赛灵思的28nm之路和3D IC战略

drjiachen

近日，在上海召开的全球半导体论坛上，赛灵思公司全球高级副总裁兼亚太地区执行总裁汤立人先生畅谈赛灵思的近况和战略，以及整个行业的趋势，本文截取其中精华与读者分享。

汤立人：我先简要介绍一下我们公司最近的情况。我已经在赛灵思工作了近22年（到2012年5月满22年），参与了第一代FPGA的研发。今年赛灵思越做越大，产品也越来越广泛。赛灵思搭建了一个创新的设计平台，使设计师、发明者可以把他们的创意放在这个设计平台上，这个平台里加入了很多数字信号处理（DSP）功能、存储等，最近我们又在FPGA中嵌入了两个ARMA9内核。

以前工程师、发明者使用FPGA时要对硬件非常理解，现在有了搭载A9内核的设计平台，工程师进行软件设计时也可以去开始思考如何运用FPGA。由于软件工程师的规模大大超过了硬件工程师，所以我们对扩大FPGA的市场非常有信心。

我们在中国开展业务已有十多年，很多国内客户（如华为、中兴等）都使用非常多的FPGA。去年12月，赛灵思在北京建立了研发中心，主要开展软件方面（如设计工具等）的研发。研发中心的建立，标志着我们决心把赛灵思创新的DNA植根于中国。我们的许多工程师都来自国内一流大学，他们的能力非常强。研发中心开发的FPGA设计工具，可以将大家用C语言做的设计编程植入硬件中。许多程序用C语言做设计编程非常容易，用赛灵思的FPGA将这些设计编程植入硬件也很容易，这可以大大缩短研发流程和周期。所以，以后， FPGA在中国更多的产业都将非常受欢迎。

赛灵思是全球第一家推出28nm FPGA芯片的公司。今年3月1日，赛灵思28nm芯片也宣布全球第一家开始量产。当行业内许多厂家还在犹豫是否研制28nm工艺时，我们已经开始了研发工作。早在两三年前，赛灵思已经与台积电开始合作，共同研发28nm工艺。通过这段时间的研发，我们实现了将不同器件整合到一个平台之上——HPL高性能低功耗工艺平台。现在还有很多厂家在研发28nm工艺，并遇到非常多的挑战。但是赛灵思通过一系列的创新，已经率先推出了28nm芯片。我们与台积电紧密合作，全球首次实现了28nm FPGA芯片的量产。

我们的很多客户已经开始使用28nm芯片，其中第一家获得量产28nm芯片的客户就是一家中国公司（一家世界级电信公司，名字不能直接透露，但是大家肯定能猜到）。作为赛灵思亚太地区执行总裁，我对此感到非常骄傲。以往，整个行业的发展，无论是在工艺方面还是业务方面，亚太区总是步伐较慢；然而，现在情况有了改观，来自中国的企业成为最早使用我们最精密、最尖端技术的客户。这不仅是因为赛灵思对亚太区尤其是中国市场更加重视，而且是因为这里的潜力最大。现在，随着中国的经济转型，我们的FPGA对于国内的工程师和发明者来说，是一个个非常具有吸引力的设计平台，可以帮助他们把他们的创意变成现实。

赛灵思采用28nm技术有五大产品：一个是Virtex-7 2000T 2.5D芯片，是全球容量最大的FPGA；另一个就是我们说的FPGA之外的可扩展处理平台Zynq系列；除此之外的三个我们称为“7系列”（低端的Artix-7、中端的Kintex-7和高端的Virtex-7），这三款产品采用同一工艺（28nm）和统一平台（HPL高性能低功耗平台），有两个好处。首先，工程师做设计时，可以上下迁移。需要高性能的时，可以非常容易地迁移到更高端的Virtex-7。批量生产或预算很低时，或者不需要那么高的性能，也可以迁移到最低端的Artix-7；过一段时间，需要做得更高一点，可以再迁移到高端产品去。这对于客户来说，大大节省开发成本和时间。采用不同工艺或平台，开发需要更多时间去分别测试；使用同一工艺和平台后，测试一次就行了。另外一个好处就是高性能和低功耗完美融合，这一点是我们新产品的优势。因为我们是金字塔式的目标设计平台，器件是最基础的。针对嵌入式、DSP、连接领域，我们在做领域优化；无论是市场（如无线技术、工业控制、医疗）专用，还是领域专用的赛灵思的产品，其目的都是使得工程师的设计开发更容易。

在本届全球半导体论坛上，我主要介绍了赛灵思的28nm FPGA芯片，以及赛灵思研发3D芯片技术的进展。摩尔定律使研发成本越来越高，开发一款全新的芯片往往需要1000~2000多美金，这对很多小的厂家来说根本无法承担。使用FPGA的好处在于，厂家无需担心工艺，担心该用什么样的IP，因为这些都已经由赛灵思解决了。目前除了赛灵思，其他芯片供应商很难做到，整个行业能够做到28nm芯片的厂商会越来越少。只有类似于赛灵思这样的厂商会从一开始就对芯片研发进行大量投入。刚才大会上提到的3D技术是芯片研发的另一条道路，但这项技术是需要摸索摩尔定律来做的。现在有一条路可以走，就是把不同的技术集成在一起，做成一个系统。

现在赛灵思在欧洲、北美都是行业第一，您也说赛灵思之前在亚太有所欠缺，能否具体谈谈您觉得现在还有哪些欠缺，之后赛灵思会如何填补这些欠缺？

汤立人：我们的欠缺在于对之前客户的认识还不够，也不太明白他们的需求以及对赛灵思的要求。从客户的角度来看，亚太区客户支持的积极性还不够。在我们的FPGA中，他们到底需要什么，我们之前不太清楚，所以我们在前几代产品推出时，在亚太区的推广往往是比较慢的，而且有某一些应用还不太适合。以前业内的做法都是做好产品，然后到客户那里去推广、销售；现在，赛灵思从产品定义的阶段就开始与客户密切沟通，了解他们的需求，思考如何满足他们的需求。我们在产品定义的时候就非常清楚地了解了国内厂商的需求，在新产品中为他们添加了一些定制功能。所以，当28nm芯片推出时，国内最大的厂商就迅速地应用了这款产品，成为第一家使用量产28nm FPGA芯片的厂商。可以说，这款量产芯片就是针对我们的中国客户。

今后，我们和大客户在高层沟通方面还将做更多的工作，赛灵思CEO今年第一次出国出差就是来中国，会见这里最重要的客户。现在，赛灵思对中国非常重视，以后会做得更好。为此，我被派到亚太区来，帮助这里的客户整合资源，提供更强大的服务和支持。以前产品量产的第一家客户通常都是北美厂商，但是今年不同，我们为中国厂商争取更多支持，所以这次量产芯片的第一家客户就是来自国内的厂商。这是一个非常重要的里程碑，重视亚太市场的战略也得到了包括赛灵思CEO的支持。现在，赛灵思对中国客户更有针对性，更重视中国客户的需求。

在赛灵思目前的客户中，中国客户所占的比重是多少？

汤立人：赛灵思三分之一的市场来自亚太区客户，其中很大一块是中国客户。28nm FPGA芯片量产后，这个比重可能将进一步增加。现在，赛灵思的28nm芯片处于业内领先的地位，量产后市场反响热烈，受到许多客户的青睐。预计采用28nm芯片的客户比率可以达到70%，所以我们公司也非常努力的去做。我们为自己定了一个非常高的目标，就是28nm的市场份额争取不少于70%。

FPGA的灵活性可以满足多样性的需求，赛灵思如何实现FPGA的灵活性？

汤立人：使用FPGA可以缩短产品上市时间。如果靠ASIC来做，投入大且麻烦多。用FPGA做的好处在于，采购量比较灵活——“量由你定！”，大厂商可以采购几百万个开发他们的产品，在校学生也可买一、两个做一些好玩的东西；ASIC一开始要投入几千万的美金，不管你是做一个还是几百万个。另外，FPGA还可以延长产品生命周期。产品推出以后，如果需要进行改进或升级时用FPGA来做，可以遥控把升级用软件放进去。FPGA是可编程的，用FPGA来做这个升级，产品就没有那么容易淘汰，因为系统可以不断地设计和修改。

对于现在的研发企业高层来说，最关注的就是“用最少的资源来做最多的事情”。像华为、中兴这样的大厂商能够打进全球市场，关键在于他们的产品能满足不同市场的需要。如无线网络，在国内是TD—SCDMA，今后是4G LTE，在国外则有WCDMA。它们本来需要做不同的设计来支持这些不同标准，现在只需用一个平台，如果用于国内的TD—SCDMA，用一个FPGA来实现支持；发货到欧洲，就在同一个平台来放不同的软件。这样，整个研发的投入大大减少，FPGA使厂商在一个平台做不同的创新与设计。而这个创新系统的核心平台就是赛灵思提供的，除了无线网络，我们的平台还应用于3D/LCD TV、医疗器械、航天等中多领域。

为什么这么多年下来，最后只有那么几个厂商能做FPGA？

汤立人：前几年有一个统计，过去28年里面，总共有约45家公司涉足FPGA，许多都失败了，因为这个行业的门槛非常高。做FPGA不仅是做芯片、还要做软件、做IP。做芯片已经是非常需要创新的，除此之外还要做设计工具和软件；有了设计工具和软件之后，要让它们更快上市并投入应用，必须提供一个目标设计平台（TDP），就是针对某一种应用提供平台，这个平台包括工具、软件、套件，甚至还要有参考设计。这样才能帮助客户上手即用，快速上市，因为他们不用花费精力在基础的地方，只要花精力将想法变成现实即可。我们新推出的28nm芯片有68亿个晶体管， 200万个逻辑单元，同时我们还推出了3个28nm产品套件，今后预计会有40个套件陆续推出，针对不同的市场需求。赛灵思的软件工程师比硬件工程师还多。一般公司根本不可能把那么多的资源放在一起来启动FPGA的项目，所以至今整个行业中做FPGA的也就是一两家公司。

这么说，FPGA公司同EDA公司有可能融合吗？

汤立人：FPGA可能在某一方面比EDA发展得更快。EDA主要是停留在半导体方面，赛灵思不光是半导体的公司，我们中国研发中心所做的事情，就是让那些从未设计过 FPGA 但熟悉C++或者System C的工程师，同样能够用FPGA进行设计，从而让FPGA进行设计更容易。因为学会C语言就非常容易做FPGA，而一般的工程师都会C语言，这就降低了使用FPGA的门槛。

赛灵思的创新，正在改变着半导体行业发展的游戏规则。以前大家在看FPGA是怎么入门的，怎么做设计；现在他们已经改变了对FPGA的看法，不管是用硬件来做，还是用软件来做。人们已经认识到，FPGA是一个非常适合创新的平台工具，在大学里非常受欢迎，因为FPGA非常适合学生做自己拥有知识产权的东西。国内排名靠前的几十家工科院校都有与赛灵思合作的联合实验室；国内大型的集成电路中心、基地，比如像苏州工业园区、成都工业园区，都有赛灵思的FPGA创新中心。赛灵思还将FPGA推广至在大学生中开展的全国电子竞赛。赛灵思提倡，就像当年的软件开源运动一样，开展一个硬件开源运动，为此我们专门投资了一个开源硬件社区，现在实名制的会员大概是5万人。随着Zynq_——一个集ARM、FPGA为一体的产品出来之后，它会成为嵌入式计算的发展方向，就像赛灵思与上海市人力资源和社会保障局职业技能鉴定中心合作的“计算机程序员（嵌入式FPGA方向）双认证项目”一样，政府部门都开始吧FPGA作为人力资源培训认证的一个方向。赛灵思的FPGA非常适合创新，今后会在从“中国制造”到“中国创造”的过程中，将扮演重要角色。

现在赛灵思也开始集成一些ARM的内核，集成这些硬件处理器主要有什么好处？

汤立人：今天的很多设计就是有一个处理器+FPGA，尤其是在视频技术的应用方面，现在谈到的高清技术需要处理非常多数据，光用处理器做是非常慢的，所以现在很多客户是在处理器旁加了FPGA作为加速器。什么工作是应该放在处理器方面，什么工作是放在FPGA，这个平衡现在是由设计师来定的。在二者转换的过程中，功耗、I/O接口都会增加。而Zynq把处理器和FPGA集成在一起，平衡工作就更加容易，信号不需要离开处理器再进入FPGA，减少了延迟，降低了功耗，避免了很多其他复杂的问题，而且I/O里面也是有限的处理器跟FPGA的整合，如果把它放在一起，处理器旁边有非常多的FPGA容量，它们可以担当很多不同的功能。很多以前没有想过用FPGA的厂商，开始直接用FPGA上市，他们的数量非常多，对赛灵思的产品也很期待。这次全球半导体论坛期间，赛灵思不断地接待各类厂商，因为他们对赛灵思的产品非常感兴趣。

今天来与赛灵思洽谈的厂商，主要的需求是什么？

汤立人：他们都是我们的同行。赛灵思在供应方面是行业领跑者，28nm芯片，从流片、量片到量产，我们都是属于全球第一。他们看到我们产品领域的优势，可以一同走到最前端，所以他们对我们发展的过程有兴趣。与赛灵思交流的厂商既有国内公司也有国外公司，大家不仅对我们的产品，甚至对我们在行业里面的工作模式都非常有兴趣。赛灵思也非常乐意帮整个行业实现28nm的应用，量一旦做起来了成本就会降低，这对整个行业是好事，大家一起持续发展。接下来，怎么实现3D技术，我们与同行交流，可以了解他们有什么需要，下一步会怎么走，28nm芯片如何应用。此外，赛灵思还与代工厂商密切合作，比如我们与台积电已经共同造出了一些IP，包括像3G技术、高性能低功耗的工艺技术等。有一次我们发布一款3D芯片技术平台时，邀请台积电的研究发展资深副总经理蒋尚义和我共同发布。之后，好几家公司也开始跟台积电进行合作，这就是双赢。
赛灵思一直主张平台概念，我们提供的不仅是芯片，还包括设计工具、IP，厂商拿到的是赛灵思提供的平台的系统，这个系统是全面领先的。赛灵思帮助厂商将可编程逻辑技术做成了可变成系统集成。

3D IC技术是属于封装级别的技术吗？

汤立人：传统来说算是，我今天演讲时提到，赛灵思做设计，接着台积电负责生产，然后Amkor做3D封装，这是非常传统的流程，我们对生产芯片的厂商给予大力支持。虽然台积电这样的生产厂商一直想将“生产+封装”的垂直集成模式，改变传统流程，但是业界并不愿意看到这样的改变。在这个行业里，一个FPGA内包含的所有应用都在台积电生产的FPGA芯片中，也可能放其它厂商的应用，比如一个是台积电的芯片，另外一个是三星的芯片，还有东芝的芯片，都可以放在一起。那谁来做封装？任何一家厂商不可能生产其它厂商的芯片，对方也不允许他们这样做。所以，传统模式中有专门的封装厂商。这种模式的优势在于，封装厂商可以将不同的芯片集合在一起做成封装。为此，赛灵思在大力支持芯片生产厂商的同时，也会支持封装基板厂商。这不仅是因为他们投入也非常大，还因为我们要支持传统的研发、制造、封装分开的模式。

在传统模式中，赛灵思只关注设计，但是现在我们也在改变。虽然我们没有芯片厂，但是我们有非常多的封装工程师和流程工程师，我们也要走出传统的模式，我们会多投入资源跟生产厂商合作开发技术。不过，厂商希望我们能先开始研发，把技术做成熟了，再让它们跟进。我们对此能够接受，因为我们能更快地进入市场。虽然我们为他们做了许多的工作，但是这个IP还是属于他们的，我们不去控制他们的IP；我们可以早一点生产，要求它们的产品达到我们对工艺的要求，但最后的IP属于他们的。我们只要求它们在最初的一段时间内不能将赛灵思的技术运用于我们的竞争对手，等过了这段时间以后，他们可以适当用一些。

既然行业不希望一个代工厂做垂直集成，那赛灵思会不会将生产交给其他代工厂呢？

汤立人：会的。3D IC是最有趣的事情，如果按摩尔定律来走，只有少数几家厂商可以做到，很多其它厂商都放弃是因为它们根本没办法追上少数的那几家厂商。3D技术的推出可以改变这种情况，因为封装的中介层并不需要最好的技术，上面的FPGA是用28nm芯片，下面的中介层是65nm芯片，这在技术上差了两代，一般的厂商就可以做了。在这个大环境下，许多厂家都跟赛灵思一样，希望看到不同的机会。使用3D封装，可以给更多厂商提供更多机会。摩尔定律和3D封装可以一起做的。

你觉得使用代工厂商和自行研发哪个在3D工艺开发上更容易成功？

汤立人：两个都有优点，也有需要改善的地方。自行研发的方式比较灵活，我们可以多加一下自造的芯片在上面；使用代工厂商的整个流程比较简单，也有竞争力。所以，我们两边同时在做。赛灵思对28nm芯片的市场份额期望很高，预计将超过70%。2011年3月我们推出全球第一款推出28nm产品，到今年2月我们已经获得10亿美金的设计采纳，也就是说从发样片到量产前的不到11个月内，我们就达到了10亿美金的设计采纳。这是业内第一次用这么短的时间就拿到这么好的业绩。现在无论在业务还是可靠性方面，我们都比原计划要快，有些可能研发可能要快三至四个月左右。不少客户反应比较慢，等赛灵思推出新产品之后，它们才知道要加快步伐。

赛灵思的工具会给工程师的设计带来什么样的变化，或者说能够起到什么样的帮助作用？

汤立人：针对FPGA，赛灵思提供了许多支持的工具，其中有一款叫ISE的设计套件，目前我们也在进行更新，很快就会推出下一代的工具，将来都会嵌入到FPGA里面。团队的设计可以在不同的地方同时进行，设计成果可以复用，这对提高设计生产率等都有很大的帮助，未来我们还会做更多这方面的工具。

赛灵思每年在创新方面的投入是4亿美金，4亿美金除了赛灵思自身的研发投入，还包括对生态伙伴的投入。另外，我们还对赛灵思大学计划（XUP）有另外单独的投入，资助全球高校的教学和研发。创新是赛灵思的DNA，我们就是创新的源泉，我们的创新引领这个行业的创新，我们每天在想如何引领工程师来改变这个世界。中国不缺人才，政府也鼓励创新，赛灵思FPGA是最适合进行创新的平台。我们要把创新的DNA植根在中国，引领中国实现中国“智”造，这是赛灵思对中国的承诺。

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3DIC在Xilinx的产品中已有应用，这个技术将助Xilinx拿到更多的市场份额，altera在这方面也有跟进