǎn)驗(yàn)證的IP能夠省去客戶為尋找各個(gè)IP而去和不同IP供應(yīng)商談判的時(shí)間。由于富士通半導(dǎo)體有很多合作伙伴，擁有非常大的客戶群，因此能夠拿到更具優(yōu)勢(shì)的價(jià)格，這對(duì)資金壓力巨大的SoC設(shè)計(jì)廠商來講無疑非常重要。從芯片的風(fēng)險(xiǎn)角度講，一旦芯片出現(xiàn)IP的質(zhì)量問題，客戶也無需為此而在各個(gè)IP供應(yīng)商之間周旋。從成本角度，富士通半導(dǎo)體所提供的打包IP方案也會(huì)幫助節(jié)省客戶初期的IP 投入。

系統(tǒng)方案幫助客戶專注于核心設(shè)計(jì)

當(dāng)半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)從65nm向下發(fā)展到16/14nm的過程中，ASIC設(shè)計(jì)的成本增長是巨大的，現(xiàn)在動(dòng)輒上百萬的NRE費(fèi)用可是失敗不起的，這樣SoC的系統(tǒng)前期驗(yàn)證就變得非常重要。不過，不用擔(dān)心，富士通半導(dǎo)體已經(jīng)為您準(zhǔn)備好了SoC驗(yàn)證平臺(tái)。如下圖6所示，這包括ARM-SoC Platform和系統(tǒng)原型開發(fā)套件(System prototyping kit)。

圖5. 富士通半導(dǎo)體Cortex-A15系統(tǒng)方案。

這里以Cortex-A15 SoC平臺(tái)為例。系統(tǒng)原型開發(fā)套件可以對(duì)Cortex-A15平臺(tái)以及集成IP如CPU和外設(shè)進(jìn)行評(píng)估。在ASIC開發(fā)之前的早期驗(yàn)證期間對(duì)IP的質(zhì)量和互操作性進(jìn)行評(píng)估，包括：PCIe/SATA/USB3.0/GbE。CPU效能的評(píng)估：Cortex-A15，R4F，M3。還能提供S / W開發(fā)：樣品的Linux驅(qū)動(dòng)程序和OS移植服務(wù)。

特別值得一提的是，上圖中的系統(tǒng)方案中紅色字體表示的部分如PCIe/SATA/USB3.0/GbE等，都是富士通半導(dǎo)體自己的產(chǎn)品，這就保證了外設(shè)的完整性，消除了在系統(tǒng)兼容性等方面的影響。

“以前客戶自己搭平臺(tái)驗(yàn)證，費(fèi)時(shí)又耗力。現(xiàn)在有了這樣的平臺(tái)將會(huì)大大縮短SoC設(shè)計(jì)前期的驗(yàn)證時(shí)間，包括客戶自己搭平臺(tái)的時(shí)間也節(jié)省了?？蛻糁恍枰瓿上到y(tǒng)設(shè)計(jì)中最核心的部分，剩下的富士通半導(dǎo)體幫您搞定。另外，除了Cortex-A15 SoC平臺(tái)，富士通半導(dǎo)體還有Cortex-A9 SoC平臺(tái)等，未來還將繼續(xù)發(fā)展其他的ARM核系列平臺(tái)。” 陳博宇介紹說。

在高性能應(yīng)用領(lǐng)域的成功案例

本屆CICE富士通半導(dǎo)體的展臺(tái)展示了過去3年富士通半導(dǎo)體的ASIC設(shè)計(jì)服務(wù)在高性能應(yīng)用領(lǐng)域取得的一系列令人矚目的成績， 這包括：內(nèi)含富士通半導(dǎo)體ADC/ DAC IP的ASIC產(chǎn)品支持40G、100G、400G 波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)(DWDM)和測(cè)試儀表市場，工藝節(jié)點(diǎn)從65nm——40nm——28nm，有多個(gè)電信設(shè)備行業(yè)的頂級(jí)客戶采用了該公司的技術(shù)并成功實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

在通信領(lǐng)域，富士通半導(dǎo)體是目前100G/400G波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的唯一的核心IP和ASIC方案提供商， 并且還在創(chuàng)造新的記錄，2013年首個(gè)28nm 80G～100G ADC/ DAC IP也將誕生，成為推動(dòng)100/400G網(wǎng)絡(luò)商用的重要力量。

在消費(fèi)市場，富士通半導(dǎo)體的世界上第一個(gè)采用28nm HPL(高性能低功耗)工藝的LTE/3G/2G 基帶LSI，用于手機(jī)。由于特別使用了富士通半導(dǎo)體開發(fā)的低功耗methodology，使其降低了30%的動(dòng)態(tài)功耗。在設(shè)計(jì)方面，此基帶LSI還采用了富士通半導(dǎo)體的一系列的IP，包括ARM Cortex、DigRFV3、V4、HSIC、USB2.0…

富士通半導(dǎo)體的SPARC CPU在國際上高性能計(jì)算領(lǐng)域很有代表性。SPARC64 X是與ORACLE合作開發(fā)的第10代處理器，含有16個(gè)內(nèi)核的多核多線程處理器，是屬于世界領(lǐng)先的。

圖6. 富士通半導(dǎo)體的28nm技術(shù)目標(biāo)市場。

隨著中國設(shè)計(jì)能力的提升，這些目前還很先進(jìn)的技術(shù)在國內(nèi)的需求越來越大，如圖6所示為富士通半導(dǎo)體的28nm技術(shù)目標(biāo)市場。“我們看到了這種需求，所以通過本屆CICE展會(huì)和技術(shù)論壇展示這些有代表性的成功案例，希望富士通半導(dǎo)體的ASIC設(shè)計(jì)服務(wù)能夠助力中國高端SoC設(shè)計(jì)的夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。” 陳博宇最后總結(jié)。