IC 的基本成本觀念

過去我常常在我的技術文章提到有關一些IC （常見的是一般通用型MCU ）的基本成本觀念。

尤其是這兩個名詞：Core Limited 及Pad Limited 。

雖然我不是搞IC 設計出身的，但我想以我們做系統應用的工程師來說：

還是要有一些基本的IC 常識可能會比較好一點，如此對我們在選用IC 上會有一些幫助吧。

其實，我當初進入IC 設計時，算是很早期了，那時國內IC 設計人才還不太夠，

而且那時IC設計的技術門檻也還沒現在整合度這麼高，所以，一般如果您想轉換跑道學

IC 設計工作，有些公司都還會很樂意的接受您的挑戰，也會讓您有機會學IC 設計工作的。

但那時，我稍微去研究了一下整個IC 設計工作的流程，我就毅然決然的不想去學IC 設計了。

以前我在學校做的研究工作就事跑數值分析模擬的工作...常常得依賴大量的電腦運算能力。

我當初到IC 設計業時，那時IC 設計業也都得靠Workstation （工作站）來進行IC 設計工作。

我當時直覺就覺得：這樣子的工作性質，可能會因為許多人在資源分配上會有一些爭端。

況且，這樣子大量的依賴硬體資源或是許多後段工作的配合，也會造成這樣子的工作性質

也只能侷限在一些某些特定的公司或是一些特殊的關係上才能真正實現產品的開發完成。

對我這一種喜歡天南地北胡思亂想，甚至動不動想做個簡單的創意產品設計的人來說：

這一種產品開發環境的條件絕對不是我想要做的事！....果然沒錯，這幾年下來，

整個IC 設計業趨勢越走越集中，沒有錢、沒有資源甚至沒有後段公司或相關晶圓廠支持，

就算您有優異的IC設計能力，有很好的產品創意...您大概也只能在園區那幾家

大型的IC設計公司才有機會一圓產品開發夢想吧！反到是：因為幾年半導體業的發展

創造了許多系統應用規格與種類的IC 讓我們做系統應用端的人有更多的選擇機會，

反而讓我們做系統應用端的產品開發有更好之解決方案的選擇優勢！

簡單來說，光一棵標準的8051 來說：就有好幾家類似的8051 可以選擇，

您要OTP、要Flash 的..甚至要支持A/D 或是USB 介面功能的等等...就有很多選擇。

您不喜歡8 bit 的，都還可以換ARM 32 bit 的～甚至還有一些非標準的SOC 讓您挑！

完全就看個人系統應用設計功力的展現...您不喜歡哪一家供應商，您還可以隨時換掉，

永遠有更好，更便宜的選擇...我就一直覺得我自己的系統應用產品都做不完了。

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好了！

就這一些簡單的產品開發設計的想法，就回頭看一下這一些IC 設計上的基本觀念，

跟我們在系統應用上的解決方案的選擇上，有何關係？

首先我們來看一下，什麼是Pad Limited :

（聲明一下：畢竟我也不是很專業的IC 設計人員出身的...如果我在這一邊有一些說法

不是很正確的，或是有錯誤的地方，也希望有比較專業一點的人員可以幫我補充一下！

當然啊...IC 的價格還是跟他們使用數量的經濟規模有關的啦，我這邊指的例子，

還是一般基本概念而已！

謝謝！）

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以下這一張圖就是一個IC 設計上所謂Pad Limited 的示意圖：

就以簡單的一棵MCU（單晶片微控器）來說，他就一些基本的微控器本身的核心，

譬如是8051 或PIC 等所構成的邏輯電路（包括什麼ALU，暫存器或是什麼中斷處理器...等！）

然後還有一些ROM 或很基本需求的RAM...當然啊...還需要一些簡單的電源或是Reset 回路。

當然，這一些功能之外，最重要的：就是要有一些I/O 控制腳位，沒有這些控制腳位，

這一棵MCU 就沒啥用了...好了，以前IC 的半導體製程沒那麼進步，

都還是那種什麼0.5 um製程，甚至還是什麼0.8um 還有那個1.0 um 的～

所以上圖中的那一些RAM啊～ROM啊 ～等核心電路面積就很大，

就可能長成下圖中的那一種Core Limited 的樣子...（這一部份待會兒再解釋！）

但現在IC 半導體技術進步了，中間電路面積縮小了...但相對的I/O Pad 就因為某種原因

就不能跟著縮小（圖中藍色方塊部分），譬如驅動電流的要求啊或是ESD 的要求等。

就造就這樣子的Pad Limited 的IC 長相...只塞了幾個I/O Pad 就滿了！

所以，您們就會知道：為何現在會有那一種只有8 pin 甚至只有6 pin 的MCU 了！

因為他已經不能再塞I/O ...多塞了I/O ，中間就會有沒用到的晶圓面積（空白），

那就是浪費了～因為台積電或聯電才不管您一片12 吋的晶圓塞多少IC？

他一片晶圓代工費是固定的。...塞越多當然平均單價就便宜啊。

所以越高階製程就會帶來成本競爭優勢，但當然啊，越高階製程的代工費也高！

那我們來看：因為8051 與PIC 的架構不同，所以我們很明顯的可以看到PIC Like

這一類所謂RISC （精簡指令）架構的MCU，他中間的邏輯電路就變得更小了。

當然啊，這幾年人家也把傳統的8051 也改成RISC 架構，又因為現在Flash 製程的成熟，

就連這些MCU 所要用到的Flash ROM 也變得很小...當然這些Flash ROM 的大小

也牽涉到整個IC 面積大小，這些IC 設計公司就會調適配合的Flash ROM 或RAM Size ，

讓整個MCU 的面積達到一個I/O 與IC 本身面積大小的最佳經濟效益。

所以，我上回來舉例說：當您選擇一棵比較多一點IO 的MCU 時，他也可能伴隨著

FLASH ROM 或RAM Size 變多的！因為還是得把中間的邏輯電路塞滿了。

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好了...後來呢，IC 設計業就開始興起所謂的SOC (System On Chip) 風潮，

當然也是IC 半導體製程的快速躍進，使得中間邏輯電路的大幅縮小，

就可以塞進各種"死人骨頭"（台語）...不是啦！很多業界標準的邏輯或標準電路。

譬如我們常見的PLL （用來提高工作頻率的倍頻電路）還要處理影音資料處理的DSP，

或是USB （SIE） 回路...甚至還要一般記憶卡介面等等....

然後呢？由於IC 半導體製程升級，帶來的就是操作時頻也一直提升，從原來的

幾個MHz 到十幾...幾十MHz，甚至一路飆到一百MHz ...幾百MHz 的～

所以，許多周邊電路或零組件就開始採用Serial 來取代傳統的Parallel 介面，

帶來就是I/O 數的減少...那省下來的I/O 就又拿來支援像記憶體或是DRAM 這一種

吃I/O 吃得很凶的周邊元件，結果為了支持這一些記憶體或DRAM 又要增加控制介面的

邏輯電路空間（甚至都要支持DMA 或是Cache  功能）...

一路下來，IC 越長越大，越複雜---還真的是SOC 了，但相對的於整體IC 的驗證與

功能完善的應用系統平台的建立，就更需要額外的人力與資源的配合了。

所以能玩這種IC 的公司就得更要有雄厚的資金基礎，否則還真的燒錢如流水了。

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從以上的分析，我們可以看到一般的IC 都有其優點或是其不可避免的包袱，

所以，我們一時是很難斷定說：怎樣的IC 架構，如Pad Limited 比較好呢？！

還是Core Limited 的IC 就夠比較好？！對IC 應用市場來說：量大的就是王道！

Pad Limited 當然是小而美，但有時功能與應用市場不能匹配，也不一定衝出量來。

Core Limited 包山包海...對系統應用者來說：當然是多多益善，

但對於IC 原廠的成本掌控就有可能大而不當，失去應有的市場價格競爭力，

所以，我們也常常聽到說：明明有很好架構的IC 卻賣不到一陣子之後，就宣布停產...

就有可能殺價競爭之後，就不得不退出市場，畢竟虧錢的生意是沒人做的。

尤其IC 設計是高投資、高度人力資源的集中表現...過低的毛利率是無法回收的。

您看電子五哥的保三保四大家還是搶著做...您說IC 設計業，毛利低於20 % 的

那鐵定會被員工或股東...甚至被市場給唾棄的啦，畢竟賣IC是賣零組件，賣元件的。

產品單價是很低的...沒有量大或毛利是無法維持公司運作的。

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但無論如何，這些IC 設計的基本設計上的成本遊戲規格是很現實與實際的，

市場或是客人才不會管您IC 裡面要塞什麼咚咚...甚至您公司要爆肝要燒錢如流水，

才沒有人會鳥您...因為畢竟端終市場要的還是完成應用系統完善後的完整成品。

所以，以我們做系統應用開發的工程師來說：當然有好的IC 給我們用，當然多多益善，

以前IC 設計公司少，產品規格與性能乃至於產品特色壁壘分明，

對一般系統應用者來說：也沒啥好選擇的...該給您貴，該讓您賺的，我們沒話講。

但不好意思：現在的單純IC 的應用主流市場其實已經不多了，像多媒體啊、PC 或是

消費性市場等，大概您看得到，或是您想得有量又可以做的...

大概都是一缸子的公司或人在做！所以就造就了類似與功能相仿的IC 實在太多了。

反而讓我們搞系統的在IC 的解決方案的選擇上更是得心應手。

過去都還有可能會因為用了哪一家IC 之後，深怕被這些IC 廠給掐住脖子。

但是現在許多應用市場端，客人與市場的喜好口味是一直在變，反而不懂得

隨機應變的公司才會真正被市場給淘汰...那就以上我們的分析，

您覺得以哪一種產品開發作法：以IC 設計的SOC 來看，或是應用系統開發來看。

哪一種的市場反應能力比較快呢？！...或許，應該會有許多答案是值得我們深思的吧！