一家与芯片设计紧密相关的公司,其核心竞争力是最终成形芯片的主要贡献力量,然而,在芯片的 Logo 上往往看不到这家公司的名字,堪称是芯片的幕后英雄。这样的企业就是为 Fabless 和系统厂商提供服务的 IC 设计服务公司。从目前的发展形势来看,这样的幕后英雄正在受到越来越多的重视,其在行业内的发展前景非常值得期待。

 

作为国内名头最大的互联网+硬件之 AIoT 企业,小米在最近几年一直在向上游的芯片领域拓展。前一段时间,其投资了国内名列前茅的 IC 设计服务企业——芯原微电子,将发展芯片业务的触角伸向了 IC 设计服务领域。

 

据悉,小米旗下的湖北小米长江产业基金合伙企业(有限合伙)已投资芯原微电子(上海)股份有限公司,持股比例为 6.25%,为后者第四大股东。

 

众所周知,小米自研用于手机的处理器——澎湃系列芯片 S1 和 S2 发展得并不顺利,而放眼未来的物联网才是其更大战略,为此,小米对旗下的芯片设计业务团队松果电子进行了重组,其中部分团队分拆组建成立了一家新公司——南京大鱼半导体,并开始独立融资。大鱼半导体主要进行人工智能(AI)和物联网芯片的研发。

 

在此基础上,小米投资芯原微电子就显得顺理成章。一方面,后者对于小米的芯片研发业务有直接的帮助作用。

 

在谈对小米业务的帮助之前,先简单了解一下芯原微电子。该公司成立于 2001 年,总部位于上海,创始人为戴伟民博士,这是一家芯片设计平台服务公司,提供系统级芯片(SoC)和系统级封装(SiP)等一站式服务。不同于一般的芯片设计公司,芯原专注为客户提供定制设计服务,不做产品,不与客户竞争。可穿戴设备、智能家居和汽车电子等多种终端应用中都有该公司的系统芯片定制和一站式的端到端设计服务。

 

投资这样一家公司,小米可以在其澎湃芯片上搭载 NPU 处理能力,这次投资,将会为澎湃芯片带来更多的技术和算力上的支持。另外,对于其大鱼半导体的 AI 和物联网芯片也有很强的支持作用,而相较于澎湃芯片,芯原对于小米的 AIoT 战略发展的意义会更大,可以为大鱼半导体提供发展助力。

 

投资芯原,除了对自身芯片业务发展有直接帮助之外,小米肯定也看到了 IC 设计服务业务的广阔发展前景,而芯原微电子又是我国本土 IC 设计服务企业当中的佼佼者,对其投资有很大的价值。

 

AIoT 更加依赖于 IC 设计服务

芯片开发包括产品定义、前端电路设计、后端物理实现、制造工艺、封装等多个环节,而且还常常需要组合多种不同功能的 IP,使得设计难度进一步加大,然而,并不是所有 IC 设计公司对这些技术都有深入的了解,此时,IC 设计服务企业可充分利用自己在设计方面的专长,发挥专业化分工优势,帮助设计企业提升产品的价值。

 

IC 设计服务业在国内的出现可以追溯到 10 年以前,不过由于当时大陆地区的 IC 设计业刚刚起步,市场还不成熟,国内 IC 设计服务企业发展非常缓慢。随着摩尔定律的演进,超大规模集成电路设计复杂度正日益增加,设计难度与成本也呈指数提高,同时,本土 IC 设计公司成长迅速,并开始进入先进应用领域,涉及到的芯片越来越复杂,对设计服务的需求开始增多。

 

在物联网市场当中,IC 设计门槛在降低,与此同时,AI 的发展促使产业链上越来越多的企业(包括半导体企业、系统厂商以及互联网企业)进军到芯片设计领域。这两年,红火的应用,如 AR/VR、云端运算(大数据分析)、AI 及深度学习,甚至比特币都需要高性能及低功耗的芯片。大型的系统公司、数据中心、互联网平台等公司渐渐不用市场上的标准芯片(ASSP)了,而倾向自己开发定制化芯片(ASIC),用以满足其性能及功耗的需求,还能与其竞争者形成差异化。Google TPU 就是一个典型的例子。这种趋势更增加了 IC 设计服务厂商的机会。

 

此外,AI 芯片已成为 IC 设计企业及云端服务公司发展的重点,包括 Facebook、Amazon、Google、阿里巴巴等都在自制自家服务器用的 AI 芯片。联发科、高通、华为海思的智能手机处理器也融入了 AI 功能。

 

作为集成电路产业链上重要的一环,IC 设计服务商拥有复杂芯片设计能力、丰富的 IP 以及与代工厂良好的合作关系,为 Fabless 公司提升产品性能、加快产品上市提供了有力保障。与此同时,随着我国本土方案商(IDH)和 OEM 逐步壮大,他们也开始有了定制化 IC 的需求。

 

IC 设计服务企业可以提供不同的服务内容,例如:1. 客户提出芯片功能要求,设计服务公司给 RTL 源代码等软核;2. 客户提出芯片功能要求,设计服务公司给 GDS 等硬核;3. 客户给 netlist,设计服务公司从 netlist 开始做,一直到 tapeout,等等。

 

各路诸侯拓展 IC 设计服务业

产业链上可以提供 IC 设计服务的公司有很多,包括 Cadence、Synopsis 等 EDA 厂商;还有 GlobalFoundries、中芯国际等晶圆代工厂。但是,做的最全面的依然是那些专业做设计服务的企业,如我国的芯原微电子、灿芯、Alchip 和摩尔精英等。

 

这里提一下摩尔精英,因为其是最近两年刚刚升起的 IC 设计服务新星。除了 IC 产业链后端的流片、封测服务之外,其还提供前端的 IC 设计服务,从 Spec/FPGA/ 算法到芯片交付,包括:芯片架构规划、IP 选型、前端设计、DFT、验证、物理设计、版图等服务,并支持 Turnkey、NRE、专业咨询和驻场等灵活的服务模式。具有一定的新颖性。

 

在非专门做设计服务的厂商里,EDA 厂商不用多说,因为它们提供的 EDA 软件本身就是 IC 设计服务的载体,广义上说,它们也是 IC 设计服务企业。此外,Fabless 和晶圆代工厂也都越来越看重设计服务业务,并将大量的资源投入到其中,以期在未来的竞争当中占得先机。

 

联发科押注 ASIC 设计服务

AI 芯片已经成为当下的热点,以及未来的发展趋势。而目前的成熟 AI 应用,大多都是基于 GPU 和 FPGA 的。特别是在数据中心,二者占据了大量市场份额。而随着物联网的逐步落地,各种应用,包括数据中心,对具有高性能、低功耗 AI 芯片的需求愈加突出,因此,各种专用的 ASIC 人工智能芯片不断涌现出来,这也成为了一个发展趋势,目前,最为出名的就是 Google 的 TPU(张量处理芯片),其也是高效能比的代表。

 

面对这样的发展态势,传统的 Fabless 大厂联发科开始押注 ASIC 设计服务。

 

2018 年初,该公司正式宣布大力拓展 ASIC 设计服务业务,这也是基于联发科 20 年芯片设计经验和 IP 积累,以及市场需求做出的决定。服务对象主要面向系统厂商和 IC 设计公司。

 

为此,该公司成立了一个独立的事业部发展这种模式的业务。实际上,该公司在 2011 年就开始提供 ASIC 设计服务了。而随着 ASIC 设计需求日益增涨,这个市场每年的规模超过 200 亿美元,且一直保持高速增长,正是看到这一点,联发科才高调入场。

 

对于这一业务模式的价值和意义,联发科副总经理暨智能设备事业群总经理游人杰做了个很形象的比喻:“要喝牛奶,你不需要养一头奶牛。”

 

对于一些有资金、有能力的终端公司而言,例如苹果,开始向产业链上游渗透,自己设计 CPU、GPU 和电源管理芯片。但是,对于更多厂商而言,它们不具备那样的经济实力和资源整合能力,而且每家的需求都不一样,因此就可以与能提供 ASIC 设计服务的企业合作。这是一种垂直合作模式,客户定规则,ASIC 设计服务商则帮助客户实现差异化应用。

 

随着区块链、超大规模数据中心、AI 和深度学习市场愈加红火,ASIC 需求水涨船高,这些技术都需要高速运算,需要对资料做出分析,需要在端侧做出决策,总之一句话:需要功能非常强大的芯片,未来,ASIC 设计服务的机会在于能够提供差异化的方案。

 

联发科 ASIC 设计服务部门是一个独立部门,据悉,其 ASIC 设计服务最先看好的就是向产业链上游芯片设计板块渗透的互联网巨头们,而这些互联网或终端巨头引导着上游芯片业的走向,也占据着产业链整体利润的大头儿。这些对于未来的 IC 设计服务业务来说,具有很大的吸引力,需要提前布局,抓住先机。

            

GlobalFoundries 走差异化之路

除了 Fabless 之外,晶圆代工厂也很重视 IC 设计服务,以 GlobalFoundries(格芯)为例,过去几年里,该公司一直在拓展 IP 合作伙伴规模,以提升其 ASIC 设计服务水平,这同时也是吸引新客户的方法之一。据悉,格芯是除 Broadcom 之外,唯一既有 ASIC 设计服务,也有晶圆厂的从业者。

 

格芯本来是想大力发展高端 ASIC 设计服务的,为此,该公司于 2015 年收购了 IBM 的 IC 设计业务部门,并在此基础上成立了全资子公司 Avera。但随着格芯发展战略的调整,放弃了 7nm 及更先进工艺的研发,也基本放弃了高端智能手机处理器市场,格芯于今年 5 月宣布将 Avera 卖给了 Marvell。

 

退出 7nm 工艺竞争后,格芯开始专注于中端的特色工艺代工服务,特别是 SOI 业务,这里有很多生意可做,而且大多数能赚钱的是技术成熟的中阶芯片,因为生产设备已经基本完成折旧。格芯一直在大力拓展用于 SOI 的 IP 合作伙伴规模,以形成更好的生态和服务能力。因此,格芯将今后的 IC 设计服务关注点放在了特色工艺芯片方面,与台积电和三星相比,走的是差异化道路。

 

结语

在物联网和 AI 的大势下,IC 设计服务这一模式越来越受到业界的欢迎,特别是大型的互联网企业,不约而同地渗透到了上游的芯片设计领域,它们对相关设计服务的需求更加迫切,而且它们还在很大程度上影响着上游芯片应用的走向,且具有强大的利润空间掌控力,如果能与这些互联网企业形成紧密的合作、绑定关系,无疑会给 IC 设计服务企业的钱途加上重重的砝码。在这方面,联发科看得很清楚,吸引来小米投资的芯原微电子同样看得很清楚。