迎接市场和技术挑战，ASIC演绎结构化变革

ASIC的发展代表着市场的动态变化和供应商的不断调整和自我适应。尽管业界观察家们预计该市场今后几年内仍将继续增长，但越来越少的ASIC设计将抵销掉销售额及每设计单位销售量的增加。

当然，ASIC已经受了多年的技术和市场挑战，"轻便ASIC"设计的出现并不意味着ASIC市场的消亡。"由于ASIC器件日益高涨的成本及复杂程度，以及替代产品的发展，有关ASIC市场将要消亡的话题每隔几年都会涌现出来。"Gartner Dataquest分析师Bryan Lewis说道，"但ASIC仍将继续发展，并不断自我调整以适应市场的变化。"

许多ASIC供应商都在寻找新的出路以增加其吸引力。其中之一即是兼具预配置和定制特性的“平台ASIC”，现已引起业界关注。虽然平台ASIC颇有潜力，但现在就断言它对ASIC市场的长期发展有何影响尚为时过早。Dataquest预计，今年全球ASIC销售额将达到169亿美元，较2002年的159亿美元增长6%。从2002年至2007年，ASIC市场的年复合增长率为8.4%，届时将达到239亿美元。据Lewis称，新的ASIC设计数量将继续下降，但下降速度将会放缓。他估计去年的ASIC设计数目为3,500至4,000个，而5年前高达1.1万个。

ISuppli公司分析师也断言今后几年内ASIC设计数目会适度下降，但对市场的销售前景不如Dataquest乐观。据iSuppli统计，2002年可产生收入的ASIC设计数目从2001年的2000个下降到1,450个，降幅达28%。"虽然每个设计的平均收入在增长，但不足以抵消设计数目的下降。因此，这一趋势将在2005年及以后对ASIC市场产生负面影响。"iSuppli在一份报告中写道。

数目减小，成本增加

尽管业界分析人士对ASIC的销售额及设计数目的估计有所不同，但他们对该市场的潜在变化持相同意见。由于三年的经济衰退，ASIC的用武之地也大为减少。消费电子、数据处理和存储设备应用一直是ASIC的主要目标市场，约占ASIC设计数目的2/3，以及ASIC销售额的3/4 (iSuppli数据)。有线和无线通信在90年代后期是ASIC增长的主要驱动力，但去年仅占ASIC设计数目和销售额的14%。

技术的进步也是ASIC设计数目下降的一个原因。集成减少了每个系统所需的芯片数目，但提高了每个器件的价值。"以前需要4个芯片的设计现在仅需一个或两个即可，" Lewis说道。"功能并未减少，而是集成进了一个更高价值的芯片。"

工艺技术向更小线宽的转移是造成ASIC设计数目减少的主要原因。更小的线宽提高了设计复杂程度，延长了开发时间，并提高了开发成本。一些ASIC供应商刚刚过渡到0.13微米工艺，其他供应商已转向90纳米技术，预计明年将会启动。据独立半导体行业分析家Cary Snyder称，90纳米工艺的掩膜和晶圆成本估计在130万美元左右，0.13微米工艺为90万美元，而0.18微米工艺为40万美元。而且工程和设计工具等其它费用还需要额外的500万至1000万美元。

无论何时业界转向一个新的工艺尺寸时，都会出现一系列新的难题，Semico调研公司分析师Rich Wawrzyniak表示："裸片会有更多特性，更多人介入设计之中，而且花费时间更长。当设计逐渐变小时，人们还倾向于添加更多的东西进去。"

然而，采用ASIC固然昂贵，但选择其他方案也是代价不菲。 "ASIC仍是成本最低的方案，因为它是专为特定应用而定制的，"Wawrzyniak说道。"而通用器件从长远来看花费可能更高。"

选择ASIC，还是ASSP、FPGA或其它技术？这就引发了成本/性能比的问题，将影响到产品面市时间、生命周期，以及总体系统维护等，惠普公司电子系统部ASIC项目经理Mobashar Yazdani表示。“很多时候，各方面的压力迫使我们倾向于选择ASSP，但有时候ASIC是最好的选择，因为它可以使我们的产品与众不同。”

Yazdani说道，"ASIC是产品的个性代表，但视应用不同而千差万别。对于打印机等大批量生产的产品，ASIC的好处要超过其成本。"

ASIC具有最低的单价、最高的性能及最大的灵活性，杰尔系统公司网络ASIC业务副总裁Necip Sayiner认为。

与ASSP和FPGA相比，基于单元的ASIC设计需要较高的NRE费用，但其单位成本要低得多。然而，随着开发成本的上升，只有大批量生产和极高的销售量才能确保ASIC的经济可行性，德州仪器公司ASIC业务副总裁Stephen Sutton表示，例如随着光网络市场需求的疲软，光网络应用再采用ASIC就不大可行，因此该市场的ASIC设计数目出现下滑也是必然的。

"采用ASIC的客户必须保证他们能够收回开发成本。"Sutton说道。

"NRE收支平衡点"过去是1000片，而现在要2000片，IBM微电子副总裁兼ASIC业务总经理Tom Reeves表示。"2003年我们的平均业务量比一年前预期的要高50%。"

这实际上带来了一些明显的好处。少品种，大批量意味着更有效的制造，买家和卖家的成本都会降低。此外，由于风险比较高，客户在选择时必须分外慎重，这有助于延长ASIC的生命周期，以及提高其收入潜能，三星半导体公司系统LSI部业务开发总监Benson Cheung认为。

"客户在投入大量的资源于某一ASIC设计之前已做了认真的分析，以确保该产品具有大批量生产的潜力。"Cheung说道，"一旦我们与客户一起确定下来某一设计，进入大批量生产的可能性就已经比较高了。"

结构化ASIC

由于“平台ASIC”可以降低NRE成本，减少设计复杂性及加速产品开发，过去几个季度它已得到极大的重视。虽然平台ASIC的单位成本比标准单元高得多，但这类器件并不要求大批量生产和销售额来达到收支平衡，这一点要比全定制芯片有优势。

"虽然标准单元仍是高性能产品 (成本不是问题)和消费电子市场 (超大批量生产，而且对性能要求日益提高)的主要驱动力量，但当设计转向0.13微米后平台ASIC就会成为关注的焦点。"Lightspeed公司总裁兼CEO Dave Holt表示。

平台ASIC的一种类型既是结构化ASIC，其中扩散层与聚合层形成一个固定的逻辑单元结构，它们再与一些以后可以定制化的金属层粘和在一起。HSPACE=12 ALT="图题：全球ASIC设计数目逐渐减少">

Chip Express、富士通、Lightspeed、LSI Logic和NEC均采用嵌入式门阵列方法来实现结构化。在这种类型的结构化ASIC中，固定IP包括DRAM控制器、存储器、PCI和处理器内核，而垂直市场类IP和金属可编程门则构成了器件的可定制部分。

富士通微电子市场副总裁Keith Horn认为，结构化ASIC的复杂性客户是看不见的，最终的器件配置和系统级验证仍由客户决定。

结构化ASIC的工具可以编写得更快，设计和制造也可以加快，而且掩膜步骤更少。该技术可用于概念验证或系统寿命验证。

AMI半导体的混合门阵列采用0.18微米工艺，主要面向中型密度、低功耗ASIC应用和FPGA至ASIC的转换。其前面几层是在TSMC的前端制造过程中放在一起的，第3至5层则是在AMI的晶圆厂加进去的。

其结果是更低的加工成本和NRE，而且建模时间仅需10天。但对基于单元技术的建模来说，需要20至25周。

Chip Express今年初宣布了后端可编程先进门阵列ASIC。据该公司市场副总裁Doug Bailey称正开发这一结构化阵列的0.13微米型号。

其他开发商已着手于90纳米工艺。NEC预计明年中开始投产其最新型号的平台ASIC，将采用90纳米工艺。该器件设计有5至7个金属层，另外还有两个定制层。它将拥有400万个可用门，10Mb嵌入式可配置存储器，性能高达500MHz。

其他方法

另外一种结构化ASIC是Altera公司的HardCopy，它采用与FPGA相同的基本处理技术和I/O结构。该器件采用Altera的Stratix FPGA技术，但去除了可编程单元，代之以客户的编程文件，该公司产品规划副总裁Robert Blake声称。"Stratix是一种FPGA，但当转换成HardCopy时，它就像一个结构化ASIC，但也可用作ASSP。"

有些平台ASIC并不采用结构化方法。东芝的SOC MOSAIC采用通用IP模块、标准化的总线接口，以及可升级的总线系统。这种配置可将面市时间降至6个月，东芝美国电子公司ASIC和代工业务部副总裁Richard Tobias表示。每个芯片都是从头布局，而不是采用固定的硅片，这就排除了频率和时序问题。

"你仍然可以针对不同的应用而定制该芯片，但产品面市时间缩短了。"Tobias说道，"浪费时间就会增加成本。由于该器件可节省成本，无论小批量或大批量客户都会喜欢的。"

像平台ASIC这样的混合方案可能会引起概念的混淆，iSuppli的Selburn认为。"问题在于这是ASIC，还是ASSP。而且还不清楚它们如何跟标准单元、PLD和标准产品竞争。"

如果平台技术归为ASIC类，这将有助于ASIC设计数目的提升，LSI Logic公司技术市场副总裁Ronnie Vashista认为。LSI Logic预测，今年平台ASIC市场总值将达71亿美元，到2006年增长到93亿美元。这些预测是假设该技术可以占据30%的单元ASIC市场、35%的高端FPGA市场，以及15%的ASSP市场。

到最后，也许变化的ASIC 市场并不影响总的半导体市场，摩托罗拉半导体产品部32位消费业务营运经理Ray Cornyn认为："如果ASIC市场衰落，ASSP更加流行，我们必须有一系列的产品才能满足市场需要。"Cornyn说道，"就总体半导体市场而言，收入来源可能会有所变化。"

作者：白克林