Model fabless na rynku ASIC

Rynek ASIC podzielony jest na wiele segmentów, z których przez lata największymi były układy zbudowane z komórek standardowych oraz matryc bramkowych. Na horyzoncie pojawiły się także rozwiązania strukturalne, które według producentów, łączą zalety wyżej wymienionych typów. Różne jest także tempo wzrostu poszczególnych segmentów. O ile matryce komórkowe nadal generują wzrost, to rozwiązania typu matryc bramkowych stopniowo przegrywają konkurencję ze strukturalnymi ASIC. Te ostatnie stanowią dziś rynek warty łącznie ok. 150 mln dolarów (iSuppli). Jest to jednak dużo poniżej oczekiwań i takie firmy jak LSI czy NEC zdecydowały się zaniechać inwestycji w tę technologię.

Niepewny rynek

Pojawiają się głosy, iż rynek może stanąć na krawędzi recesji, jednak wydają się one być przesadzone. Niemniej jednak, firmy dostrzegają ten trend i liczba produkowanych układów w tej technologii maleje. Według analizy firmy Gartner, liczba uruchomionych projektów ASIC w 2007 r. wyniosła 3275, co oznacza spadek o 4% względem roku poprzedniego. Dla porównania, w połowie lat 90. rozpoczynano pracę nad ok. 10 tys. układów ASIC rocznie. Także pod względem adaptacji nowych technologii branża zachowuje się dziś ostrożniej. O ile w czasie największej popularności układów ASIC producenci chętnie korzystali z najnowszych generacji procesowych, to dziś tylko ok. 200 nowych projektów rocznie rozwijanych jest w wymiarze charakterystycznym 65nm i mniejszym. Za ten stan wini się przede wszystkim wysoki koszt opracowania architektury dla kolejnych układów ASIC oraz silną konkurencję ze strony układów ASSP (Application-Specific Standard Product). Wysokie wydatki na opracowanie i weryfikację układu oraz wyprodukowanie masek, przy obecnej kondycji rynku półprzewodników sprawiają, iż popyt na te rozwiązania się zmniejsza.

Mimo spadku liczby wprowadzanych układów, obroty na rynku nie powinny jednak maleć. Wzrost będzie generowany przede wszystkim większymi nakładami układów wprowadzanych na rynek oraz wyższymi zwrotami. Mimo tego większość analityków jest zdania, iż kondycja branży jest rozczarowująca. Sytuację tą odczują przede wszystkim najwięksi gracze, jak LSI, Fujitsu czy NEC. Wiele z tych firm cierpi z powodu niskiej sprzedaży układów ASIC, a część powoli wycofuje swoje zaangażowanie w ten rynek. Analitycy nie są jednak zgodni, jak sytuacja na rynku odbije się na mniejszych firmach, realizujących model biznesu typu fabless. Wiele z nich znalazło swoją niszę na rynku i wydaje się, iż problemy branży nie dotkną ich w tak dużym stopniu. Mimo iż nadal ok. 90% rynku należy do firm typu IDM, to jednak udział firm fabless może w przyszłości wzrosnąć. Nie tylko mniejsze firmy, na przekór trendom rynkowym, osiągają dobre wyniki, ale też i część dużych graczy planuje przejście na model działalności tego typu. Tego typu firmy znacznie wzrosły w siły. Części z nich udało się pozyskać zainteresowanie inwestorów, inne natomiast znacznie zwiększyły konkurencyjność swoich produktów.

Propozycje eASIC

Przykładem firmy typu fabless działającej z powodzeniem na rynku ASIC jest eASIC (USA). Firma ta ogłosiła w marcu, iż udało jej się pozyskać od inwestorów sumę 48 mln dolarów, co sprawia, iż firma obecnie posiada łączny kapitał równy 80 mln dolarów. Przedstawiciele eASIC zapowiadają, iż kwota ta będzie przeznaczona na rozwój własności intelektualnej firmy oraz pracę nad następną generacją produktów. Firma jest zaangażowana w produkcję układów w procesie 65nm przy współpracy z Fujitsu (Japonia). Elementy te wytwarzane są w spółce joint venture założonej przez japońską firmę przy wykorzystaniu narzędzi „direct-write e-beam”.

Ok. 35%-40% biznesu eASIC dotyczy współpracy z producentami wykorzystującymi układy ASIC firmy w połączeniu z własnymi rozwiązaniami. Przedstawiciele firmy twierdzą, iż produkty przez nią oferowane mają przewagę cenową oraz w poborze mocy nad standardowymi ASIC oraz FPGA. Firma w 2006 r. wypuściła na rynek układy strukturalnych ASIC wytwarzane w procesie 90nm, które według zapewnień, charakteryzują się zerowymi niepowtarzalnymi kosztami projektowania.

Nowe technologie Open-Silicon

W 2006 roku 75% akcji producenta ASIC typu fabless, firmy Open-Silicon Inc. (USA), kupionych zostało przez bank Bahrain's Unicorn Investment. Wartość tej transakcji szacowana jest na 190 mln dolarów. Wcześniej, w marcu 2006 r., firmie udało się zgromadzić ok. 10 mln dolarów środków typu venture capital. Pozwoliło to m.in. na przejęcie własności intelektualnej upadającej firmy Zenasis Technology. Według przedstawicieli Open-Silicon, zakupiona technologia pozwala firmie na zoptymalizowanie układów ASIC pod względem wydajności, poboru energii oraz wymiarów. Przyczyni się także do krótszego czasu wprowadzenia układu do sprzedaży. Pozwoli to klientom firmy na większe zróżnicowanie swoich produktów bez dużych nakładów kapitału oraz czasu, charakterystycznych dla standardowych ASIC. Większość narzędzi projektowych pozwala na analizę układów ASIC na poziomie komórek oraz architektury fizycznej. Natomiast technologia zakupiona przez firmę umożliwi dodatkowo optymalizację na poziomie tranzystorów. Znajdzie to zastosowanie szczególnie w przypadku układów ASIC z wbudowanym procesorem typu embedded, jako iż pozwoli na znacznie wyższe ich taktowanie. Może to się odbić na większym zastosowaniu układów ASIC w aplikacjach typu video lub komunikacyjnych.

Open-Silicon w zeszłym roku przedstawił technologię produkcji masek, która pozwala na zmniejszenie ich ceny o połowę. System ten zakłada wytrawianie krzemu za pomocą maski zawierającej kilka wzorów jednocześnie. Według producenta, pozwoli to na wyprodukowanie fotomaski dla technologii 90-nm w cenie elementu wykonanego dla wymiaru 130nm. Może to przełożyć się na cenę układów ASIC, jako iż koszt wykonania maski był jednym z głównych powodów dla rosnących cen tych elementów. Koszt maski w wymiarze charakterystycznym 65nm wynosi ok. 1,5 mln dolarów, jednak przy procesie 45nm suma ta jest dwukrotnie wyższa. Zmniejszenie tych kosztów zadowoli przede wszystkim klientów zainteresowanych produkcją ASIC w małej lub średniej skali. Open-Silicon współpracuje z Samsung, SMIC, Tower, TSMC oraz UMC przy wytwarzaniu swoich układów, jednak nie zdradziła, który z producentów planuje zastosowanie technologii opracowanej przez firmę.

Hybrydowe ASIC

Rozwinięciem strukturalnych elementów są hybrydowe ASIC opracowane przez ChipX. Według zapowiedzi producenta, pozwolą one połączyć wydajność oraz niski koszt standardowych rozwiązań z zaletami strukturalnych ASIC, jak niepowtarzalne koszty projektowania układów oraz krótki czas wprowadzenia wyrobu na rynek. Hybrydowe ASIC łączą w sobie logikę opartą na komórkach standardowych, układy wejścia/wyjścia oraz pamięć tylko do odczytu z konfigurowalną logiką w rdzeniu opartym na technologii strukturalnego ASIC oraz pamięcią zapisywalną. Klient firmy może zdefiniować, jakie funkcję mają być uwzględnione w programowalnej części układu, co pozwala na łatwiejsze dokonywanie w nim zmian w przyszłości. Według zapewnień producenta, oszczędności przy opracowywaniu architektury nowych linii układów mogą wynieść nawet do 300-500 tys. dolarów, natomiast oszczędność czasu to 2-3 miesiące. Typowym zastosowaniem tej technologii mogą być aplikację szyfrujące, gdzie architektura układu pozwoli na szybką modyfikację użytych metod szyfrowania oraz kompresji.

Podsumowanie

Przed branżą stoi wiele wyzwań, aby układy ASIC stanowiły tak dynamiczny rynek jak to miało miejsce jaszcze klika lat temu. Aby jednak to nastąpiło, producenci muszą oferować rozwiązania o niższej cenie oraz krótszym czasie rozwoju oraz wprowadzenia na rynek. Pozwoli to wykorzystać główną zaletę ASIC, jaką jest możliwość zróżnicowania produktów pod względem sprzętu. Mimo iż firmy IDM nadal są dominującą stroną na rynku, to jednak ze strony mniejszych graczy także pochodzi wiele innowacyjnych rozwiązań i wydaje się, że ten typ działalności jest w stanie zapewnić zyski mimo niepewnej sytuacji na rynku.

Jacek Dębowski