“我们看到了半导体产业新一轮IDM化趋势,即很多头部互联网厂商和大的系统公司都开始聚焦自研芯片,但这次的IDM趋势和之前有很大的不同,这给定制化芯片带来了更多的机会,但也引入了很多不同的挑战。”
▲Socionext亚太区高级副总裁刘珲(Kenn Liu)
Socionext 亚太区高级副总裁刘珲(Kenn Liu)在接受半导体行业观察记者采访时从整个半导体产业模式历史变迁中谈及了背后的机遇,并将当下新一轮IDM化称之为“IDM 2.0”模式,这一打破通用芯片固有瓶颈的模式正在创造新的业务。
“IDM2.0”
从历史维度来讲,半导体行业历经半个多世纪发展,在初期的IDM鼎盛时代,IDM厂商一人独自包揽从设计,生产到最终电子设备销售的整个上下游链条。随着半导体工艺演进和晶圆代工厂的兴起,晶圆厂(Foundry)+通用芯片的无厂半导体公司(Fabless)这种紧密合作的模式替代了传统的IDM垂直整合模式,系统公司和通用芯片Fabless公司互利互惠,促进整个产业的繁荣。
“然而随着移动互联网业务和AI技术的发展以及新一代无线网络的部署,新的应用场景和算法对芯片提出了新的挑战。” 刘珲指出,我们看到这些原本不关心芯片自研的系统设备厂商和那些拥有个人用户的头部互联网厂商越来越多的开始垂直化的动作,部署芯片研发。这个被称作“IDM 2.0”的模式有一个最大的特点:“这些公司自研芯片的目的不是为了降成本,而是通过自研芯片为主业务带来量质的提升和能够差异化竞争的产品。所以和之前的IDM相比,他们并不那么关注那些不能体现他们差异化的垂直整合,比如更上游的半导体生产、测试。”
举个例子,如今的互联网厂商对自研芯片所带来的20%硬件投入节省的兴趣远远低于“20%流量的增加或者活跃用户的增加”。恰如苹果自研芯片的目的不会是降低成本,而是为了支撑如AirPods这样的爆款产品,这些爆款产品的价格高于市场平均价的2-3倍。
刘珲表示,新型的IDM会更加聚焦业务需求痛点,软件算法的创,以及如何把业务的需求和软件转化成芯片里独有的算法模块。
“对于这些IDM来说,他们需要很好的定制化SoC合作伙伴来帮助他们offload在芯片里的通用部分和芯片具体实现上的投入。”显然,这对合作伙伴提出了前所未有的要求,不仅需要丰富的ASIC前后端设计和量产经验,还要具有平台化SoC的架构和软硬件能力,帮助其迅速搭建出具有差异化算法的SoC。而这对定制化ASIC厂商提出了更高的要求,现在行业里能够满足这些要求的厂商凤毛麟角。
而这对Socionext来说这却是是最大的机遇。
深厚的设计技术积累和丰富的产品覆盖领域
表面来看,成立于2015年的Socionext是一家新兴的半导体初创公司,但其实不然。技术上她有着非常深厚的积累,这是因为她整合继承了日本最大的两家IDM——富士通和松下的半导体部门的主要半导体产品和技术。
“上世纪90年代是日本半导体巅峰时期,此后遭遇了2000年的互联网泡沫、美国打压以及韩国半导体崛起,日本在半导体的工艺制成在诸多因素的影响下没有继续投资下去,但半导体设计,仍然是日本政府认为需要保持全球竞争力的一个领域。刘珲表示:“日本政府当时斥巨资撮合两家公司的半导体部门合并,意在打造一家日本最大的、能够服务全球半导体Fabless的公司。在这愿景下,Socionext已经走过了五个年头,日本以外的业务比例正逐年增加,服务了许多全球知名的客户,包括传统的系统和新兴的互联网公司。”
目前Socionext的业务包含两大块,一是通用ASSP,完全由Socionext设计并提供包括芯片和软硬件解决方案在内的技术支持。另一个是定制芯片ASIC组成,为客户量身定制的产品,主要提供包括前、后端设计和生产管理在内的价值能力,交付芯片硬件,使能客户在核心算法和系统及市场上的核心价值。
▲Socionext业务涉及领域
近年来,结合ASSP和ASIC两大产品类别,Socionext的业务覆盖了许多市场和应用领域,包括消费类上的视觉影像处理、雷达探测感知、增强/虚拟现实、流媒体视频处理、8K高清画质、办公室自动化、窄带IOT和高分辨率的电力载波通信;工业及汽车领域内的数据中心计算和存储、5G的无线接入和网络传输、汽车智能座舱和ADAS、工业机器人和移动医疗等。
“我们在ASSP上积累了很多的SoC和Mix-signal平台,这些平台都可以用在我们的定制化业务上。在一些市场领域上,我们也看到定制化芯片越来越取代通用芯片的趋势,我们会灵活的把通用产品开发的路线切换到为客户定制的路线上。在这些细分市场上,我们更相信客户在对最终用户和系统的理解核心竞争力,我们希望通过提供这些平台化的SoC方案,使客户迅速迭代出他们的芯片。” 刘珲提到,“做客户成功背后的支撑者,这是我们对自己在产业链里的定位。”
史无前例的疫情重新定义了人们的生活方式和工作方式,也让人们看到了基于互联网技术的虚拟空间交流的巨大发展潜力。疫情之后也许会有更多的企业和个人适应并选择这样的学习和工作方式。这对数据中心的扩容,网络设备部署升级,家庭通信和娱乐终端设备的形态变化都提出更高的要求和带来更多的机会。在刘珲的眼中,定制化的SoC在这些机遇里充满前景。除此之外,5G、AI和云计算的结合,新能源汽车和自动驾驶也都对定制化的SoC有很大的需求。
对于在定制ASIC细分领域全球排名第二(IHS 2019排行)的Socionext看来,这些市场机遇给未来的定制化ASIC带来很大的成长空间,据kbv research的一份报告称,到2025年,全球ASIC芯片市场规模将达到247亿美元,预测期内(2019年到2025年)的复合年增长率达到8.2%。一些知名的通用芯片厂商,也用为客户定制芯片来弥补公司业务的不足。
差异化的平台化定制SoC方案
行业内提供设计服务的公司其实不少,但很多公司都无法提供从产品规格,到系统软硬件设计,芯片前后端设计一直到芯片生产交付全链条的能力,体量也都不够大,无法为重要客户提供长期可信赖的定制化服务。
“我认为我们的差异化来自于继承来自富士通和松下的大量SoC产品和技术,再加上多年服务定制化客户的经验所形成的全链条能力,特别是区别于传统ASIC的前后端交付接口模式的平台化方案。平台化的方案是基于Socionext一系列多核SoC平台,Socionext完成大部分工作包括芯片顶层和主要子系统在内的芯片设计及底层软件设计,客户只需聚焦核心的算法逻辑和验证以及和应用相关的上层软件和中间件。” 刘珲特别提到。
▲Socionext平台化SoC概念
▲Socionext ASIC平台方案的覆盖层次
刘珲介绍到Socionext近些年形成了一系列多核平台化方案,比如:针对大数据中心和高性能嵌入式计算领域的24xA53和32/64xN1平台,针对汽车和自动驾驶领域的多核A55和A76E叠加车规级ISP平台,针对中小型网络和计算设备的4/8核A72平台,以及针对监控、视频流媒体和Camera等应用的多核A53+AV1/HEVC/H.264+ISP平台。
刘珲表示:“在这些平台基础上,客户还可以与Socionext深度讨论定制差异化feature,同时将自己的核心算法UDL通过总线与CPU子系统,信号处理子系统,存储子系统和其他高速外设接口子系统进行连接通信。”
关于平台化SoC的优势, 可用两个案例进行深度剖析。如在“L4自动驾驶Machine Learning Accelerator+Fusion Chipset”的平台化ASIC案例中,客户提供关键UDL RTL和验证,而Socionext负责SoC系统的搭建和验证以及安全机制部分的设计。
▲“L4自动驾驶Machine Learning Accelerator+Fusion Chipset”案例
值得一提的是Chip B采用5nm工艺,“这颗芯片难度非常大,第一是它本身是一颗十几亿门的超大型ADAS加速芯片,性能要求很高,系统集成和验证非常复杂。” 刘珲解释道:“再加上芯片还要实现ASIL_B的车规认证,不管是工艺制成上,还是第三方IP,车规准备都还在早期阶段, 如此复杂的芯片,客户希望非常有车规经验和SOC架构能力的合作伙伴,因为在车规SOC芯片方面的多年设计和产品经验,客户选择了Socionext进行合作。“
在高性能计算领域,刘珲提到了的众核(>32)N1处理器的案例中,客户提供基于特殊通信协议的网络通信加速器,而芯片的其他部分由Socionext完成,其中包括芯片的顶层,众核CPU子系统、DDR5、PCIE-5和超高速的Serdes等多个高速的接口子系统。
整个平台式SoC的方案中,Socionext为客户提供了多种创新的合作模式,这种定制化的方案可以像菜单一样(如下图),供客户选择。“这样灵活的合作模式使我们像客户团队资源和能力的延申,而通过与客户的合作,我们价值链也得到了延申。因为这样的紧耦合的合作,我们的团队和客户的团队能建立非常牢固的信任关系。”
▲Socionext平台化方案合作模式案例
除平台化方案外,Socionext的优势还在于先进工艺上大型芯片的设计经验和能力。据刘珲介绍,“在10nm/7nm/5nm上,Socionext有超过10个大型芯片的项目经验,案例覆盖从超低延时和消费电子的AR/VR,到质量和安全要求很高的汽车芯片,再到巨无霸的众核CPU和AI加速芯片。”其中5nm,2019年3月就完成了工艺TEG的投片,现在有3个案例在实施中。
经验在大型芯片设计中起着非常大的作用。通常网络通讯和数据中心芯片的die size很大,速度很快,信号流复杂。不管是布局布线中对通道里走线密度的考虑,还是对超长距离走线所需要考虑的打拍或是feedthrough的考虑,以及消除大芯片ocv所带来的timing影响,同步设计中全新品的时钟树均衡问题,高速IP需要考虑的SI问题,大型芯片所共有的PI问题等,都只有靠实战经验来解决。刘珲在受访中对这些问题的解决之道如数家珍,并举例表示:“大型的网络或处理器芯片时钟架构的设计需要特别的技巧和考虑,除了传统的时钟树,需要引入诸如H-Tree,Clock Mesh,甚至多种时钟结构混合的方法。”
刘珲还提到Socionext充分发挥了日本公司一贯的高质量管理精神,达到高可靠性的设计和生产交付。公司通过验收标准、实验设计和条件、对特殊产品进行特殊筛选等策略实现高质量低ppm的产品交付。
此外,在封装工艺上Socionext也颇有建树,继承了曾经富士通的先进封装设计能力和量产经验。他们的封装工艺主要体现在以下三个维度:
1,超算和CPU驱动的超大型封装设计能力,具体来说就是超大尺寸70mmX70mm,独特的metal TIM所带来的超低热阻,复杂的多层基板设计能力以及特殊的陶瓷封装量产经验;
2,成熟的HBM和2.5D Cowos封装上的设计流程和参考设计;
3,先进封装SI/PI协同设计能力,Socionext在日本、美国和英国有超过50人的SI/PI团队,聚集在高速芯片的封装协同设计,是保证客户一次性流片成功的保障。
聚焦本土化发展
“尽管2020年是很困难的一年,但我们在中国业务体量上还是实现了近50%的增长,这里面其中超过70%来自定制化业务。” 刘珲表示:“尽管我们在国内宣传不多,但通过稳扎稳打的实干精神获得了许多客户的信赖。”
据介绍,近些年Socionext在国内导入的项目包括最前沿的5G、高端汽车IVI、光网络通信、计算中心用的大型CPU芯片等,而这些都是跑在最先进的工艺节点上。这与Socionext业务定位一致——16nm以下高端先进制程为主的客户。
2016年加入Socionext的刘珲,之前曾担任过意法半导体,富士通和Cadence的多个研发和市场销售管理岗位,目前负责Socionext亚太区包括研发和市场销售在内的所有管理,帮助Socionext建立了更加本土化的文化和团队,并领导该地区实现了业务转型和突破,将大中国区的业务从几十个million做到近两亿美金。“我的策略很简单,立足客户,帮助Socionext在中国进一步实现本土化策略的转型,包括吸引更多优秀的本土人才来强化本地化产品的开发、支持和供应,更好地满足中国客户,适配多样化和动态化的中国业务需求。” 在谈到未来策略时,刘珲清晰的回答到。 “公司业务发展离不开上下游生态合作伙伴的助力,Socionext采用开放的生态合作策略,同时为更好地服务中国本土客户,我们也在考虑积极开展特殊的中国供应链战略。“
这块充满前景的土地上,Socionext这样一家日本科技公司打破传统日本公司的禁锢,通过采用像刘珲这样的优秀的本地管理人才掌舵,不断开拓更多可能性。
转载来源:半导体行业观察
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