摘要 解決我國集成電路的自主創(chuàng)新問題，要大力發(fā)展本地的IC設(shè)計企業(yè)，并在IC設(shè)計企業(yè)周圍建立第三方System Design House，以構(gòu)建IC設(shè)計與系統(tǒng)設(shè)計的橋梁。本文針對我國第三方System Design House的培育，提出了建設(shè)性意見，同時指出，SoC芯片和ASSP芯片都應(yīng)納入IC設(shè)計企業(yè)的主要產(chǎn)品范圍。最后本文對單片機研發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀進行綜述，并給出發(fā)展我國單片機的建議。
關(guān)鍵詞 IC設(shè)計企業(yè) System Design House ASSP芯片

    我國消費了全球30％以上的集成電路，生產(chǎn)的集成電路占全球的3％，而自主創(chuàng)新的集成電路則只占全球的O．3％。我國集成電路的“三個3”現(xiàn)象至少說明了二個問題：
    ◆許多高端芯片，我們目前還不能自主設(shè)計生產(chǎn)，還得依靠進口；
    ◆一些量大面廣的中高檔芯片，我們雖然能自主設(shè)計生產(chǎn)，但卻沒有去設(shè)計生產(chǎn)。
    因此，要解決我國集成電路的三個3現(xiàn)象，就要大力培育我國IC設(shè)計企業(yè)；而這些IC設(shè)計企業(yè)要生產(chǎn)量大面廣的通用和半通用芯片，在其周圍就要有一大批第三方System Design House(方案提供商)，由這些第三方Sys—tern Design House來打造各種嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品。以全球無晶圓(fabless)集成電路設(shè)計公司排列前幾名的Marvell公司為例，該公司不但生產(chǎn)通信、存儲和電源管理芯片，收購了Intel公司的XScale嵌入式處理器，也提供通用的嵌入式處理器。其周圍的一大批第三方SystemDesign House，在開發(fā)各種不同嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品，使其業(yè)務(wù)每年以20％以上的速度增長。
    因此，要形成完整的嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈，一定要大力發(fā)展第三方System Design House。

1 大力發(fā)展第三方System Design House
    嵌入式系統(tǒng)要從“頭”(應(yīng)用)抓起，從“芯”開始。如何從“頭”抓起?這是關(guān)鍵!我們的IC設(shè)計企業(yè)都知道從市他們設(shè)計生產(chǎn)的芯片，卻往往沒有被市場所接受，也就是IC設(shè)計廠商所設(shè)計生產(chǎn)的“市場所需芯片”并不一定就是“市場能用的芯片”。為何會產(chǎn)生這個問題?
    我國的整機系統(tǒng)生產(chǎn)廠家(直接生產(chǎn)面向市場的各種嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品)一般都沒有太強的設(shè)計能力，他們沒有能力把“設(shè)計生產(chǎn)出的芯片”變成“市場能用得上的產(chǎn)品”。以往這一工作往往都由IC設(shè)計廠商來完成，而這已超出其設(shè)計能力，因此雖然做得很辛苦，但很不成功。這項工作應(yīng)該由第三方System Design House來完成。第三方system Design House專為系統(tǒng)產(chǎn)品廠商代工設(shè)計或開發(fā)新產(chǎn)品，對終端市場有相當(dāng)程度的了解。我們的黑色家電及白色家電大多數(shù)不是市場產(chǎn)品的品牌廠商設(shè)計的，80％～90％都是第三方System Design House提供的；我國的手機也是由希姆通、龍旗等系統(tǒng)設(shè)計廠商來完成的。
    廣州周立功單片機發(fā)展有限公司根據(jù)市場的需求，把各種單片機開發(fā)成市場能用得上的應(yīng)用模塊。各系統(tǒng)廠商(市場的最終用戶)都能很方便地將其直接用在各種產(chǎn)品中去，從而能在最短時間內(nèi)進入市場。而他所開發(fā)的模塊解決了“能用得上”的所有與抗干擾、工程、外形、功耗等相關(guān)的問題，這是我們IC設(shè)計企業(yè)能力無法達到的。
    針對嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品，周立功公司把實時多任務(wù)OS、C語言的應(yīng)用函數(shù)庫都封裝在以ARM單片機為基礎(chǔ)的模塊中。用戶不懂ARM的體系結(jié)構(gòu)、指令和OS的移植，只需用C語言直接在該模塊編寫各種應(yīng)用程序，就可以直接形成各種嵌入系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品。NXP公司(原Phil—ips半導(dǎo)體)的設(shè)計部門專門根據(jù)他的市場需求來設(shè)計定制NXP產(chǎn)品。目前，他提出芯片與軟件協(xié)同設(shè)計，但是NXP內(nèi)核是ARM，無法滿足其要求。因此，這也為我國國產(chǎn)內(nèi)核與其合作提供了機遇。

2 如何培育第三方System Design House
    我們國家應(yīng)大力發(fā)展第三方System Design House，由他們把IC設(shè)計廠商的芯片真正變成市場能用的芯片。但是，對第三方System Design House要給予政策上的支持。由于目前的第三方System Design House大多是民營的小企業(yè)，他們既不是IC設(shè)計企業(yè)，也不是純軟件公司，大多得不到相應(yīng)的支持，生存和發(fā)展都比較艱難。像廣州周立功單片機有限公司(有幾百人的研發(fā)隊伍和充足的資金)目前國內(nèi)還不多。而真正形成規(guī)模的卻大多是有海外背景的企業(yè)，如上述的希姆通、龍旗等公司(前一階段贏利頗豐，已香港上市)。
    因此，提出如下建議：
    ①發(fā)展第三方System Design House，要列入我國集成電路發(fā)展的規(guī)劃中，要在資金和政策上給予支持；培育和扶植一大批第三方System Design House。
    ②在現(xiàn)有的集成電路IC設(shè)計企業(yè)中，把原有的應(yīng)用服務(wù)部門培育成System Design House，逐步從原企業(yè)中分離出來，成為真正獨立的第三方System Design House。
    ③與一些研究性大學(xué)成立聯(lián)合實驗室，有條件的實驗室可逐步培育成第三方System Design House，甚至可孵化成獨立的企業(yè)。[!--empirenews.page--]

3 IC設(shè)計企業(yè)還應(yīng)生產(chǎn)量大面廣的ASSP芯片
    集成電路IC設(shè)計企業(yè)周圍要有一批第三方SystemDesign House。集成電路IC設(shè)計企業(yè)除了定向生產(chǎn)各種SoC芯片外，還應(yīng)生產(chǎn)量大面廣的ASSP(專用標準產(chǎn)品)芯片。這樣既便于第三方System Design House開發(fā)應(yīng)用，也便于集成電路IC設(shè)計企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。如Frees—cale公司生產(chǎn)的芯片雖然大多冠以MCU的名義，但實際上都是面向各個領(lǐng)域的ASSP，如汽車電子、計算機外設(shè)、通信、工業(yè)控制和多媒體等，并具有一定的優(yōu)勢。又如目前流行的Apple公司的iPhone，并沒有直接用ARM／MIPS的IP核來設(shè)計所需的SoC芯片，而是用市場上量大面廣的XSeale或ARM9的MCU來作為處理器。這樣，不但iPhone產(chǎn)品能很快上市，且而開發(fā)成本也較低，同時還可根據(jù)市場的變化來靈活應(yīng)對。單片機MCU實際上也只是中間產(chǎn)品，其應(yīng)用達到一定的量時，又會重新要求設(shè)計生產(chǎn)有真正市場和用戶的SoC，故國產(chǎn)MCU也是SoC前期產(chǎn)品。

4 單片機現(xiàn)狀與發(fā)展建議
    單片機(MCU)是目前國內(nèi)外集成電路中量大面廣、附加值高的ASSP。臺灣生產(chǎn)單片機MCU的廠商除了華邦公司外，其余都是無晶圓集成電路設(shè)計公司。MCU實際上也只是中間產(chǎn)品，其應(yīng)用達到一定的量，會重新要求設(shè)計生產(chǎn)有真正市場和用戶的SoC，故MCU實際上也是SoC前期產(chǎn)品。
4．1 國際單片機現(xiàn)狀
    MCU是目前國內(nèi)外集成電路中量大面廣、附加值高的產(chǎn)品。2007年全球MCU達151億美元，其中Renesas、Freescale公司等前10位MCU生產(chǎn)商要占77．1％。在國外，絕大多數(shù)大型半導(dǎo)體公司都生產(chǎn)單片機／嵌入式處理器芯片，并把它們作為主要的贏利產(chǎn)品。如Samsung公司把集成電路產(chǎn)品的發(fā)展分成3個階段：DRAM、MCU和高檔數(shù)碼產(chǎn)品。Renesas公司的MCU在國內(nèi)應(yīng)用量已達第一位，而在國內(nèi)的投資繼續(xù)大幅度增加。
    目前主流MCU雖仍為8位，但是16位、32位高檔MCU增長很快。據(jù)統(tǒng)計，2006～2010年MCU的復(fù)合增長率為8％，而32位MCU的復(fù)合增長率為20％。2004～2007年MCU增長的30億片中有20億片是16與32位MCU。
    32位MCU主要是基于ARM、MIPS和Freeseale的PowerPC。ARM公司提供SoC設(shè)計的內(nèi)核，采用ARM核的MCU 2007年已達3億片(主要是Samsung、NXP、Atmel、ST等公司的通用MCU)，預(yù)計2010年將達19億片；同時，ARM公司在2003年已開發(fā)Cortex架構(gòu)的MCU，在2005年專門收購了Keil公司(開發(fā)MCU開發(fā)環(huán)境的公司)，把發(fā)展通用MCU作為該公司的發(fā)展策略。
4．2 臺灣地區(qū)單片機現(xiàn)狀
    臺灣MCU的占有率約為10％，大多以8位為主，產(chǎn)品以ASSP形式為主。生產(chǎn)MCU的廠商除了華邦公司外，其余都是無晶圓集成電路設(shè)計公司(如義隆、盛群和凌陽等公司)。
    如盛群公司的I／O型、LCD型、A／D型等全系列MCU，已可供應(yīng)工業(yè)規(guī)格等級產(chǎn)品。該公司通過業(yè)界合作伙伴，產(chǎn)品已應(yīng)用在汽車數(shù)字儀表板、倒車雷達、防盜器、電動窗等汽車外圍相關(guān)設(shè)備。松翰公司的8位MCU產(chǎn)品因為在抗干擾特性上特別加強，并采用1T架構(gòu)(1個時鐘周期即是1個指令周期)，能達到比傳統(tǒng)8051核更高的速度，因此獲得不少要求高精密度的醫(yī)療測量儀器廠商青睞，應(yīng)用在耳溫計、電子秤、體脂計與電子血壓計等設(shè)備上。很多廠商都以中國大陸市場為目標。以義隆公司的策略為例，為了對需求增長最快的大陸家電市場有更多認識，該公司派人親自拜訪重點客戶，對當(dāng)?shù)厥袌鲎錾钊氲恼{(diào)查，并與各種方案提供商(第三方System DesignHouse)建立緊密的合作關(guān)系。方案提供商專為系統(tǒng)產(chǎn)品廠商代工設(shè)計或開發(fā)新產(chǎn)品，對終端市場有相當(dāng)程度的了解。義隆公司目前一方面通過經(jīng)銷商拓展市場，另一方面選定幾個重點領(lǐng)域，建立與直接客戶／方案提供商的聯(lián)系管道，把握具潛力的應(yīng)用市場。義隆公司同樣擁有五花八門的MCU產(chǎn)品線，但該公司的產(chǎn)品分類方法則是僅保留通用型產(chǎn)品的MCU名稱，其他加入特殊應(yīng)用功能的產(chǎn)品則分別并入通信、消費性、計算機外設(shè)、LCD驅(qū)動等IC，這樣就有機會繼續(xù)轉(zhuǎn)進收益更佳的特殊應(yīng)用產(chǎn)品。目前其在面向消費電子應(yīng)用的語音MCU、音樂MCU，計算機領(lǐng)域應(yīng)用的鼠標／鍵盤MCU，以及通信領(lǐng)域應(yīng)用的電話MCU和滑指式觸控板都有很大市場。這些廠商一有新產(chǎn)品，就送給各大專院校使用，并舉辦各類的比賽，來促進產(chǎn)品的推廣和改進。
    目前，臺灣MCU也在朝16／32位方向發(fā)展。華邦公司因具備自己的工廠，在2006年推出內(nèi)置ARM7與ARM9核心的產(chǎn)品用于通信與數(shù)據(jù)處理。金麗科技公司的16／32位MCU(X86架構(gòu))產(chǎn)品結(jié)合其自身技術(shù)專長，主打網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及工業(yè)控制的應(yīng)用。臺灣省政府2008年提供1億新臺幣給凌陽公司研制新一代32位單片機MCU。
4．3 我國大陸單片機現(xiàn)狀
    根據(jù)賽迪的報告，2007年我國大陸MCU市場中，8位產(chǎn)品仍占據(jù)著主力地位，銷售額和銷量所占據(jù)的市場份額均在50％以上；32位和16位產(chǎn)品的增長則相對較快，無論是銷量還是銷售額的增長率均接近或超過30％，兩者銷售額之和所占整體市場份額升至27％。這主要得益于汽車電子產(chǎn)品中所需的主流MCU逐漸從8位產(chǎn)品向16位和32位產(chǎn)品過渡。
    在2007年MCU市場中，汽車電子和IC卡是兩個增長最快的應(yīng)用領(lǐng)域，成為拉動整體市場增長的重要力量；而一直作為最大應(yīng)用領(lǐng)域的消費電子，銷售額增長僅為10．O％，成為中國MCU市場增長趨緩的主要原因。
    從MCU市場產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，未來5年高端產(chǎn)品將是當(dāng)之無愧的明星產(chǎn)品。其中，32位及以上MCU隨著電子產(chǎn)品升級趨勢的延續(xù)，銷售額和銷量的增長都將居于中國MCU市場的首位；而16位MCU無論市場規(guī)模還是復(fù)合增長率都將居于各類產(chǎn)品的前列，這主要得益于汽車電子、工業(yè)控制等應(yīng)用領(lǐng)域的高速成長。從另外兩類MCU產(chǎn)品的發(fā)展來看，在規(guī)模上8位產(chǎn)品仍將是中國MCU市場的主流，到2012年其銷售額和銷量將分別占整體市場的53．O％和55．1％，仍居于各類產(chǎn)品的首位，而4位MCU則由于應(yīng)用范圍有限，且價格相對較低，因此無論銷售額還是銷量所占市場比重都將持續(xù)下降。[!--empirenews.page--]
    20世紀90年代末，由許居衍院士領(lǐng)銜的“國產(chǎn)單片機系列產(chǎn)品”“九五”攻關(guān)項目，真正開始了國產(chǎn)單片機的研發(fā)和批量生產(chǎn)。2000年國產(chǎn)單片機超過1 000萬片。
    不過絕大多數(shù)還是4位(日本廠商轉(zhuǎn)移至國內(nèi))和低檔8位單片機。由于仍采用自行研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用銷售的模式，一直沒有形成規(guī)模。近來，以上海海爾微電子公司為代表的本土廠商聯(lián)合了整機廠商共同開發(fā)具有我國特色的單片機，年產(chǎn)量已可達幾千萬片。他們采用先進的微電子工藝和Flash技術(shù)，能批量生產(chǎn)與8051和PIC單片機兼容的單片機，而性能價格比超過Atmel和Microchip公司產(chǎn)品，開始引起國外的注意。上海普芯達電子有限公司(由P＆S力源公司創(chuàng)始人發(fā)起)，根據(jù)市場的需求，自行研發(fā)和生產(chǎn)國際流行的8051和ARM核通用單片機。
4．4 我國單片機的發(fā)展建議
    我國MCU年需求量達50億～60億片，是全球MCU最大的市場。2007年銷售額可達400億元。與全球的市場一樣，我國MCU應(yīng)用雖仍以8位為主，32位MCU增長很快。但是這些MCU絕大多數(shù)是國外的產(chǎn)品，臺灣的單片機也有一定的占有率。而中國大陸產(chǎn)單片機的占有率很低，檔次還不高，很多是4位、8位專用的單片機，高性能單片機(如汽車電子用的單片機)和類似ARM的高檔單片機還沒有。
    我國需要的單片機大多數(shù)是通用的，而我國的集成電路設(shè)計公司大多數(shù)都是以專用的SoC為主，因而產(chǎn)生了我國集成電路設(shè)計自己設(shè)計、自己生產(chǎn)、自己開發(fā)和自行銷售的封閉模式。而國外的半導(dǎo)體廠商都只生產(chǎn)通用的MCU產(chǎn)品，由第三方來提供研發(fā)開發(fā)工具及開發(fā)軟件，使各種用戶都可以來開發(fā)應(yīng)用，芯片銷售也直接通過市場進行。
    因此，我國國產(chǎn)通用MCU研發(fā)和生產(chǎn)，不但可以滿足國內(nèi)的巨大市場需求，也可改變我國的集成電路設(shè)計、生產(chǎn)、銷售的封閉模式。
    (1)開發(fā)目標
    研制以C*Core為核的通用MCU，可以有兩大系列，即目前市場應(yīng)用最廣的類似于ARM7和ARM9性能的通用MCU。
    研制和配備相應(yīng)的開發(fā)工具及開發(fā)軟件，滿足廣大用戶開發(fā)和應(yīng)用的需要，以及各大專院校的教學(xué)實驗之用。
    研制各類應(yīng)用模塊，使用戶能快捷、批量地應(yīng)用，克服由于新產(chǎn)品的知名度不足和兼容性差而產(chǎn)生的問題。

    (2)研發(fā)內(nèi)容
    ARM架構(gòu)的MCU大致可以分為以下三個系列。
    ①Cortex—M：面向MCU應(yīng)用領(lǐng)域(價格約每片1美元左右，28～48引腳)。自2003年開始研發(fā)，2007年開始推出Cortex—M1、Cortex—M3內(nèi)核的單片機。目前Luminary公司和ST公司正在國內(nèi)開始大力推廣。
    ②ARM7：目前ARM架構(gòu)是應(yīng)用量最大的MCU，原則上可應(yīng)用于不需要嵌入式Linux(不包括μCLinux)和WindowsCE的所有領(lǐng)域，包括一般的數(shù)碼產(chǎn)品、儀器儀表(包括稅控機)、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信。
    ③ARM9：目前性能較高的MCU，如Freescale公司的MX27x、Samsung公司的S3C4410B。常用于便攜式多媒體產(chǎn)品、機頂盒、高清電視、類似iPhone的多媒體移動終端，以及教學(xué)實驗儀、車載導(dǎo)航、多媒體終端。
    我們的C*Core通用MCU也可以分為三個系列。C*Core的前身是FreeScale公司的M*Core，它當(dāng)時是以通用MCU的形式推向市場的，面向通用控制、手機、PDA、GPS和汽車電子。
    ①以C210，／C305為基礎(chǔ)的面向8位MCU的低價格通用MCU，以控制處理功能為主，以與Cortex—M競爭。可用于移動存儲器、控制器和高檔消費類(空調(diào)和冰箱)、儀器儀表、計算機外設(shè)。
    ②以C310和C320為基礎(chǔ)的應(yīng)用廣泛的通用MCU，可覆蓋目前ARM7架構(gòu)的MCU。
    ③以CK510／520為基礎(chǔ)的高性能通用MCU，與ARM9架構(gòu)的MCU競爭(ARM9架構(gòu)MCU的應(yīng)用也剛開始不久)，以移動多媒體終端、機頂盒，高清電視為主。
    (3)市場推廣
    ①開發(fā)研制通用、價格低廉的開發(fā)工具，提供各種開源的開發(fā)環(huán)境。
    ②與大學(xué)合作建立相關(guān)的教學(xué)實驗室，開發(fā)研制面向教學(xué)的教學(xué)實驗儀，編寫教學(xué)與實驗書籍，并爭取列入教育部大學(xué)生電子設(shè)計比賽。
    ③與第三方System Design House合作，研制各種面向應(yīng)用的模塊，包括各種應(yīng)用的最基本的系統(tǒng)；配備相應(yīng)的μC／OS、μCLinux等0S，以及C語言編程的環(huán)境及函數(shù)庫。
    編者注：本文為期刊縮略版，全文見本刊網(wǎng)站www．mesnet．eom．cn。