Развитие микроэлектроники. Решаем ли мы реальные проблемы?

Область маркетинговых исследований различных направлений применения микроэлектронных систем всегда имела огромное значение в мировой практике. На базе таких исследований, с помощью обработки статистических данных, полученных в результате анализа рынка, то есть объёмов спроса и предложений, создаются рекомендации по направлению развития компаний микроэлектронной промышленности, переориентированию их научного и инженерного потенциала, их внутренней политике, вложению собственных средств компаний и привлечению инвестиций извне и. т. д.

Нам кажется, что каждому читателю журнала будет интересно узнать как видят будущее европейской и мировой микроэлектроники наши коллеги за рубежом.

Одной из независимых компаний, занимающихся маркетинговыми исследованиями, оценкой и анализом рынка микроэлектронных изделий и программных средств систем автоматизированного проектирования, является компания DATAQUEST Europe. Мы хотели бы предложить Вашему вниманию выдержки из доклада одного из ведущих специалистов этой компании г-на Джеймса Тулли (Mr. James Tully). Доклад г-на Тулли содержит попытки обобщения результатов исследования рынка за несколько последних лет и иногда носит юмористический характер (например, вывод формулы функции выпуска изделий на рынок). Но давайте посмотрим как же наши коллеги умеют извлекать ту необходимую долю истины из шутки.

Можете ли Вы представить себе микроэлектронную промышленность пятнадцать лет назад? Мы с Вами были свидетелями множества изменений и новаций. А можете ли Вы представить себе как будет развиваться мировая микроэлектронная индустрия в конце нынешнего и начале будущего столетия? Я полагаю, что важность такого вопроса неоспорима для любой микроэлектронной компании и вообще для любого специалиста, кто смотрит в будущее.

За последние 15 лет были найдены решения множества проблем и задач. Но решаем ли мы реальные проблемы, стоящие перед микроэлектронной индустрией? Что же изменилось и как? Я считаю, что всегда интересно проследить за изменениями, поскольку они являются основой прогресса в любой области науки и техники.

Любые статистические и экономические исследования в таком вопросе должны служить основой для выводов о том, следует ли Ваша компания и ее разработки основным тенденициям изменений и развития рынка микроэлектронных изделий и как сделать так, чтобы Ваши разработки всегда пользовались спросом на этом все более прогрессирующем рынке.

Я бы хотел остановиться на европейском рынке микроэлектронных изделий и проследить тенденции его роста и падения в различных сферах применения микроэлектроники.

Рис. 1 показывает относительный объём инвестиций в различные сферы микроэлектронной индустрии, сделанных в 1995 году. Сфера телекоммуникационных разработок занимала основное место в этих инвестициях и составляла около 40% от их общей суммы. За ней следовала сфера производства устройств обработки данных.

Следующая схема (рис. 2) показывает предсказания роста или снижения объёма инвестиций в каждую из обозначенных выше сфер в период до 2000 года. Опять же сфера телекоммуникационных услуг и разработок останется одной из важнейших и перспективнейших для инвестиций, но ее настойчиво догоняет сфера применения прикладных разработок микроэлектроники в автомобильной промышленности. Итак, относительный рост европейского рынка микроэлектроники может быть достигнут в вышеназванных областях. Все остальные сферы испытают незначительный спад инвестиций.

Давайте проследим тенденцию расширения рынка применения микроэлектронных разработок в сфере телекоммуникаций в Европейских странах. Все страны становятся все более и более "открытыми", что позволяет все новым и новым компаниям участвовать в телекоммуникационном рынке, открывать его новые области и неуклонно расширять его сферу. Это ведет к возрастанию запросов пользователей и покупателей, что привносит существенное изменение тенденций в эту область микроэлектронной индустрии. Основным направлением развития в области телекоммуникаций станет удовлетворение потребностей широкого круга пользователей. Большинство таковых продуктов станут привычными в наших домах. Каждый знает как важна цена изделия, его дизайн, простота применения, размеры, потребляемая мощность для приборов ежедневного применения. Уже сейчас люди покупают модемы по их расцветке. Модемы! Все эти факторы становятся превалирующими в новых проектах компаний-производителей.

Повышение мобильности ведет к требованиям по уменьшению физических размеров, что требует новых технологических решений, например, использование MCM-технологии и т. д. Проблема уменьшения потребляемой мощности сегодня одна из наиболее популярных в микроэлектронной индустрии. Расширение области применения телекоммуникационных устройств существенно зависит от их возможностей, что привносит новые дополнительные требования к проектам.

Что же можно сказать о применении микроэлектронных изделий в автомобильной промышленности? Сегодня Европа становится мировым центром по разработке автоэлектронных изделий. Уже сейчас большинство моделей автомашин оснащается современной электроникой. Этот показатель в Европе значительно выше, чем в неевропейских странах. Также как и на телекоммуникационном рынке, наиболее существенный фактор здесь - запросы пользователей. Лицо товара и его эффективность - наиболее важные факторы при его покупке. Необходимо отметить, что все полнее и шире становится и законодательная база европейских государств в части разработки и применения различных электронных систем для обеспечения безопасности на дорогах и сохранения окружающей среды. Этот факт значительно влияет на стандартизацию микроэлектронных разработок в этой прогрессирующей сфере микроэлектроники. Это также верно и для рынка телекоммуникационных разработок. Здесь государственная законодательная база, помимо вышесказанного, направлена и на унификацию технических решений.

Итак, существует ряд совместных аспектов для этих двух сфер применения микроэлектронных изделий. Что же касается разработки проектов, существуют ли какие-либо общие аспекты и правила в этой области? Определенно да. Все мы часто встречаемся со следующей ситуацией: группы проектировщиков часто расположены в разных местах, а зачастую и в разных странах. Что же было причиной все растущей децентрализации? Иногда такое происходило при приобретении одними компаниями других, а иногда - из-за экстремального недостатка инженеров. Это означает, что Вы должны использовать тех, кто подходит для выполнения проекта, вне зависимости от того, где он находится. "Распределенные проекты" - это тот вид работ, который всегда труден для управления и требует особых условий для совместимости инструментариев САПР и других системных решений. Наряду с вышесказанным, "распределенные проекты" должны быть конкурентоспособны и находить своего потребителя в кратчайшие сроки. Все современные разработки микроэлектроники весьма сложны и характерны наличием как оригинальных, так и стандартных технических решений. Например, все мы успешно используем уже разработанные системные конструкции, встроенные в новые проекты (встроенные системы), что означает зачастую, совместное проектирование программного обеспечения и аппаратных средств. Также не секрет, что ряд технических проблем все еще не нашел своего оптимального решения. Например, попытка решения проблемы электромагнитных излучений вызывает интерес у каждого, в частности, опять же и по причинам соблюдения требований законодательства. И еще потому, что множество изделий, произведенных в Европе не могли бы быть разработаны без внимания к этому вопросу. Здесь можно привести в качестве примера сотовые телефоны, но это далеко не единственная область, где данная проблема успешно решается. То же самое можно сказать и о проблеме уменьшения времени выпуска изделия на рынок.

Сейчас мы все знаем, что все больше и больше функциональных возможностей изделия должно быть помещено в кремний. Но мы также помним, что Европа не основной регион в области разработки интегральных схем. Фактически, европейские компании представляют менее 10% участников мирового рынка полупроводниковых изделий (рис. 3). Это объясняет тот факт, почему очень немногие из стандартных видов интегральных схем были разработаны в Европе. Также, число разработок заказных микроэлектронных схем здесь значительно меньше, чем оно могло бы быть в отношении к общим объёмам продаж на мировом рынке микроэлектронных изделий. Все это приводит нас к одному заключению, которое не может быть незамечено: Европа - это регион, где больше разрабатываются системные решения или оборудование, но не регион разработки интегральных схем. Что же это значит? Это значит, что европейские компании более сконцентрированы на разработке прикладных системных решений, например разработке систем разводки на кремнии. Это объясняет к примеру тот факт, что в Германии Вы найдете наивысшую во всем мире концентрацию компаний, занимающихся разработкой пакетов САПР, связанного с проектированием топологической разводки, а также разработкой печатных плат (PCB design).

Проектированию заказных схем в Европе также уделяется большое внимание. Способность выполнять схемотехническое проектироваиние параллельно с механико-электрическим проектированием (ко-дезайн) является неоспоримым достижением европейских разработчиков. То же относится к аппаратным и программным средствам. Ярким примером таких ко-проектов может служить разработка устройств печати - принтеров. Также европейские компании уделяют значительное внимание разработкам библиотек и управлению процессом проектирования.

Особую нишу среди различных направлений микроэлектронных разработок в Европе занимает цветное телевидение. На рис. 4 вы можете видеть основные этапы разработки и выпуска на рынок новых поколений цветных телевизоров. Прямые, выделенные красным цветом, составляют критический путь разработки проекта. Вы можете наглядно видеть, что основным этапом, находящимся на критическом пути, является механическое проектирование, а не разработка и моделирование электронной базы устройства. Даже если Вам удастся уменьшить время, отведенное на разработку и моделирование электронной базы, до нуля, это ни на минуту не ускорит дату полного окончания разработки, моделирования и тестирования всего проекта.

Итак, как же мы можем уменьшить время выпуска изделия на рынок? Введем функцию TTM (time-to-market), минимум которой и даст нам оптимальное решение этой задачи. Как же мы найдем точку TTM_min, которая является функцией ряда различных переменных - электронных, программных, механических и других этапов проекта? Хорошо, будучи эрудированным инженером, Вы уже, вероятно, составляете уравнение для нахождения минимума? Пожалуста, не беспокойтесь. Я уже сделал это за Вас. Вот оно (см. рис. 5).

Как вы видите, функция TTM_min является переменной и зависит, помимо прочего, от времени. Причем вторая производная данной функции по времени равна 0. Оператор j, помещенный в начале уравнения находится там для того, чтобы напомнить нам о том, что вся идея уменьшения выпуска изделия на рынок - мнимая величина, а t здесь - время выпуска изделия на рынок. Я не собираюсь выполнять оценку TTM_min. Фактически, я собираюсь оставить это вычисление для Вас в качестве домашней работы. На самом деле, я предпочел бы рассмотреть более реальную ситуацию. И задать вопрос - как компании реально достигают уменьшения времени выпуска изделия на рынок? Организация всего процесса работ является очень сложной системой. Рис. 6 показывает одну из возможных ситуаций, которая вполне типична как для микроэлектронной европейской компании, так и для компаний всего остального мира.

Существует ряд функциональных зависимостей, как внутри самой компании, так и вне ее (отношения с поставщиками, субподрядчиками и т. д.) Мы видим, что сама по себе организация проекта разработки может состоять из целого ряда взаимных связей, часто разбросанных по всему миру, поскольку, как правило, небольшие компании не могут найти достаточного количества знающих инженеров. Исходя из этого, каждый из сегментов схемы очень важен. Но связи между ними (линиии со стрелками) становятся критически важными. Так что хорошая системная интеграция абсолютно необходима, и вот почему. Ясно, что программное обеспечение - очень важный фактор. Вы не можете ничего сделать без пакета программ. Но программы не проектируют сами. Проектируют люди. И эти люди, способы их общения и взаимодействия - реальный ключ к успешной разработке проекта. Это должно быть коллективным усилием. Это и составляет основной базис совместной (параллельной) инженерии, которая является единственным способом разрабатывать продукты быстрее и лучше. Так что нам нужна более тесная интеграция.

Давайте подведем итоги сказанному.

Европейская электронная индустрия проходит через период перемен. Адаптация под конечного пользователя во всех ее проявлениях становится ведущим фактором возрастания объёма продаж и инвестиций в микроэлектронной промышленности. Возрастает роль человеческого фактора, что должно привести к развитию тех областей управления процессом проектирования, которые непосредственно связаны с проблемой организации процесса разработки. Мы видим, что сегодня Европа - регион, в основном имеющий хороший потенциал и опыт разработки проектов на аппаратном уровне, хотя устойчива и тенденция продвижения в сторону разработок "проектов на кремнии". Вопросы же, которые касаются проектирования оборудования, механических, программных и других неэлектронных функций, становятся все более и более важными и могут находиться на критическом пути каждого проекта. Решение данной проблемы состоит в улучшении систем интеграции и взаимосвязи.