全球集成电路产业整合与嵌入式系统发展

--嵌入式系统联谊会第17次主题讨论会在京召开
作者:杨迪娜(《单片机与嵌入式系统应用》杂志记者)
最近两年集成电路产业发生了许多变化,并呈现出以下三个特点:第一,并购频繁。Intel斥资167亿美元并购Altera,Avago 耗费370亿美元并购Broadcom,NXP花费 118亿美元收购了飞思卡尔。

全球集成电路产业并购数量和金额屡创新高,其中许多是嵌入式系统芯片公司,行业增速放缓使这些知名半导体厂商不得不抱团取暖。

第二,以苹果、三星和华为为代表的整机公司投入到芯片设计的行列,大大改变了产业的格局。Intel收购Altera形成了CPU+FPGA模式,苹果收购P.A.SEMI形成了系统+硅模式。第三,PC、手机出货放缓,全球半导体增速减慢,芯片企业正在瞄准以物联网为代表的新兴产业。

嵌入式系统联谊会在时隔5年后,再次讨论集成电路产业与嵌入式系统发展,客观剖析现在的产业情况并预测未来趋势。本次会议邀请了业界专家、学者到会发言,分享他们对集成电路和嵌入式系统技术和产业发展的理解,共谋中国集成电路和嵌入式系统产业创新发展新机遇。

北京大学软件与微电子学院院长 张兴教授

后摩尔时代的微纳电子技术

什么是后摩尔时代?除了增加芯片的面积、缩小器件的尺寸之外,还有一个标志性的特点就是传统的平面结构和一些传统的材料无法满足微处理器的要求,因此要引入新的器件结构和材料体系,我们称之为后摩尔时代。后摩尔时代,速度与功耗的矛盾成为微电子技术发展过程中一个最重要的瓶颈。张教授认为,后摩尔时代的重点是低功耗驱动。

张教授预测了后摩尔时代微纳电子技术的发展趋势:第一,半导体器件会按照摩尔定律继续按比例缩小下去;第二,半导体器件会更加多样化;第三,会出现全新原理的器件,如纳电子、碳基、量子等;第四,微电子除了往小发展之外,所表现出来的另外一个方向就是往大的方向发展,如有机半导体等。

张教授认为,微电子技术到了后摩尔时代,应用处理器领域将大有作为!在嵌入式CPU当中,华为的CPU测试结果非常好,可以与Intel等大公司一较高下。在应用驱动方面,对中国人来讲是非常好的机遇,与应用相结合、找到更适合其特点的CPU存储器以及其他各种传感器电路,中国企业将会拥有更加广阔的天地。

中科院计算所计算机体系结构国家重点实验室 张志敏研究员

高性能嵌入式处理器技术的发展趋势及对策

随着智能手机的快速发展,其运行速度越来越快,这与处理器芯片的集成有很大的关联,集成的SoC发挥了重大作用,不断地推动技术进步,可以说SoC芯片无处不在!SoC的发展要紧跟计算机体系结构的发展,尤其是在计算机业界,大家逐步意识到,微处理器结构的发展已经成为一个很重要的分支。SoC的发展离不开应用领域,与应用脱节势必会带来各种各样的问题。目前,SoC的发展全部基于总线技术,包括基于交叉开关阵列的,以及基于网格网络的。SoC的发展会越来越复杂,比如多核SoC的集成度在不断攀升。

张志敏研究员谈到,嵌入式处理器的发展的确为嵌入式产业注入了一股动力,事实上嵌入式处理器是与嵌入式软件交替发展的,如果处理器配套的软件跟不上,那么其应用发展必然存在很多问题。现今,推动SoC发展的一个是智能手机,另一个是工业控制应用,对消费者而言,可穿戴技术亦是一个重要因素。

京微雅格 王海力博士

FPGA发展的昨天、今天和明天

2013年以来,ASIC设计公司数量基本上呈负增长,王海力博士认为,最主要的一个原因是ASIC投入研发的费用非常高。虽然FPGA是一个相对小众的市场,但是它的作用和不可取代性却非常高。

纵观市场,FPGA 14 nm工艺的产品已经量产,Xilinx、Altera这两家公司都在14 nm和16 nm之间的工艺节点上开始量产产品,而规模小一些的公司则在65 nm和90 nm工艺产品线上生产产品。京微雅格公司是FPGA产业的跟随者,王海力博士表示,紧随Xilinx的步伐,制定自己的战略部署,一步一步地缩小差距,这才是国产FPGA要走的路。

FPGA自然也会进入到IoT领域,京微雅格正在与国内的厂商共谋IoT产业计划,相信适用国产FPGA产品的领域会越来越广泛。未来的20年间,FPGA将会嵌入到所有SoC产品中,因此它“明天”的发展将会非常美好!

华登国际 王林副总经理

中国半导体新格局及嵌入式软件发展机会

王林副总经理谈到,软硬件结合是嵌入式系统发展的大趋势,从嵌入式系统出发,首先芯片、软件是新技术发展的一个很好的载体。纵观全球的半导体产业,最近几年并不理想。在20世纪七八十年代,半导体产业就已经进入一个黄金的飞速增长期,正是那时造就了美国的硅谷,但是现在硅谷做芯片的公司寥寥无几,更多的是从事与Facebook、亚马逊、Uber等互联网相关的创业。这也从另一个侧面证明,半导体技术发展已经趋于平缓。

然而,近10年内中国市场的半导体技术产业销售额增长了5倍,华登国际认为,中国是一个十分有潜力的半导体市场。最近,华登国际在中国的投资做了一些积极调整,主要基于以下两个原因:一是中国市场还有很大成长空间;二是看到许多新技术的出现,如IoT、医疗产业等。

越来越多的公司选择软硬相结合的方式来打造适合消费者使用的产品,很多公司在芯片设计上的投入越来越大,从嵌入式系统的角度,他们越来越懂得自己需要什么样的芯片,以及芯片和嵌入式系统应该怎样结合才能发挥出芯片本身最大的功能。王林副总经理认为,在软硬相结合方面,嵌入式软件的发展方向和芯片设计、整个系统规划、芯片的架构定义,都是大家要多思考、多加考量的方面,软硬件结合得好,才能在行业中获得优势。

AMD公司大中华区软件合作及解决方案高级经理 时昕博士

集成电路近期的热点方向

半导体产业的黄金时代已经过去,引用小米公司雷总的话:暴风已经走了,台风演习已经不在半导体产业,也不在系统厂商这边,风向已经转移到下一个地方。时昕博士分析到,下一个产业的崛起将在软件和互联网方向。后智能手机时代,一个重要的思维理念就是,我(厂商)有什么样的需求,我有什么样的市场,我有什么样的应用,从而决定可能要去开发哪些方面的芯片,这是根本上的一个变化。

AMD看好几个热门领域的发展,并为此做了积极准备,其中一个是机器学习,另一个是VR(虚拟现实)技术。时昕博士谈到,在机器学习中,服务器的建设非常重要,AMD擅长做服务器的半定制芯片,而且在Xbox、 PlayStation等游戏产品领域,大部分芯片都源自AMD。而在VR领域,很重要的一点就是GPU—图像处理技术,这部分是AMD的传统强项,2006年收购ATI使其GPU技术又提升了一个台阶。

此外,AMD瞄准了一个前景很好的市场—医疗设备。医疗设备对图形、图像的要求非常高,如X光机、CT或核磁共振,它们对图像的分辨率、速度有特别高的要求。AMD的优势是:CPU和GPU集成在一起,可做到完全统一寻址处理,这样的好处是整个系统的延时和功耗都得到显著提升,十分适合高精度的医疗设备。

讨论环节 百家争鸣

讨论环节,NXP(中国)有限公司数字网络软件解决方案部总监杨欣欣博士做了引导发言,主要介绍了SoC、Linux的最新发展。他谈到,近几年SoC呈现出多核、架构集中、异构同时存在的特点。一个CPU可能计算能力很强,但真正用到一个专用的市场中会发现,其中有很多问题:首先,很多时候CPU用软件去实现专用的算法,比不上DSP或者FPGA;其次,CPU如果承担这些任务,会导致负载很大。这也是近期嵌入式处理器和嵌入式SoC发展的一些特点。在软件定义网络里面有许多需要虚拟化的东西,比如VNF(Virtual Network Function),这也是Linux发展的一个方向。而Linux怎样来支持软件定义网络(SDN)?它是通过VNF这样一种形式提供的,这样的变化也是Linux的发展潮流之一。

此外,六合万通寿国梁总经理、清华同方总经理助理沈仲军、原TI市场经理郑小龙、太原理工大学常晓明教授、北京工业大学严海蓉副教授作了即兴发言。在嵌入式系统联谊会秘书长何小庆的主持下,与会者就“用互联网+IC能修炼中国半导体市场吗”、“示范性微电子学院能否满足集成电路发展对高素质人才的迫切需求”、“未来芯片的集成度越来越高,光纤的问世距离高集成度的实现还有多久”、“芯片厂商直接把算法封装到芯片内部,很多嵌入式软件公司会不会逐渐死掉”等问题做了热烈的讨论。