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新世纪电子产品开发平台   【作者： 黃俊義】2001年12月05日 星期三

浏览人次：【6470】 零‧前言 二十一世纪开始的第一年，也就是公元2001年，全球电子高科技产业却面临了空前的低潮与不景气现象。从2000年手机市场连带而来的荣景到2001年的大衰退，短短一年间何以市场的落差会如此剧烈？据信这与因特网所带来的冲击有相当大的关系，当网际产业尚未找到现实的定位时，便产生了所谓「网络泡沫化」现象，这其中包括了知识、观念在转变上的适应或冲突。至于在产业经济面上，则产生了一连串的骨牌效应，也就是说，网络泡沫化后，因为资金的排挤效应、供需上的失衡，以及事物推动的无效与浪费，紧接着让提供网络设备的IT产业受到冲击，再来就是提供IT零组件的半导体厂商受到波及，最后连传统产业如汽车、纺织、印刷等等都受到了严重的影响。 ＜数据源:Source: 工研院经资中心＞ 然而因特网是挡不住的趋势潮流，特别是个人或装置本身随时随地的行动通讯需求，让人们不可能走回封闭、区域性的老路，只有迈向更开放与全球化的大道。因特网从过去的发展历程来看，其泡沫化有相当大的因素在于应用因特网者还只是一些下游业者或Power User而已，至于基础的消费性电子产品则还未搭上这班列车，就好像许多电器产品早已进入我们生活的核心，日用平常早已少不了电器产品，根本没有泡沫化的问题。随着微电子的发展，电器产品纷纷加入微控制器等电子化零件后，其功能与应用顿时增加不少，相对使得这些消费性电子产品也有了长期发展的经济基础，电子产业就渐渐成为一个成熟的产业，当然也没有泡沫化的问题。 未来一般电器或消费性电子产品还要进一步的加入通讯网络的功能，以便扩充其更宽广完整的应用功能，这不仅是必然的趋势，也会随着带动因特网落实在生活中，乃至于增加人们进一步的创意新空间，一般称这种新一代的电器产品为IA(Information Appliance or Internet Appliance)，当IA成为主流产品之后，网际产业也会逐渐成熟而不会泡沫化了，当然更能反过来带动电子半导体、IT产业与整个经济环境的蓬勃发展，所以处于此一关键的年代，我们可以说当会是「败也网络，成也网络啊！」 然而IA的发展对各种层面的影响是相当深远广大的，对于产业而言，传统3C的分野已日趋模糊，而系统单芯片(SOC)的整合则越来越复杂，如果说SOC就是一个具体而微的计算机系统也不为过，既然以开发一个计算机系统的复杂程度来看，那么开发SOC就要有一个强大的软硬件平台解决方案，谁能提供最佳的平台，谁就可以成为业界的先锋与标竿，这是再明白不过的事了，就好像过去PC产业以Intel与Microsoft为主的Wintel平台一样，我们都知道它造就了难以估算的应用市场。所以，目前各大厂商莫不推出自己的开发平台，以便争取这块市场大饼，并主导相关产业的发展。不过可以预期的是IA的领域毕竟较为广泛，在TCP/IP的开放通讯协议下，每个领域的开发平台不仅都能各具特色，也能够兼容并蓄的独立发展，相信不再会有类似Wintel平台独大的现象发生。相对地，如何选择一个合适的平台来发展「新世纪的电子产品」就是非常重要的一件事了。 ＜数据源:Source: Cadence Company＞ 《图二 以通讯网络整合为主的新世纪电子产品》

壹‧产业的转型与政府的推动

众所周知台湾在PC产业的发展下，已产生了一条非常完整的上中下游电子高科技开发与制造模式。但当IBM喊出PC已死，以及微软所谓进入后PC时代之后，想要靠PC来持续成长与获取高额利润已经不大可能了，所以台湾PC厂商莫不积极思考如何转型。而走应用开发并配合在大陆设厂来加工生产，大多数的人都认为是现阶段最具优势的经营模式，剩下的只是选对主流产品与否，以及能不能持续技术创新而已。

3C整合科技计划

为了持续这一竞争优势，政府与民间，乃至于相关的学术团体都推出了各种因应的计划，这些计划主要都以IA为产品主轴，并且以SOC为技术发展，今年8月行政院国科会即表示将结合台湾产、官、学界的力量，预计先投入8亿元经费，来推动「3C整合科技计划」，使台湾在2005年前，达成以系统单芯片(SOC)为核心的信息家电(IA)产品产值，能跃居全球之冠(图一)。可见政府确有推动SOC产业的决心，也了解SOC整合技术的重要性，该计划第一阶段推动时程为自99年5月起的3年半，除校园人才培育与学界IP转移至业界计划外，国科会将建立合作模式，引进国内外IP供产业进行SOC研究，国科会希望在2005年前，台湾SOC产品中自行研发的IP可占6成以上。

硅导计划

《图三 IA、SOC与Platform的发展关系》

同样的今年9月由厂商主导发起，并由行政院科技顾问组协调经济部、国科会等单位共同投入协助的「硅导计划」，则是希望望把台湾推向世界级IC设计的计划，此一计划将陆续投入一百亿元，可望在2010年将台湾的硅产业产值推向十兆元，台湾将有机会供应全球80％的硅产品及相关制造，预估透过此一计划台湾将可望培育二万五千名IC设计方面相关人才。

硅导计划的召集人为交大校长张俊彦，特别是结合了益华计算机（Cadence）、明导（Mentor）、安捷伦（Agient）、前达科技（Avant!）、新众计算机（NFIC）、亮发科技（InComm）、智森科技（Gigasolution）、联华电子（UMC）及智原科技(Faraday)等厂商，他们预计一年内可以建立起共通设计平台以及设计语言，并在两年内建置设计资源服务产业(Design Service)。此外，该计划也期望在一年内建立起足够规模的智财中心，两年内可建置智财中心服务产业，让企业可以重复使用各类IP，并有效降低设计单芯片IC的复杂度。

相关推动组织

由于SOC需要整合各种领域的技术与知识，产官学研的策略联盟与合作就非常重要，所以另外还有许多推广SOC的组织在运作，例如清华大学集成电路设计技术研发中心成立的「SOC设计技术联盟」，还有以工研院系统芯片技术中心为主的「SOC推动联盟」都是。也有一些有理想的IC设计网站或社群陆续在加入各类推动与整合的工作，惟SOC牵涉的事物暨复杂又敏感，要建立一个能协调合作的公正联盟或中介组织并不容易，在这个高度竞争的时代，那一个不是各有所图，只要订好游戏规则，并维持公开透明的原则就算是成功的了。

贰‧新世纪的电子产品呼之欲出

如果只以信息家电(IA)的概念来说明「新世纪的电子产品」，并不容易让人完全了解，我们同样以3C的领域概念，即用这三个面向来描绘它，或许大家会比较清楚它的整个风貌。(图二)

高运算处理功能的产品(Computer)

不管是用什么核心处理器来完成复杂逻辑程序的运算处理，都必须要有类似计算机中央处理器的统合能力，如嵌入式的CPU或DSP，而不能再以4bit、8bit的MCU来充当。新世纪的电子产品就好像过去把占用整栋房子的计算机主机变成桌上型或笔记型的PC一样，将来一个SOC就是具体而微的PC，甚至功能还有超过PC之处，或者应该说将来的PC就是以SOC来开发制造。

网际化与无线通信化的产品(Communication)

网际化指的是能够连接上全球或区域因特网骨干的通讯标准。随着产品应用的多元化，通讯所要达到的不只是人机接口的数据、视讯或语音传递而已，电子装置之间的传输控制也非常的重要，否则无法达成信息搜集、交换或相互合作来完成共同的任务或目标。而不管是什么样的接口，在各类电子装置繁多与行动化的需求下，也一定要以无线通信化为主来运作，才会普遍与方便。

特殊用途与应用软件化的产品(Consumer)

士农工商百行百业、乃至于日用民生等各种特殊用途的电子产品，在系统化的一体设计下，当然都嵌入在单芯片中来运作，这本是过去消费性电子产品就有的观念，但在SOC中因为具备高运算能力的CPU，并可嵌入高容量的内存，再加上通讯联合的错综效应，所扩充的功能与范围，当不能以道里计了。

以上三个面向都必须顾及的产品，才会是新世纪的电子产品，但我们不能以现有的3C产品来看它的外表形式，应该用更宽广的想象空间来看它化之于无形的面貌，而其中最重要的还是以通讯整合为主的产品趋势，它是造就一个电子产品成为活生生个体的一大功臣。或许我们可以据此印证，在通讯无障碍的世界里，「一即是一切，一切即是一」的相摄相融境界。

参‧从IA、SOC到Platform

很难说是先有IA或先有SOC的概念，不过要发展IA势必要应用SOC的技术当无疑义，而SOC的发展必然要走向更普遍、更生活化的IA产品，也是顺理成章。一个时代事物的发展总是同时并进的，并不需要特别去分先后顺序，一切似乎只是水到渠成罢了，就好像接着大家都想到要用一套开发平台(Platform)来解决SOC整合的标准一样，所以现在又竞相提出平台式的设计概念(Platform-Based Design)。但我们先要把这几个名词的现况或定义弄清楚了，才能了解该怎么自处与发展。(图三)

IA的现况与定义

截至目前为止，具体的IA产品并不很多，可能大家对IA的定义并不一致。一般业界认为最成功的IA为PDA，但是利用PDA直接联机上网的情况很少，而根据国内IA联盟的定义，IA产品必须提供「信息撷取(Information Access)」之应用，且要合乎「易用、低价与连网」的特色，所以单纯的PDA并不见得合乎IA的要件。如果依照IA的字义，还有IA联盟的说法，其实所谓IA产品应该泛指具有通讯连网能力的信息装置，因此一般All-in-One具联机功能的PC也算是IA的一环。

国内正朝着IA开发制造大国的方向前进，以资策会为主导的IA联盟也早于2000年2月就成立运作，参与IA联盟的以系统厂商为主，也兼有传统家电业者。

SOC的定义

前面已经说过很多SOC的发展现况，但是一般对于SOC的定义仍模糊不清，如果只以简单的MCU来嵌入电器产品也算是SOC，那就太平淡无奇了，也没有特别突出的新观念与新技术可言。因此以现阶段及未来技术的展望来说，SOC里面必须包括一个电子系统产品的三大要素，即逻辑组件(含微处理器)、内存组件与感测组件，至于内部整合此三大组件的On Chip Bus(OCB)则是必要的技术。

其中感测组件的嵌入是目前发展的重点，因为包括IA定义上必须要有的通讯网络功能也是属于感测组件的一种，未来加入微机电(MEMS)的传感功能也是一种感测组件，感测之后的数据转换与计算，应可归于逻辑组件的范畴，但这也要看系统本身设计的状况来划分。我们可以从智原科技对于未来SOC规格上的定义来看出同样的趋势端倪：

SOC in the future = Microprocessor + Memory + OCB + Digital IPs + Analog IPs +electro-mechanical(actuators) + electro-optical (sensor) + Software。

Platform的现况与定义

开发平台的需求主要是因为IA产品(目前不一定是SOC解决方案)与SOC化而产生的，因为系统级设计与硅智产(IP)的重复使用一直是系统单芯片(SOC)设计的主要议题。然而随着整合领域越来越多，整合难度也日益增高，为因应产品生命周期与上市时程缩短的市场竞争，可重复使用的系统单芯片平台(SOC platform)就成为各家厂商发展的方向。

然而各厂商推出的平台也不一定都要整合为一颗单芯片才行，且开发平台使用的组件只要是经过硬件验证即可，不一定要是具体的东西，再者开发平台也可以只是一种方法或工具，只要整合之后再做好验证工作就可以了。总而言之，越虚拟、越通用的开发平台就越具弹性化的设计空间；而越具体、越固定架构的开发平台就属于越专门领域的平台，相对可设计的空间就越有限。

由于平台组件可以具体化或虚拟化，也可以只是一种概念性的组合象征，因此每个领域的应用产品系列，甚至都可以自行规划出一个专属的开发平台，以方便设计应用，只是所使用的IP一定要是通过验证(含OCB)才省时省力。所以这里所谓新世纪的电子产品开发平台必然比PC产业时期的Wintel平台更多元，也会更开放，主要就是从IA、SOC到Platform是以用户应用为核心的软硬件整合概念，另外就是产品的内部传输并不一定要标准化，只要连接外围的I/O与网络通讯合乎通用的标准即可，设计应用者就不必受到特定硬件(IP)厂商的箝制。

至于平台的提供者，虽然原则上人人都可以提出一套平台解决方案，但是不同的产业型态，所提出的平台观念也有所差异，例如传统半导体IDM大厂的开发平台仍以销售其主要核心芯片为主，IC设计业者则以特殊应用的产品系列开发平台为主，新兴的设计服务(Design Service)或设计代工(Design foundry)业者则以提供广泛的IP应用为主，至于EDA厂则是根据各类平台提供整合与验证的方法。这种依产业型态所提供的开发平台之比较如(表一)之说明。

另外一种开发平台的划分法是依照平台本身的型态来分类，但有时候厂商也会把自己的平台调整一下组合或换用其他核心芯片，就变成另一种型态的平台，这些应用本都是无可厚非的，我们就把现有的一些平台型态列出如(表二)。

总而言之，IA、SOC、Platform有它发展的脉络可寻，但是这三个名词也都有其狭义与广义之分，业者之间的认定或看法也仍相当分歧的，所以大家不妨以较为抽象、宽松的方式来界定它。从狭义来看IA是不同于PCs的产业，而所谓SOC便只是扩大、齐备IA的功能而已，Platform当然是为了整合SOC日益复杂的组件设计，用来开发大型系统则并不适合；如此PC产业则不相关于这个趋势，本身将朝向更高级的微计算机来发展，这一点我们从Intel仍老神在在往更高档的Pentium 4来推广，以及微软Windows XP也推的如火如荼可以了解。

但狭义的发展只是边际利益与时间性的问题，如果从广义来看，PC也属于IA的一环，在同样都需要省成本、缩短上市时程，还有零组件的可重复使用等经济的压力下，走向SOC或LSI的发展也是很自然的一件事，也就是说P4与XP也应该会整合在一颗SOC里，此时虚拟组件(Virtual Components)式的Platform开发也是必然的趋势。也许有人会问，同样以广义而言，PC既属于IA(所有的PC莫不是Internet PC，也都走向无线通信化。)那么IA就不一定是SOC架构，Platform也不定要整合成SOC了。这样说似乎言之成理，但这是诡辩的，我们应该了解SOC才是主轴趋势，不要让这些抽象的概念给混淆了。

肆‧结论

SOC的发展虽然已经谈论了五、六年了，但似乎仍有许多困难尚待克服，如今以开发平台的观念来整合算是较为具体可行的办法，因为握有先进技术的半导体大厂，也能以开发平台来让系统业者应用，而不会拘泥于先进IP无法出售的问题(若出售先进IP组件，保持技术领先的时间将缩短，利润也会变少。)而使用开发平台的结果，当然就会使各种组件越来越虚拟化，所产生的SOC电子产品由于减少了外部因素的影响，也会更稳定可靠。

无可否认的，未来IA的发展将扩大电子产品的市场，人们的生活将更依赖电子产品的帮助，然而我们发展电子产品更要注意以人为本、以大自然为师。自然万物都是以独立系统而存在与成长的，小至一只蚂蚁、小草，乃至一只大象、神木，无不是一体成型的系统，我们从来没看过大地平台产生只有一颗心脏或一支花蕊的东西，所以用虚拟组件来整合成SOC才会是新世纪的电子产品开发平台，这是再自然不过了。