汽车电子/云端商机涌现 半导体新一轮竞技赛开打

明导国际执行长Walden C. Rhines
[@B]汽车电子/云端商机涌现　半导体新一轮竞技赛开打[@C] 半导体元件结构经历了八代发展历程，在14/16奈米(nm) FinFET进入量产爬坡阶段首次出现重大的转变。
随着大型电子元件的验证转向硬体加速(或硬体模拟)和软硬体协同验证，积体电路设计方法也经历巨大的转变。

低借贷利率助长半导体购并风潮

2015年上半年，半导体公司合并的数量和规模急剧上升，使得2015年的合并活动创下有史以来的最高纪录，将近四十起购并，总市场价值超过1600亿美元。

不仅有大型公司收购相对小得多的公司，例如英特尔(Intel)收购Altera，还有大型公司收购其他大型公司，例如恩智浦(NXP)收购飞思卡尔(Freescale)，甚至是收购规模更大的公司，例如安华高(Avago)收购博通(Broadcom)的情况。

很多人猜测，合并活动的增加是由于半导体行业不可避免地走向成熟，随着营收增长速度的变慢，公司以合并的方式通过规模经济提高效率。但是有关半导体行业的资料并不支援扩大规模可以提高盈利能力的观点。

事实上，半导体公司的营业利润与营收间并没有相关性(图1)。此外，这股合并的浪潮是在2014年年末突然掀起的，在那之前的四十多年并没有多少合并活动(图2)。


图1　在五年中，大型公司的收益并不比小公司多。

图2　2015年，半导体行业的合并活动增多，是近四十年来的首次增长。
这股并购潮最有可能受低借贷成本推动，企业选择透过收购取得营收增长，即便需要给被收购方一笔巨额溢价，收购也能带来每股收益上升。只要能以低利率获得流动资金，这种收购活动很可能会持续下去。

在无线晶片行业内，公司的撤资和收购频率从两年前开始增加。每次出现半导体应用(例如小型电脑、袖珍计算器、个人电脑和无线耳机)的显着增加，由于出货量增长变慢，功能标准化，很多公司会在价格压力下选择合并。

尽管领先晶片供应商的名单发生一些巨大的变化，智慧手机的兴起和快速发展目前仍在推动着半导体市场的增长。然而手机的大量涌现，手机和服务提供者模式的改变(例如小米低硬体利润模式)，以及标准的相对稳定使供应商数量减少，晶片价格降低。

同样的情况还发生在个人电脑(PC)行业，在合并活动涌现前，业内有一百多家与IBM相容的PC制造商。坚持下来的公司虽然在短期内处境艰难，却大大提高效率。

新一轮应用热潮将使尚待确认和开发的产品的出货量达到十亿。同往常一样，半导体公司可以为此做好准备。

半导体工艺每隔两三年就会更新换代，随之而来的是新技术挑战，这些早已习以为常，但基础元件结构很少发生变化。

而2015年，业内出现全新的元件架构--鳍式电晶体(FinFET)。急于完成首个14/16nm设计并不是因为成本或复杂性，而是因为降低功耗的需求，这一点已经成为处理日益复杂的积体电路时面临的最大挑战。

FinFET技术变革使大幅度减少漏电流或静态功耗成为可能，虽然绝缘层覆矽(SOI)可提供很多相同的优势，但其主要用于射频元件设计。

在数位逻辑方面，业内通常选择FinFET，因此不得不处理设计和制造方面的难题。

此外，极紫外线(EUV)微影技术尚不可用，制造和设计界不得不采用可以获得更多双重曝光的技术，使问题变得更加复杂。现在流片数量充足，情况似乎趋于稳定，10nm设计正在加速，7nm设计也将在2017年实现。

自1973年以来，验证积体电路设计功能正确性的主要方法是在通用电脑上进行软体模拟。晶片越来越复杂，规模较大的伺服器计算环境得采用成千上万个处理器才能模拟设计功能。在20世纪80年代，硬体加速器越来越多地用于硬体模拟晶片的运行状态，这些晶片都很大或很复杂，无法进行软体模拟，例如图形晶片。

但这些加速器的使用非常有限，因为硬体模拟器极其复杂，需要与周边电路建立大量连接，相比电脑伺服器，更像是实验室工具。

在过去的十年中，这种情况已经完全改变了。最新的几代硬体模拟器变成通用伺服器，与任何伺服器一样，可置于资料中心内。

尽管如此，十年中，市场对硬体模拟器的需求仍旧停留在每年1.6亿美元左右。但在四年前情况完全改观，并在2015年开始加速增长。

原因是大规模数位设计的复杂性超出通用电脑软体模拟能力范围，验证复杂的微处理器、网路晶片、图形晶片及存储控制器需要更多数量级的验证，超过软体模拟的能力范围，从而开始向硬体模拟加速的重大转变。

所有大型电子设计自动化(EDA)公司在定制设计硬体模拟方面展开竞争，这种硬体模拟能够提供的软体模拟性能比通用电脑至少要快三个数量级。这使过去三年的硬体模拟市场规模扩大一倍以上，达到平均每年3.5亿美元左右。

此外还促进整合软硬体模拟作业系统和设计环境的开发。实现晶片或系统的虚拟表示后，自然可验证在晶片上运行的软体。这就是为什么硬体模拟器成为所有验证环境的枢纽，在很多情况下还包括用于其他软体验证的专用现场可编程闸阵列(FPGA)卡。

[@B]汽车电子设备/资料中心　2016年首要挑战[@C] 汽车电子设备/资料中心　2016年首要挑战

2016年的前景如何？2015年的变化极其巨大影响深远，因此2016年仍会有很多购并活动，同时也会是消化之前收购的一年。

除此之外，很多公司发布更多有关无人驾驶汽车、先进驾驶协助工具、车载资讯娱乐系统及来自汽车连接的一系列全新功能的策略，汽车电子设备将加快发展。

新一代的资料伺服器体系架构会使IC晶片集支援方面的竞争更加白热化，有些公司会在竞争中脱颖而出，而有些公司会选择合并或联盟。

2015年的合并活动高达1600亿美元左右，这股合并趋势仍在继续，接下来会推动更多变化。这些公司公开承诺会透过合并实现协同效应。要兑现这一承诺，得采取各种成本削减举措。

有时候，公司会削减研发方面的成本，但在大多数情况下，“协同效应”要依赖其他领域的效率提升。研发成本的削减会影响工程设计的人力投入以及供应链的某些环节。从以往经历来看，半导体行业的研发成本削减更多的是研发人员的转换，而不是真正减少研发投入。

如图3所示，半导体行业的研发投入几乎每年都在增长。美国商务部的资料显示，在所有行业中，电子工程师的失业率几乎是最低的。因此，虽然有些工程师在2016年可能会失业，但可很快进入其他竞争公司或者自己创业。


图3　自出现以来，半导体研发投入几乎每年都在增长。
在过去32年内，半导体研发投入在公司营收中所占的比例保持在13∼14%。半导体公司是否会突然发现更高效的方法，以更少的研发投入继续保持或提高营收？随着合并适应期的推进，每年(或每两∼三年)14%的比例非常有可能会下降。

但是按照以往每次新产品涌现时的情况，新一轮产品出现时需要消耗大量的矽，这一资料应该会回归上升趋势。

推动这一比例增长的最新产品是无线电子设备。同过去一样，接下来会涌现很多新产品，而这可能基于物联网功能或其他半导体技术进步。

多年来，汽车电子设备的复杂性与日俱增，即便不是造成如今汽车差异化的首要部分，也是主要部分之一。车载资讯娱乐系统、先进驾驶辅助系统(ADAS)、驾驶资讯影音，以及无线汽车功能构成主要的研发挑战。如今，汽车的电子系统占物料清单的40%左右，嵌入式软体研发成为汽车设计最重要的部分。

随着2016年的到来，这一步伐将会继续加快。过去十年，已经有二十多家汽车制造商设立总部在矽谷的业务发展和创新侦察队。

除设计出能够实现联网汽车功能的晶片，EDA行业还面临另一个挑战--制造新的设计自动化工具，以创建和验证汽车的电子系统和电气连接。与此同时，嵌入式软体对EDA而言越来越重要。

随着这一系统设计趋势的发展，实现积体电路设计自动化的几乎所有方法将应用到汽车与航空航太产品的设计中，催生出新的技术革命。2016年是非常重要的一年，大多数汽车OEM和一级供应商将专注于引领未来发展的最重要的技术--电子设计和嵌入式软体。

在2016年，半导体公司的另一大战场在于资料中心。大资料(Big Data)、云端虚拟化和社交网路催生对资料处理和存储能力的巨大需求。大规模资料中心正在创建当中，具备全新的可优化功耗、性能、冷却功能和安全性的架构。

与传统的资料中心相比，新一代的资料中心必须支持内部75%的资料传输，因此需要根本性的改变，与经典的分级电脑网路截然不同。巨大的机会正摆在光通讯设备、交换机设备IC和伺服器晶片供应商的面前，合并和联盟开辟另一条出路。

资料中心设备的总市场价值将近2000亿美元，其中半导体部分约为300亿美元，增长最快的部分是光资料元件。

过去一年是半导体行业发展史上变化最大的一年之一--合并数量创下纪录；大部分无线元件行业进入无差异化竞争；全新元件结构FinFET进入量产爬坡阶段；以及设计方法向硬体加速的重大转型。

2016年，进行中的或新的合并活动会产生更多影响，系统设计将面临更多技术挑战，尤其是在汽车电子设备和资料中心。