发展SOC设计的问题与建议

厦门联创微电子股份有限公司
徐中祐 董事长 教授

[摘要]：本文通过分析在我国开展SOC设计及开发实用化产品所面临的主要困难和问题，比如人才、加工线、知识版权等，提出了加快发展我国SOC设计技术的建议和对策。

一、发展SOC设计面临的十大难题
      20世纪90年代深亚微米半导体工艺技术的成熟和EDA工具的不断改进使电子设计工程师有可能将系统集成在芯片上，即SOC（System—On—Chip）。SOC已成为当今IC行业最热门的话题，成为网络时代信息高速公路的砖瓦和基石。
      在我国SOC设计的重要性已为越来越多的人所认识，但真正的SOC设计还只处在刚刚起步阶段，还面临许多的制约因素，归纳起来主要有下列十项：
1、缺乏人才
      缺少既懂得系统设计又能熟练使用最先进的EDA工具的人才，尤其是有成功设计工业化SOC产品经验的优秀人才；缺少能将前端系统设计和后端物理设计整合为一体的人才；缺少既懂设计又会做芯片测试分析的人才；缺少能从事数字模拟混合IC设计仿真的人才。美国从80年代开始重视在电子系统专业中培养会设计LSI的人才，在各大学的计算机和电机系将LSI设计列为必修课十年后大见成效，而我国至今未将LSI设计课列入上述专业必修课。
2、缺乏实用化的IP核
      数百万门的SOC芯片已不可能用最底层的门级标准单元自动布局布线来实现，它必须靠有一定集成规模的验证无误的IP核作为SOC大厦的砖瓦和预制件。目前我国虽然有不少人已声称开发了某种IP核，但都是支离破碎的或价格昂贵的，缺少真正实用的、价格可接受的、配套齐备又便于生产加工的IP核。
3、缺少加工线（Foundry）
      国内目前能承接定单的加工线不多，服务较好、价格较合理的加工线最多至0.6微米，0.35微米加工在价格和服务方面尚未实用化。缺少带Flash 工艺的加工线，这对SOC设计是十分重要的。若到国外或台湾地区加工，又面临着进出口手续、关税、技术接口、成本、交货期限等众多问题。
4、数模混合（Mixed Signal）
      数模混合（Mixed Signal）电路从设计、加工至测试均存在较大问题。有规模的加工线不愿进行必要的局部工艺调整以适应模拟电路的特殊要求。SOC设计将原来数字模拟界面的可测试外引线变成芯片内部连线，给可测性设计带来新的难题。
5、不同设计层次间的链接
      复杂的SOC芯片已经不可能由一个人来全部完成，通常分为前端Frond End（或高层）和后端Back End（或底层）。目前国内从事前端设计的公司主要是一些整机厂家，他们缺乏后端设计的人才，不得不花巨额资金和漫长的时间去和从事后端设计的公司去合作和磨合，他们常常找不到合适的后端队伍或公司来帮助完成最终的SOC产品，这里的链接和磨合中有技术问题、经济问题、信任度问题、产品所有权、利益分配、风险承担等一系列问题均待商业化和规范化。
6、知识产权与版权保护
      为降低SOC 的成本，必须考虑IP建库和设计重用性，若此事发生在不同厂家，则面临知识产权与版权保护问题，目前国内尚不规范。
7、SOC设计市场需求不大
      目前国内从事产业化生产的电子整机厂家涉及芯片的核心技术主要来自国外，大多数采用的是“拿来主义”，很少有从芯片设计开始的自主创新研发，真正从事自主芯片设计的还是凤毛麟角，需要SOC设计的更是寥寥无几。
8、缺少面向工业界的高水准研发机构
      国内科研与产业脱节现象仍十分严重，科技人员集中在北方和内地，龙头产业集中在东南沿海，学校的研究所与工业界尚有一段距离，工业界和科学院的研究所与产业界距离遥远，结合不够，真正面向工业界与产业结合紧密又有规模和高水准的研发机构极少，他们是今后SOC芯片设计的基地。
9、应加强政府的支持和协调
      虽然国家科技部已将SOC 列为863计划重点，但比较多偏重于学校和应用基础研究，对产业化方面的支持不够。国内创业板迟迟不开，对IC设计业如何迅速发展壮大也有一定负面影响。
10、设计公司的产业化不够
      我国IC设计公司规模偏小，资本和技术实力有限，加上与产业结合不够，难以承担设计SOC产品的重任。部分有实力的国外和台湾公司在国内落户，其产品设计加工与国际市场接轨，有了SOC设计的良好开端，但还未形成成熟的团队，许多国内召收的新手还在培训之中。
二、发展我国SOC设计的四点建议
1、吸引留学人员，联合台湾IC界
      我国目前有大批人员在美国、欧洲、日本从事SOC设计，积累了丰富经验，据本人所知，著名的Alpha、ARM 和奔腾芯片的主要设计者中均有中国留学生，要充分利用他们的经验。另外与台湾IC界加强合作，缩短发展我国SOC设计的进程。
2、加强Foundry建设
      鼓励支持带Flash工艺的同时支持一批高水准的Foundry 服务设计公司，为广大客户提SOC设计的技术支持，比如提供IP库，提供后端设计服务等。
3、加强特种封装工艺研究
      SOC可以是System—On—Chip，也可以是System—On—Chips，只要能将系统所需的各种配套芯片用裸片方式封在一起，就可以降低SOC的设计、生产和测试成本，达到与单芯片SOC同样的封装体积和使用效果。
4、加强SOC芯片测试技术研究
      SOC芯片测试可能成为SOC技术普及后的瓶颈，应及早培养人才和队伍，加强SOC的测试技术研究。
三、结束语
      厦门联创微电子股份有限公司於1999年12月成立后即根据自己的条件和产业界需求，积极从事SOC设计方面的前期研发工作。开发了多种8位MCU 芯片和高压数模混合ASIC芯片，部分产品已经在市场上批量供货，使其中的IP核得到了较好的验证。目前在上海新投资成立的上海矽创微电子有限公司正积极与上华、华虹、中芯等芯片生产厂家配合，设计开发针对国内Foundry的单元库和MCU IP核。我们衷心希望与广大国内外同仁加强合作，推进我国SOC设计技术的发展。