来源：EEFOCUS
时间：2016-07-11
半导体产业的方方面面都在面临巨变，这让我们看不清下一步怎么走，也不知道变化何时发生?怎样发生?未来几年半导体市场会天翻地覆，半导体巨头的排名将发生变化，有些公司一蹶不振，有些公司被并购，有些公司则彻底退出这个市场，赚钱效应的细分市场也会与目前不同。
“从历史规律来看，在前十大半导体公司中，有5家左右过20年到30年后将掉出十大名单，”Mentor Graphics董事长兼CEO Wally Rhines说道，“替换这些公司的通常是新公司。”
市场研究人员和半导体公司都试图弄清楚：接下来几年哪些技术能够成为半导体市场增长的动力;这些技术是怎么实现的，这些技术会首先应用在哪里。自半导体行业成为一个独立行业以后，预测半导体技术的发展曾是一件很容易的事情。从大型主机、微型机到个人电脑，再到如今的智能手机，在降低计算成本方面集成电路行业居功至伟，正是芯片厂商让计算设备无处不在。
“半导体行业的发展离不开新应用的不断涌现，”Rhines说道，“无线时代刚刚结束，有超过50家芯片公司和差不多100家手机制造商在这个时代涌现，很多公司现在已经消失。半导体出货量并没有降，但价格在下跌。PC市场也已经处于成熟期。现在半导体行业里面每个人都在等待新的增长机会，但短期来看，这是一个艰难的时期。”
现在智能手机市场增长已经停滞，却没有新应用在市场规模上可以替代手机成为半导体增长的驱动力。所以Rhines的观点被很多行业人士所认同，他们甚至更悲观。IDC的预测数据显示，2016年智能手机出货量同比仅增长3%，远低于2015年的10.5%和2014年的27.8%。
在这个时间点，还看不到什么应用能够替代智能手机。“新应用是不是也会有数十亿的出货量?还是一种新型的产品形态?现在我们还不知道。”Lanza技术风险投资公司董事总经理Lucio Lanza说，“但技术驱动市场的想法应该换一换了。”
Lanza预测，未来五年，技术方面可能会有多个大的驱动力。例如，监控和分析人体健康数据的技术、机器视觉或者其他终端应用市场用到的电子传感技术。不过和PC时代与智能手机早期不同，不是半导体技术定义市场，而是应用决定技术。半导体行业所面临的挑战是如何把技术快速推向市场。
“行业所面临的一大挑战是要同时具备向多个方向快速推进的能力，”Lanza说，“我们需要把(芯片)处理能力推向以前从未涉足的领域。将来不是看谁先采用先进工艺，而是看谁先跑赢市场。这就特别需要元器件具备更多的适应性，能够快速找到新机会的厂商会是胜利者。”
近期市场
在半导体产业发展的50多年里，也曾经历过几次停顿，但那几次都是受到宏观经济衰退的影响，此前还没有遇到过半导体产业本身增长遇到问题的状况。
“目前正确的策略就是从其他人手里抢市场，”eSilicon总裁兼CEO Jack Harding说，“市场难以增长，越来越多的公司寻求兼并，所以半导体行业正在变得越来越残酷。你会发现这个行业里面到处是并购、削减研发支出，以及把皮球踢给新CEO然后辩称公司创新能力不足，甚至有些行为让你对这个行业开始绝望了。半导体行业一直都不乏硬汉，但现在行业内对手之间少了尊重与竞合精神，更多的是‘我赢了，你输了’这种腔调。”
物理极限使问题变得更加复杂，当其他因素开始考虑时，缩减工艺尺寸难以再带来经济效益。
“14nm以后，缩小工艺尺寸只会提高集成密度，”Arteris董事长兼CEO Charlie Janac说，“功耗、性能和单位晶体管成本不再随工艺尺寸的缩减而成比例变化。这些因素的提升依赖于新的架构设计，更多的精力应该放在如何设计芯片以提高竞争力方面。以ARM的异质处理器架构(big.LITTLE，由两种以上核心组成的处理器，这两种核心根据处理能力的大小可以称为大核和小核)为例，繁重的任务大多由小核处理器来处理，系统的高速缓存(cache)是共享的，这样开发人员可以定义自己的CPU加速器(accelerators coherent for the CPU)，使用单一的内存空间，开发人员能够得到更大的带宽与数据吞吐量。”
这并不意味着半导体工艺尺寸不再缩减。10nm的芯片已经开始流片，7nm的测试芯片也正在开发中，5nm技术的研究也在正常进行。但从各方面来说，开发新工艺的难度与成本都越来越高，愿意使用先进工艺的厂商也越来越少。
“代工厂将其晶圆工艺分为0.1版、0.5版和0.9版等，在过去，只有达到0.9版以后，我们才会导入客户，”Synopsy设计事业部执行副总裁兼总经理Antun Domic说，“现在我们在0.1版就开始导入客户，这给了我们更多的压力，客户们也越来越疑惑，很早就介入28nm和40nm这些重要工艺节点的开发，他们能得到多少好处。”
Domic表示，一旦业界找到正确的方法，就能够从2.5D工艺获益，特别是利用不同工艺来开发产品的技术。“只要标准更完善一点，我们一定能取得进展。”Domic说道。
其他公司也在关注这些变化，不过不少人对这种改变产生了一定程度的焦虑。“业界在面临架构变化时有些紧张，”NetSpeed系统公司CEO Sundari Mitra说，“如果你是一家初创型公司，可能你不会有什么顾虑，因为即便走错方向也不会有多大的损失;或者你真的财力雄厚，可以两线作战，尝试新架构的同时还能维持在原架构方向的研发。工艺换代升级带来的优势越来越少，开发人员不得不用其他方面的创新来提升性能、降低成本。”
中期市场
再往前走半导体产业的方向仍不明朗，驱动半导体市场成长的因素本身就处于变化之中。特斯拉、苹果、谷歌和一堆中国初创公司正在向现在的传统厂商发起挑战。“创客”的繁荣正在削弱传统厂商的优势，它们横跨多个应用市场，通常采用现成的元器件来开发产品，量少样多。新市场(例如机器人)或者旧产品的新应用(例如图像应用)出现了爆发性增长。
“很多厂商还会需要ASIC(专用集成电路芯片)，它们需要低功耗芯片，但可能需要的量只有10万颗或者100万颗，”OneSpin方案公司市场副总裁Dave Kelf说，“它们需要7nm工艺吗?不需要。但问题是，它们就这样一直用六七年前的旧工具来开发吗?还是会需要工具支持一些新特性。”
Kelf表示，根据市场和应用的不同，厂商的需求变化很大。以级基带软件为例，硬件和协议栈需要同时验证，所以即使芯片不是用先进工艺开发的，仍然需要先进工具支持。
Cadence系统与验证事业部高级产品管理总监Frank Schirrmeister却与Klef意见不同。他认为使用先进工艺开发处理器的厂商仍然会使用先进的EDA工具，但对开发物联网终端设备的中小厂商来说，市场上就有太多的选择。
“关键词是规格与应用特性，”Schirrmeister说，“所以我们全力支持大客户，它们对我们的营收贡献很大，但长尾效应越来越明显。造成长尾效应的设计不再追求极高的复杂度和集成度，而专注于具体应用，例如应用于心率记录的芯片。这种类型的芯片开发可能并不需要相同的工具，而是在工具组合上获得平衡。所以在系统级设计时处理模拟/混合信号时，开发者加入一个需要配置的新模块可能要处理1000件事。系统层面设计不仅是芯片设计。”
对于EDA公司来说，从支持芯片设计到支持系统设计将是很大的机会，在芯片之上进行更复杂的设计也为其他行业的传统公司和新公司创造了更大的机会。
“芯片只是系统的一个元件，”OneSpin的Kelf说，“因为系统不仅是硬件的罗列，所以你可以看到一些旧的HDL工具越来越重要，开发人员用这些 EDA工具来实现交互与特定的功能。 但问题是能否完成这些工作?趋势向那个方向发展?软件和硬件的紧密结合是否导致了硬件测试复杂度的上升。”
长期市场
软件对于系统设计的影响力在持续上升，这部分原因是由于市场被划分得越来越细，还有部分原因是行业里面软件工程师比硬件工程师要多得多，但至少在近些年，半导体的重要性不会因此而降低，毕竟软件还需要有硬件基础才能运行。不过这种趋势可能会改变业界的动态平衡。
不过在深度学习与人工智能方面存在着中间地带，“(人工智能与深度学习的)思路是用培训芯片像人一样做事替代对芯片编程，”Arteris的Janac 说，“谷歌、微软以及其他一些公司在这一领域投资很大。现在我们只不过看到了深度学习市场的一角，还不知道它的规模有多大，也不知道它将来的市场形态。关键只在于必须在这一领域取胜。”
另外，如何把这些新技术结合起来快速投放到新市场的能力也很关键。先进封装工艺尚处于萌芽期，未来几年可望走向成熟，到时候快速将几种元器件封装在一起就会变得很容易。
“从IP的角度来看，有几家公司已经从单纯提供IP转到也提供测试好的裸芯片，”ESD联盟执行理事Bob Smith说道，“以创客市场为例，创客们购买小的处理器，自己开发软件，做出有趣的产品出来。他们不可能不与电子打交道，他们找来现成的板子，利用成熟的软件库，把产品推向市场，如果成功了，他们就会开发芯片。FPGA也有类似的案例。”
不确定性
上述分析中还欠缺很多，例如，还不清楚谁是新技术的引领者，它们会引领多长时间。日本科技产业在反弹，韩国与中国在技术创客方面持续发力，要挑战美国和欧洲的地位。另外如果利率上升，将会影响到半导体从并购到终端市场需求的各个方面。
此外，与过去判定胜负只看一两个因素(例如谁能够更快地把性能强或省电的处理器推到市场上)不同。由于市场各因素相互交织更加不确定，投在新技术上的很多基金是私立基金或者规模太小而没有公开的财务数据，再加上各种技术的成熟度不同，因此现在判断谁是市场赢家或输家要靠一组因素。
另一点，行业内在新方向上尝试的众多公司还没有哪一家找到了方向，因为大家的出货量都不够大。“行业正在重塑，”NetSpeed商业发展副总裁 Anush Mohandass说，“我们看到行业中不断涌现出新面孔，并发生了很多垂直领域的并购。我们也看到更多的平台方案出现，而不是专用标准产品。如果一个平台能够满足你90%的需求，那么你就可以用这个平台来做差异化。”
在这种环境下做出商业和技术方向的选择更加困难。决策者需要考虑更多的因素，而且很多因素现在还没有明确的定义。不过人们憧憬未来，并对如何实现光明的未来充满了兴趣。
