預(yù)測(cè)半導(dǎo)體的下一波浪潮

半導(dǎo)體業(yè)處于姜氏曲線的哪里?

　　從PC臺(tái)式機(jī)的出貨量看，已經(jīng)是非常成熟的階段了，在2025年左右基本就達(dá)到飽和，所以PC臺(tái)式機(jī)處在姜氏曲線的一個(gè)較晚階段(圖10)。

　　智能手機(jī)剛過了37%的中間點(diǎn)(圖11)，但是從銷售量角度看，仍然還有一個(gè)非常大的發(fā)展空間。

　　對(duì)于新興的物聯(lián)網(wǎng)，包括很多產(chǎn)品。智能表計(jì)包括水表、電表等各種各樣家用表計(jì)，其實(shí)還處于非常早期的階段(圖12)，現(xiàn)在是成長(zhǎng)非常快的市場(chǎng)。可穿戴設(shè)備處在更早期(圖13)，雖然不完全確定總量，但其規(guī)模應(yīng)該是相當(dāng)驚人的，預(yù)計(jì)是3.5萬億的數(shù)量級(jí)。像健身追蹤器等有相當(dāng)大的市場(chǎng)。可穿戴醫(yī)療設(shè)備也處在早期，包括測(cè)量你的心跳、胰島素的量等各方面還處在一個(gè)非常早的階段。

　　來看看晶體管的數(shù)量。從圖14的預(yù)測(cè)看，從晶體管總量來看，我們還處在一個(gè)相當(dāng)早期的階段，未來十年還會(huì)有一個(gè)爆炸性的增長(zhǎng)。壞消息是，大約在2030年之前，就會(huì)有一個(gè)非常成熟的晶體管的總量，到時(shí)我們肯定需要一類新器件。

錢會(huì)在哪里?

　　上述講到的是量，現(xiàn)在還是講錢更實(shí)際。物聯(lián)網(wǎng)方面有半導(dǎo)體的三大增長(zhǎng)點(diǎn)。1.數(shù)據(jù)中心，我們需要很多網(wǎng)絡(luò)和儲(chǔ)存，需要許多大的數(shù)字SoC(系統(tǒng)芯片)，以及很多固態(tài)存儲(chǔ)器。2.網(wǎng)關(guān)，是數(shù)據(jù)從終端到數(shù)據(jù)中心的一環(huán)。3.節(jié)點(diǎn)/終端，需要傳感器、執(zhí)行器、圖像傳感器、收發(fā)器等小器件。

　　數(shù)據(jù)中心在姜氏曲線中還處在一個(gè)較早期的點(diǎn)(圖15)，還有一個(gè)非常長(zhǎng)的時(shí)間轉(zhuǎn)變。今天，服務(wù)器占半導(dǎo)體市場(chǎng)約4.2%份額。物聯(lián)網(wǎng)與智能的網(wǎng)關(guān)成長(zhǎng)也相當(dāng)快(圖16)，其IC大概占半導(dǎo)體總值的3.1%。

　　但終端的銷量還是較小的(圖17)，2015年終端IC銷售額只有154億美元，而且現(xiàn)在大部分終端還是比較簡(jiǎn)單的。但是從趨勢(shì)看，這些終端會(huì)變得相當(dāng)復(fù)雜，量也會(huì)是海量。需要MCU、傳感器、電池管理IC、無線/有線IC等。

　　半導(dǎo)體業(yè)如何從物聯(lián)網(wǎng)賺錢?

　　實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)是服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)，是把所有的信息收集起來，然后再把信息進(jìn)行分析和處理來賺錢。所以傳統(tǒng)的半導(dǎo)體業(yè)，諸如傳感器、芯片等在整個(gè)鏈條中有相當(dāng)大的價(jià)值。例如飛機(jī)引擎業(yè)賣到了很多服務(wù)性的價(jià)值，每三十分鐘會(huì)產(chǎn)生海量(10兆兆字節(jié))數(shù)據(jù)，如果進(jìn)行收集和分析，可監(jiān)測(cè)引擎的可靠性，以判斷什么時(shí)候需要維修，提高了安全性。因此有很多人預(yù)測(cè)，將來某一天會(huì)有種新的商業(yè)模式：免費(fèi)提供引擎，而數(shù)據(jù)服務(wù)才是廠家真正創(chuàng)造營(yíng)收的地方。

　　所以物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)擁有者將會(huì)是非常賺錢的。傳統(tǒng)的IC公司工程師希望盡量加入數(shù)據(jù)擁有者的行業(yè)里，可以與數(shù)據(jù)公司做聯(lián)盟或是互補(bǔ)的事情，收取費(fèi)用方面用專利模式進(jìn)行收取，還會(huì)有一些新的IC設(shè)計(jì)公司出現(xiàn)。因此，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)會(huì)繼續(xù)變化，有些小型新型的做終端的公司也會(huì)涌現(xiàn)。

一些有趣的問題

　　*現(xiàn)在的半導(dǎo)體公司該如何去做，來實(shí)現(xiàn)用服務(wù)盈利?

　　這也很難。數(shù)據(jù)擁有者會(huì)選擇不同IC行業(yè)的供應(yīng)商。整個(gè)IC行業(yè)的設(shè)計(jì)理念將來可能會(huì)有所改變。例如，2015年美國(guó)DAC(設(shè)計(jì)自動(dòng)化)大會(huì)上，谷歌的一名工程師展示了一款隱形眼鏡，可以通過眼中的液體來測(cè)試血液中的糖分。這個(gè)數(shù)據(jù)本身可以有幾個(gè)作用，可以發(fā)給醫(yī)生，使醫(yī)生實(shí)時(shí)了解你的身體狀況;也可以看你身體哪一部分是糖分釋放器。相信谷歌不可能只賣隱形眼鏡，肯定是想憑借這種數(shù)據(jù)賺錢，無論是醫(yī)療還是監(jiān)測(cè)的過程。所以，一些傳統(tǒng)的IC供應(yīng)商可以做這類隱形眼鏡，有數(shù)據(jù)的公司可以用手機(jī)收集的數(shù)據(jù)做數(shù)據(jù)服務(wù)。

　　*以后會(huì)不會(huì)出現(xiàn)半導(dǎo)體公司將芯片免費(fèi)送給數(shù)據(jù)廠商，利用數(shù)據(jù)賺錢的商業(yè)模式?

　　當(dāng)然是可能的，但是更可能還是會(huì)采取部分收費(fèi)的方式，至少要養(yǎng)活自己。這個(gè)收完回來的周期會(huì)比賣產(chǎn)品收錢要長(zhǎng)一些。

　　*貴公司如何用大數(shù)據(jù)來完善服務(wù)?

　　Mentor目前還是比較傳統(tǒng)的管理，IP是唯一一個(gè)真正在賣的產(chǎn)品。從Mentor工具來看，是讓客戶可以更好地做他們的產(chǎn)品。上述的大數(shù)據(jù)不一定是公開的大數(shù)據(jù)，而是數(shù)據(jù)的擁有者。例如某個(gè)廠商中的私有云，用Mentor的工具去分析他們的數(shù)據(jù)。Mentor的商業(yè)模式還是做B2B(企業(yè)對(duì)企業(yè))。當(dāng)良率變得對(duì)制造企業(yè)和設(shè)計(jì)企業(yè)都很重要時(shí)，Mentor實(shí)際上有大數(shù)據(jù)的分析引擎，可以在線地把數(shù)據(jù)記錄下來，用統(tǒng)計(jì)的方法和優(yōu)化的算法抓到在生產(chǎn)過程中走勢(shì)錯(cuò)誤的點(diǎn)并分析出來。所以Mentor有大數(shù)據(jù)的客戶和應(yīng)用能力，面向的是企業(yè)，而且是在私有云的應(yīng)用層面。

　　*很多人在談?wù)撐锫?lián)網(wǎng)，但是真正賺到錢的卻不多，原因是處于姜氏曲線的初期嗎?

　　其實(shí)現(xiàn)在已經(jīng)有在賺錢的，諸如上述的三個(gè)地方是賺錢的，數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)關(guān)已經(jīng)賺了很多錢，只是在終端只有150億美元，其價(jià)值還遠(yuǎn)沒有體現(xiàn)出來，有待今后發(fā)展。

　　*很多企業(yè)沒走那么遠(yuǎn)就死掉了，從VR/AR、可穿戴、汽車……，時(shí)代變化太快，要想走得更遠(yuǎn)還需要做怎樣的準(zhǔn)備?

　　的確，是有很多公司會(huì)失敗。Wally喜歡小公司。因?yàn)榇蠊緯?huì)有創(chuàng)新的包袱。小公司的好處是失敗了可以重新開始，轉(zhuǎn)換周期較快。實(shí)際上，Mentor現(xiàn)在有很多客戶是從中小客戶發(fā)展起來的。

　　中國(guó)目前是資金密集型，一些地方有政府補(bǔ)貼政策，所以中國(guó)涌現(xiàn)出了很多有競(jìng)爭(zhēng)力的中小公司。另外，中國(guó)教育也會(huì)激發(fā)出一些頂級(jí)編程天才或設(shè)計(jì)專家做小企業(yè)。Mentor多年前就出臺(tái)了支持中小型設(shè)計(jì)公司的項(xiàng)目計(jì)劃，在上市之前，以有競(jìng)爭(zhēng)力的EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)工具價(jià)格來支持他們。

　　*半導(dǎo)體是產(chǎn)品的基石。但有時(shí)也挺心酸，上層會(huì)擠壓下層的利潤(rùn)，現(xiàn)在還有硬件免費(fèi)的風(fēng)潮，怎么辦?

　　以手機(jī)市場(chǎng)為例，蘋果手機(jī)有時(shí)是免費(fèi)的，因?yàn)楹芏噙\(yùn)營(yíng)商送手機(jī)。但其實(shí)蘋果還是收到了應(yīng)得的錢。還有一些成功的案例，一家做汽車傳感器系統(tǒng)的公司，自己做了芯片，但它不只賣芯片，而是把整個(gè)系統(tǒng)賣給車廠，這樣整體附加價(jià)值更高一些。

　　*晶體管數(shù)量越來越多，主要是哪類芯片增長(zhǎng)?

　　從晶體管數(shù)量的角度是會(huì)持續(xù)成長(zhǎng)的，但總量的99.7%是存儲(chǔ)，可見存儲(chǔ)以后的量是相當(dāng)驚人的。盡管存儲(chǔ)主宰了芯片，但是與此連接的邏輯晶體管的價(jià)格還是在向下走，出貨量增長(zhǎng)。只要你的產(chǎn)品是受歡迎的，無論是大型還是小型企業(yè)，都有生長(zhǎng)的空間。從IC行業(yè)的收入來看，fabless(IC設(shè)計(jì)公司)營(yíng)收約占整個(gè)半導(dǎo)體業(yè)收入的30%。

　　*固態(tài)圖像傳感器哪類增長(zhǎng)快?

　　固態(tài)圖像傳感器比半導(dǎo)體市場(chǎng)平均高3個(gè)百分點(diǎn)，即7%左右的年均增長(zhǎng)率。其中信號(hào)處理部分還是會(huì)有較好的增長(zhǎng)，例如汽車中有更多的傳感器，需要更多信號(hào)在一起的傳感器融合。

EDA業(yè)

　　EDA業(yè)通常的平均增長(zhǎng)率比半導(dǎo)體要高約1個(gè)百分點(diǎn)。Mentor比EDA業(yè)的平均增長(zhǎng)率稍微高一點(diǎn)。原因之一是約1/3的營(yíng)收來自系統(tǒng)設(shè)計(jì)公司，像汽車和飛機(jī)等。全世界EDA業(yè)有3%~6%的波動(dòng)，EDA在整個(gè)市場(chǎng)的比例還是比較固定的，占整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)2%左右。

　　7nm方面，英特爾、三星、TSMC和一些內(nèi)存fab(制造廠)都會(huì)有。Mentor的相關(guān)工具已準(zhǔn)備就緒，預(yù)計(jì)今年或2017年初會(huì)發(fā)布。

中國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)對(duì)高端設(shè)計(jì)需求旺盛

　　盡管中國(guó)的經(jīng)濟(jì)增速有所減緩，但中國(guó)發(fā)展半導(dǎo)體的熱情是非常高漲的。一方面，政府的支持力度很大;另一方面中國(guó)對(duì)高端產(chǎn)品的需求量也越來越大，例如手機(jī)中有70%是中國(guó)自有品牌，因此IC內(nèi)需一直在增長(zhǎng)，而且本土的設(shè)計(jì)要求越來越高，所以對(duì)EDA工具的需求也越來越大。

　　這兩三年，很多中國(guó)IC設(shè)計(jì)公司已不是追隨者，而是領(lǐng)先者了。例如最早使用TSMC 16nm、三星14nm代工的企業(yè)就是中國(guó)的IC設(shè)計(jì)公司。因?yàn)樗麄円秃Ｍ庑酒髽I(yè)去競(jìng)爭(zhēng)，必須要保持設(shè)計(jì)水平同步，甚至更領(lǐng)先。

　　目前，和國(guó)內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司的攜手合作方式也有所改變，過去，中國(guó)客戶是追隨者的角色，美國(guó)公司怎樣用，中國(guó)公司就跟著用。而現(xiàn)在，Mentor會(huì)了解中國(guó)客戶的需求，一起進(jìn)行制程開發(fā)。

Mentor面向中國(guó)的產(chǎn)品

　　主要有三大類。首先，IC設(shè)計(jì)類，如面向OPC/EPC光學(xué)矯正晶圓廠的工具;系統(tǒng)工具類，如汽車類產(chǎn)品;以及驗(yàn)證類，如硬件加速器EVP(企業(yè)驗(yàn)證平臺(tái))。

　　在先進(jìn)制程方面，有分辨率增強(qiáng)技術(shù)(RET)中的OPC(光學(xué)鄰近矯正)產(chǎn)品，已和國(guó)內(nèi)重要的代工廠合作。Mentor的Calibire平臺(tái)，可從IC驗(yàn)證到后端的Signoff(簽收)，到制造生產(chǎn)的DFM(可制造設(shè)計(jì))，最終去做mask(掩膜)。

　　值得一提的是，隨著設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，對(duì)驗(yàn)證要求越來越高，以前的設(shè)計(jì)公司是設(shè)計(jì)占大部分工作量，驗(yàn)證較少。但現(xiàn)在大部分工程師是驗(yàn)證工程師，所以需要大量的simulator(模擬器，又稱軟件仿真器)去運(yùn)行test bench(測(cè)試工作臺(tái))?，F(xiàn)在simulator已不夠了，需要用emulator(仿真器，又稱硬件仿真器)。Mentor有EVP硬件平臺(tái)，從RTL級(jí)到整個(gè)系統(tǒng)級(jí)都可以驗(yàn)證，諸如極端的圖像驗(yàn)證，可以一幀幀地加速，實(shí)時(shí)地查看芯片的電路設(shè)計(jì)是否正確。

　　最近Mentor還有Prototyping等新產(chǎn)品。

　　Mentor在可測(cè)試性(DFT)方面也是領(lǐng)先的，由于高端芯片的成本很高，良率越來越重要，因?yàn)橐粋€(gè)百分比的良率提升就節(jié)省了數(shù)百萬美元，所以客戶對(duì)testing有很大的需求。而在2002年前后，客戶基本不做design for test/testing，他們做了廢片，系統(tǒng)廠商來找，他們就賠芯片。但現(xiàn)在大部分中國(guó)的fabless也開始重視質(zhì)量，在意供應(yīng)鏈的安全性。因?yàn)樾酒龅貌缓?，被退回很致命，例如，如果進(jìn)入蘋果或三星的供應(yīng)鏈，如果芯片或模塊做得不好會(huì)受到重罰。另外像極端情況，諸如汽車電子領(lǐng)域，DPM(每百萬產(chǎn)品中的瑕疵率)要做到是1或幾乎沒有，才有資格做汽車電子芯片。所以，這也推動(dòng)中國(guó)fabless一定要提高可靠性等性能，這也正好是Mentor公司的專長(zhǎng)。

本文來源于中國(guó)科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第9期第1頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。