CTIMES / 文章 /

新世紀電子產品開發平台   【作者： 黃俊義】   2001年12月05日 星期三

瀏覽人次：【6153】 零‧前言 二十一世紀開始的第一年，也就是西元2001年，全球電子高科技產業卻面臨了空前的低潮與不景氣現象。從2000年手機市場連帶而來的榮景到2001年的大衰退，短短一年間何以市場的落差會如此劇烈？據信這與網際網路所帶來的衝擊有相當大的關係，當網際產業尚未找到現實的定位時，便產生了所謂「網路泡沫化」現象，這其中包括了知識、觀念在轉變上的適應或衝突。至於在產業經濟面上，則產生了一連串的骨牌效應，也就是說，網路泡沫化後，因為資金的排擠效應、供需上的失衡，以及事物推動的無效與浪費，緊接著讓提供網路設備的IT產業受到衝擊，再來就是提供IT零組件的半導體廠商受到波及，最後連傳統產業如汽車、紡織、印刷等等都受到了嚴重的影響。 ＜資料來源:Source: 工研院經資中心＞ 然而網際網路是擋不住的趨勢潮流，特別是個人或裝置本身隨時隨地的行動通訊需求，讓人們不可能走回封閉、區域性的老路，只有邁向更開放與全球化的大道。網際網路從過去的發展歷程來看，其泡沫化有相當大的因素在於應用網際網路者還只是一些下游業者或Power User而已，至於基礎的消費性電子產品則還未搭上這班列車，就好像許多電器產品早已進入我們生活的核心，日用平常早已少不了電器產品，根本沒有泡沫化的問題。隨著微電子的發展，電器產品紛紛加入微控制器等電子化零件後，其功能與應用頓時增加不少，相對使得這些消費性電子產品也有了長期發展的經濟基礎，電子產業就漸漸成為一個成熟的產業，當然也沒有泡沫化的問題。 未來一般電器或消費性電子產品還要進一步的加入通訊網路的功能，以便擴充其更寬廣完整的應用功能，這不僅是必然的趨勢，也會隨著帶動網際網路落實在生活中，乃至於增加人們進一步的創意新空間，一般稱這種新一代的電器產品為IA(Information Appliance or Internet Appliance)，當IA成為主流產品之後，網際產業也會逐漸成熟而不會泡沫化了，當然更能反過來帶動電子半導體、IT產業與整個經濟環境的蓬勃發展，所以處於此一關鍵的年代，我們可以說當會是「敗也網路，成也網路啊！」 然而IA的發展對各種層面的影響是相當深遠廣大的，對於產業而言，傳統3C的分野已日趨模糊，而系統單晶片(SOC)的整合則越來越複雜，如果說SOC就是一個具體而微的電腦系統也不為過，既然以開發一個電腦系統的複雜程度來看，那麼開發SOC就要有一個強大的軟硬體平台解決方案，誰能提供最佳的平台，誰就可以成為業界的先鋒與標竿，這是再明白不過的事了，就好像過去PC產業以Intel與Microsoft為主的Wintel平台一樣，我們都知道它造就了難以估算的應用市場。所以，目前各大廠商莫不推出自己的開發平台，以便爭取這塊市場大餅，並主導相關產業的發展。不過可以預期的是IA的領域畢竟較為廣泛，在TCP/IP的開放通訊協定下，每個領域的開發平台不僅都能各具特色，也能夠兼容並蓄的獨立發展，相信不再會有類似Wintel平台獨大的現象發生。相對地，如何選擇一個合適的平台來發展「新世紀的電子產品」就是非常重要的一件事了。 ＜資料來源:Source: Cadence Company＞ 《圖二　以通訊網路整合為主的新世紀電子產品》

壹‧產業的轉型與政府的推動

眾所週知台灣在PC產業的發展下，已產生了一條非常完整的上中下游電子高科技開發與製造模式。但當IBM喊出PC已死，以及微軟所謂進入後PC時代之後，想要靠PC來持續成長與獲取高額利潤已經不大可能了，所以台灣PC廠商莫不積極思考如何轉型。而走應用開發並配合在大陸設廠來加工生產，大多數的人都認為是現階段最具優勢的經營模式，剩下的只是選對主流產品與否，以及能不能持續技術創新而已。

3C整合科技計畫

為了持續這一競爭優勢，政府與民間，乃至於相關的學術團體都推出了各種因應的計畫，這些計畫主要都以IA為產品主軸，並且以SOC為技術發展，今年8月行政院國科會即表示將結合台灣產、官、學界的力量，預計先投入8億元經費，來推動「3C整合科技計畫」，使台灣在2005年前，達成以系統單晶片(SOC)為核心的資訊家電(IA)產品產值，能躍居全球之冠(圖一)。可見政府確有推動SOC產業的決心，也了解SOC整合技術的重要性，該計畫第一階段推動時程為自99年5月起的3年半，除校園人才培育與學界IP轉移至業界計畫外，國科會將建立合作模式，引進國內外IP供產業進行SOC研究，國科會希望在2005年前，台灣SOC產品中自行研發的IP可佔6成以上。

矽導計畫

《圖三　IA、SOC與Platform的發展關係》

同樣的今年9月由廠商主導發起，並由行政院科技顧問組協調經濟部、國科會等單位共同投入協助的「矽導計畫」，則是希望望把台灣推向世界級IC設計的計畫，此一計畫將陸續投入一百億元，可望在2010年將台灣的矽產業產值推向十兆元，台灣將有機會供應全球80％的矽產品及相關製造，預估透過此一計畫台灣將可望培育二萬五千名IC設計方面相關人才。

矽導計畫的召集人為交大校長張俊彥，特別是結合了益華電腦（Cadence）、明導（Mentor）、安捷倫（Agient）、前達科技（Avant!）、新眾電腦（NFIC）、亮發科技（InComm）、智森科技（Gigasolution）、聯華電子（UMC）及智原科技(Faraday)等廠商，他們預計一年內可以建立起共通設計平台以及設計語言，並在兩年內建置設計資源服務產業(Design Service)。此外，該計畫也期望在一年內建立起足夠規模的智財中心，兩年內可建置智財中心服務產業，讓企業可以重複使用各類IP，並有效降低設計單晶片IC的複雜度。

相關推動組織

由於SOC需要整合各種領域的技術與知識，產官學研的策略聯盟與合作就非常重要，所以另外還有許多推廣SOC的組織在運作，例如清華大學積體電路設計技術研發中心成立的「SOC設計技術聯盟」，還有以工研院系統晶片技術中心為主的「SOC推動聯盟」都是。也有一些有理想的IC設計網站或社群陸續在加入各類推動與整合的工作，惟SOC牽涉的事物暨複雜又敏感，要建立一個能協調合作的公正聯盟或中介組織並不容易，在這個高度競爭的時代，那一個不是各有所圖，只要訂好遊戲規則，並維持公開透明的原則就算是成功的了。

貳‧新世紀的電子產品呼之欲出

如果只以資訊家電(IA)的概念來說明「新世紀的電子產品」，並不容易讓人完全了解，我們同樣以3C的領域概念，即用這三個面向來描繪它，或許大家會比較清楚它的整個風貌。(圖二)

高運算處理功能的產品(Computer)

不管是用什麼核心處理器來完成複雜邏輯程序的運算處理，都必須要有類似電腦中央處理器的統合能力，如嵌入式的CPU或DSP，而不能再以4bit、8bit的MCU來充當。新世紀的電子產品就好像過去把佔用整棟房子的電腦主機變成桌上型或筆記型的PC一樣，將來一個SOC就是具體而微的PC，甚至功能還有超過PC之處，或者應該說將來的PC就是以SOC來開發製造。

網際化與無線通訊化的產品(Communication)

網際化指的是能夠連接上全球或區域網際網路骨幹的通訊標準。隨著產品應用的多元化，通訊所要達到的不只是人機介面的資料、視訊或語音傳遞而已，電子裝置之間的傳輸控制也非常的重要，否則無法達成資訊蒐集、交換或相互合作來完成共同的任務或目標。而不管是什麼樣的介面，在各類電子裝置繁多與行動化的需求下，也一定要以無線通訊化為主來運作，才會普遍與方便。

特殊用途與應用軟體化的產品(Consumer)

士農工商百行百業、乃至於日用民生等各種特殊用途的電子產品，在系統化的一體設計下，當然都嵌入在單晶片中來運作，這本是過去消費性電子產品就有的觀念，但在SOC中因為具備高運算能力的CPU，並可嵌入高容量的記憶體，再加上通訊聯合的錯綜效應，所擴充的功能與範圍，當不能以道里計了。

以上三個面向都必須顧及的產品，才會是新世紀的電子產品，但我們不能以現有的3C產品來看它的外表形式，應該用更寬廣的想像空間來看它化之於無形的面貌，而其中最重要的還是以通訊整合為主的產品趨勢，它是造就一個電子產品成為活生生個體的一大功臣。或許我們可以據此印證，在通訊無障礙的世界裡，「一即是一切，一切即是一」的相攝相融境界。

參‧從IA、SOC到Platform

很難說是先有IA或先有SOC的概念，不過要發展IA勢必要應用SOC的技術當無疑義，而SOC的發展必然要走向更普遍、更生活化的IA產品，也是順理成章。一個時代事物的發展總是同時並進的，並不需要特別去分先後順序，一切似乎只是水到渠成罷了，就好像接著大家都想到要用一套開發平台(Platform)來解決SOC整合的標準一樣，所以現在又競相提出平台式的設計概念(Platform-Based Design)。但我們先要把這幾個名詞的現況或定義弄清楚了，才能了解該怎麼自處與發展。(圖三)

IA的現況與定義

截至目前為止，具體的IA產品並不很多，可能大家對IA的定義並不一致。一般業界認為最成功的IA為PDA，但是利用PDA直接連線上網的情況很少，而根據國內IA聯盟的定義，IA產品必須提供「資訊擷取(Information Access)」之應用，且要合乎「易用、低價與連網」的特色，所以單純的PDA並不見得合乎IA的要件。如果依照IA的字義，還有IA聯盟的說法，其實所謂IA產品應該泛指具有通訊連網能力的資訊裝置，因此一般All-in-One具連線功能的PC也算是IA的一環。

國內正朝著IA開發製造大國的方向前進，以資策會為主導的IA聯盟也早於2000年2月就成立運作，參與IA聯盟的以系統廠商為主，也兼有傳統家電業者。

SOC的定義

前面已經說過很多SOC的發展現況，但是一般對於SOC的定義仍模糊不清，如果只以簡單的MCU來嵌入電器產品也算是SOC，那就太平淡無奇了，也沒有特別突出的新觀念與新技術可言。因此以現階段及未來技術的展望來說，SOC裡面必須包括一個電子系統產品的三大要素，即邏輯元件(含微處理器)、記憶體元件與感測元件，至於內部整合此三大元件的On Chip Bus(OCB)則是必要的技術。

其中感測元件的嵌入是目前發展的重點，因為包括IA定義上必須要有的通訊網路功能也是屬於感測元件的一種，未來加入微機電(MEMS)的傳感功能也是一種感測元件，感測之後的資料轉換與計算，應可歸於邏輯元件的範疇，但這也要看系統本身設計的狀況來劃分。我們可以從智原科技對於未來SOC規格上的定義來看出同樣的趨勢端倪：

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

Platform的現況與定義

開發平台的需求主要是因為IA產品(目前不一定是SOC解決方案)與SOC化而產生的，因為系統級設計與矽智產(IP)的重複使用一直是系統單晶片(SOC)設計的主要議題。然而隨著整合領域越來越多，整合難度也日益增高，為因應產品生命週期與上市時程縮短的市場競爭，可重複使用的系統單晶片平台(SOC platform)就成為各家廠商發展的方向。

然而各廠商推出的平台也不一定都要整合為一顆單晶片才行，且開發平台使用的元件只要是經過硬體驗證即可，不一定要是具體的東西，再者開發平台也可以只是一種方法或工具，只要整合之後再做好驗證工作就可以了。總而言之，越虛擬、越通用的開發平台就越具彈性化的設計空間；而越具體、越固定架構的開發平台就屬於越專門領域的平台，相對可設計的空間就越有限。

由於平台元件可以具體化或虛擬化，也可以只是一種概念性的組合象徵，因此每個領域的應用產品系列，甚至都可以自行規劃出一個專屬的開發平台，以方便設計應用，只是所使用的IP一定要是通過驗證(含OCB)才省時省力。所以這裡所謂新世紀的電子產品開發平台必然比PC產業時期的Wintel平台更多元，也會更開放，主要就是從IA、SOC到Platform是以使用者應用為核心的軟硬體整合概念，另外就是產品的內部傳輸並不一定要標準化，只要連接週邊的I/O與網路通訊合乎通用的標準即可，設計應用者就不必受到特定硬體(IP)廠商的箝制。

至於平台的提供者，雖然原則上人人都可以提出一套平台解決方案，但是不同的產業型態，所提出的平台觀念也有所差異，例如傳統半導體IDM大廠的開發平台仍以銷售其主要核心晶片為主，IC設計業者則以特殊應用的產品系列開發平台為主，新興的設計服務(Design Service)或設計代工(Design foundry)業者則以提供廣泛的IP應用為主，至於EDA廠則是根據各類平台提供整合與驗證的方法。這種依產業型態所提供的開發平台之比較如(表一)之說明。

另外一種開發平台的劃分法是依照平台本身的型態來分類，但有時候廠商也會把自己的平台調整一下組合或換用其他核心晶片，就變成另一種型態的平台，這些應用本都是無可厚非的，我們就把現有的一些平台型態列出如(表二)。

總而言之，IA、SOC、Platform有它發展的脈絡可尋，但是這三個名詞也都有其狹義與廣義之分，業者之間的認定或看法也仍相當分歧的，所以大家不妨以較為抽象、寬鬆的方式來界定它。從狹義來看IA是不同於PCs的產業，而所謂SOC便只是擴大、齊備IA的功能而已，Platform當然是為了整合SOC日益複雜的元件設計，用來開發大型系統則並不適合；如此PC產業則不相關於這個趨勢，本身將朝向更高級的微電腦來發展，這一點我們從Intel仍老神在在往更高檔的Pentium 4來推廣，以及微軟Windows XP也推的如火如荼可以了解。

但狹義的發展只是邊際利益與時間性的問題，如果從廣義來看，PC也屬於IA的一環，在同樣都需要省成本、縮短上市時程，還有零組件的可重複使用等經濟的壓力下，走向SOC或LSI的發展也是很自然的一件事，也就是說P4與XP也應該會整合在一顆SOC裡，此時虛擬元件(Virtual Components)式的Platform開發也是必然的趨勢。也許有人會問，同樣以廣義而言，PC既屬於IA(所有的PC莫不是Internet PC，也都走向無線通訊化。)那麼IA就不一定是SOC架構，Platform也不定要整合成SOC了。這樣說似乎言之成理，但這是詭辯的，我們應該了解SOC才是主軸趨勢，不要讓這些抽象的概念給混淆了。

肆‧結論

SOC的發展雖然已經談論了五、六年了，但似乎仍有許多困難尚待克服，如今以開發平台的觀念來整合算是較為具體可行的辦法，因為握有先進技術的半導體大廠，也能以開發平台來讓系統業者應用，而不會拘泥於先進IP無法出售的問題(若出售先進IP元件，保持技術領先的時間將縮短，利潤也會變少。)而使用開發平台的結果，當然就會使各種元件越來越虛擬化，所產生的SOC電子產品由於減少了外部因素的影響，也會更穩定可靠。

無可否認的，未來IA的發展將擴大電子產品的市場，人們的生活將更依賴電子產品的幫助，然而我們發展電子產品更要注意以人為本、以大自然為師。自然萬物都是以獨立系統而存在與成長的，小至一隻螞蟻、小草，乃至一隻大象、神木，無不是一體成型的系統，我們從來沒看過大地平台產生只有一顆心臟或一支花蕊的東西，所以用虛擬元件來整合成SOC才會是新世紀的電子產品開發平台，這是再自然不過了。