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IC 設計公司產品、IC 設計技術與 IC 設計流程

IC 設計公司的產品線,與採用何種設計技術,什麼樣的設計流程均息息相 關,更會影響到產品設計的品質,時程,與良率。下列各節中將詳述這三者的 意義及關係。

2.1.1 IC 設計公司的類別

郭秋鈴(2003)認為目前台灣的 IC 設計業者多半開發資訊與消費性 IC 為 主流,但通訊與多媒體這兩個領域在市場方面尚未飽和,還有很大的空間可以 發揮,因此如無線通訊、混合訊號(Mixed-Signal)、LCD TV 與視訊相關產品 及高速傳輸介面等均是熱門的創業標的。

郭秋鈴(2003)將自 2000 年以後國內設立的 IC 設計公司可分為下列幾類:

1. 美國矽谷回國成立的 IC 設計公司:這類業者看準國內目前較缺乏的產品如混 頻,射頻(RF)技術,無線區域網路,高速傳輸介面和視訊相關產品,所以專 攻這一領域的市場。

2. 大型 IC 設計公司再分割出或是轉投資的 IC 設計公司:有些大型的 IC 設計公 司為專注經營或因應產品線特性不同等原因,而將部門獨立出來成立新公司。

例如威盛、瑞昱、揚智,以及本研究稍後於訪談中採訪到的公司:聯笙與分割 出來的笙揚科技,就是因為產品線特性不同而分割出來。

3. 大型整合元件製造商(IDM)分割出而設立的子公司:例如華邦及旺宏將旗 下多媒體或快閃記憶體等部門成立為新公司。

4. 系統公司或晶圓代工業者的轉投資的 IC 設計公司:系統公司轉投資的設計業 者可藉由和母公司在系統規格的密切配合取得優勢,例如明碁電通,奇美轉投 資奇景,以及本研究在訪談中提到的友達轉投資的瑞鼎科技。而晶圓代工業者 轉投資 IC 設計公司,其目的在於晶圓廠產能配置或轉投資收益等原因,而其投 資的 IC 設計公司則能取得晶圓產能的保障。

方淑儒(2001)依 IC 設計公司的運行模式,將 IC 設計公司分為下列四類:

1. 專業 IC 設計公司(Fabless):這類型設計公司,沒有自己的晶圓製造廠、晶圓 偵測廠、封裝廠和最終測試廠,只負責 IC 的研發設計,新產品的研發為其主要 的核心競爭力。因此所有產品的製造全部採取外包作業,這種完全委外生產的 設計公司即所謂的無晶圓公司(Fabless Company),例如威盛、聯發、凌陽和矽 成等。

2. IC 製造商的設計部門(IDM):在晶圓製造廠中,擁有自己的設計部門,專門 研發自己專屬的 IC 產品,其設計產品在自己的晶圓廠加工,如華邦和轉型的矽 統,以及之前的茂矽,在 DRAM 設計部門還未被裁撤時。

3. 外商在台的 IC 設計部門:在台的公司是外商公司研發單位的分支部門,例如 NEC 在台的研發分支公司。

4. 系統製造商所屬的 IC 設計中心:有部份 IC 電路板廠商,或者是電腦系統廠 商為了其內部系統的需求,會自行開發及設計 IC 供應自己的系統使用。但是這 類型的公司因為面臨到成本控制的壓力,己經逐漸在轉型或被裁撤。

縱合上述兩者觀點,IC 設計公司的類別可分為四大類:

1. 專業 IC 設計公司(Fabless),包含大型 IC 設計公司再分割出或是轉投資的 IC 設計公司。

2. IC 製造商的設計部門(IDM)或分割出而設立的子公司。

3. 美國矽谷回國成立的 IC 設計公司或外商在台的 IC 設計部門。

4. 系統公司或晶圓代工業者的轉投資 IC 設計公司。

2.1.2 IC 設計技術

李其健(2002)將 IC 設計技術依其自動化之程度,概分為三種:

1. Full-Custom

即所謂「全訂製」設計方式。其電路係完全依照客戶的需求訂單,量身打 造而成。從電路設計到佈局都是以最佳化的方式來完成,也因此,其優點為,

電路之性能,比採用半訂製式的方法設計出來之電路性能要好許多,但其缺點 是由於完全量身定製,多半是經由IC 設計工程師以其個人經驗利用人為方式完 成,所以工程費用較昂貴,需要研發的時間亦較長,通常較適合於量大的產品,

如此每一個晶片平均分擔之設計成才不致太高。

2. Cell-Based

Cell-Based 設計方法即是採用一些常用的電路元件,例如:加法器、乘法 器,或閘正反器等設計成標準之模組電路,這些模組電路稱為Stand Cell,將許

多Stand Cell 集合而成的資料庫即稱為Stand Cell Library (標準元件庫),任何 複雜之邏輯演算及控制電路均可利用此等標準元件組合完成。

3. Gate-Array

Gate-Array 設計方式與Cell-Based 設計方式相比,在自動化的程度上更進 一步,因此法把許多常用之基本邏輯閘,以固定且密集方式放在一起,不管客 戶之需求為何,除了最上層(也就是IC 製作過程之最後幾道光罩)的金屬接線 不同以外,其他的佈局皆相同。利用這種做法,IC 設計公司事先可以大量地把 製作金屬接線步驟之前的晶圓製造完成,之後當電路設計決定之後,再由IC 設 計公司將最後幾層的金屬接線方式,依照客戶需求,佈局(Layout)完成,然 後只特別做金屬接線那幾層的光罩,並將原本處理至金屬接線步驟前之晶片,

繼續後續之製程直到完成。這種作法,類似生產管理學上所提之延遲理論 (Postponement),可以縮短製造時間,並且降低庫存。為強調標準化與多元化及 接線之容易化,Gate-Array 之晶片面積較Full-Custom及Cell-Based 方式大得 多,此種設計方式電路速度也比較慢。強調的是其預置電路之使用率可否提高。

但是,由於其標準化程度最高,因此利用自動設計軟體,其設計時間最短,且 由於不同顧客可共同分攤其前半部相同之製程步驟,因此其平均成本不會高過 Cell-Based 太多,適用於量較小之產品,目前市面上所謂之FPGA 晶片,其設 計方式即為Gate-Array 之一種。

財團法人國家實驗研究院之國家晶片系統設計中心(Chip Implementation Center ,CIC)將 IC 設計技術分為四大類:

1. 全客製化 IC 設計(Full Custom IC Design)

2. 細胞基礎 IC 設計(Cell Based IC Design)

3. 可程式規劃邏輯元件 IC 設計(Field Programmable Gate Array IC Design , FPGA IC Design)

4. 單片微波 IC 設計(Monolithic Microwave Integrated Circuits Design,MMIC Design)

2.1.3 IC 設計流程

不同的 IC 產品,運用不同的設計技術,依據不同的需求,來選擇適當的設 計流程。IC 設計流程是由不同功能的 EDA 軟體來架構完成,每個軟體在流程 中擔任不同的角色與功能,每家 IC 設計公司即使設計的產品相同,但設計流程 卻不見得一樣,這是依軟體功能繁簡、軟體產品市佔率、成本考量、公司文化、

使用者的習慣、業界的口碑與相容性等因素造成不同的設計流程。以國家晶片 系統設計中心所列出的設計流程來舉例,依不同的設計需求,可分四種設計流

程:

1. 全客製化設計流程(Full Custom Design Flow)

圖 3. 全客製化設計流程

資料來源:國家晶片系統設計中心網頁 2. 細胞基礎設計流程(Cell Based Design Flow)

圖 4. 細胞基礎設計流程

資料來源:國家晶片系統設計中心網頁

3. 可程式規劃邏輯元件設計流程(FPGA Design Flow)

圖 5. 可程式規劃邏輯元件設計流程 資料來源:國家晶片系統設計中心網頁 4. 單片微波設計流程(MMIC Design Flow)

圖 6. 單片微波設計流程

資料來源:國家晶片系統設計中心網頁

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