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電子 程導論與專業倫理 IC設計領域與產業介紹 Tsung-Chu Huang (黃宗柱 ) 2011/10/06 T 305@NCUE
Outline Ø 本系系統晶片設計(So. C)領域(組)簡介 Ø 電子產業發展史– 以IC設計業為例 üIC設計產業歷史背景 Ø IC設計與製造流程 üIC設計業與上游供應商 üIC設計與下游價值鏈 Ø 全球與台灣主要IC設計相關產業概況 üIC設計產業特性 üIC產品應用領域與IC設計主要競爭者 ü台灣IC設計產業:現況與挑戰 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 2 NCUE EDA
電子系暨電信所領域分組
電子系暨電信所 電子 程學系在職碩士班 系統晶片設 計領域 光電與半導 體領域 電子 程學系學士班 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang (進修部 ) 微波與半導 體領域 電信 程所 微波與半導 體領域 (大學部 ) 4 NCUE EDA
師資介紹 黃其泮 老師 國立彰化師範大學電子 程學系副教授 台灣科技大學電子 程博士 專長 : 知識系統、即時驗證、調適型計算機系統、分散式系 統 開授課程 : 數位邏輯設計、計算機概論、計算機組織、嵌入式系 統 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 5 5 NCUE EDA
師資介紹 黃宗柱 教師 國立彰化師範大學電子 程學系副教授 成功大學電機 程博士 專長 : 超大型積體電路測試、超大型積體電路設計、數位矽 智產設計 開授課程 : 數位積體電路設計、硬體描述語言、程式設計 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 6 6 NCUE EDA
師資介紹 張孟洲 老師 國立彰化師範大學電子 程學系副教授 台灣大學電機 程博士 開授課程 : VLSI系統設計、微處理器設計、低功率電路設計 開授課程 : 系統晶片設計技術、計算機組織、中央處理單元設計、高 等計算機結構 聯絡方式: 04 -7232105轉 7139 Email: mchang@cc. ncue. edu. tw 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 7 7 NCUE EDA
師資介紹 陳勛祥 老師 國立彰化師範大學電子 程學系助理教授 清華大學電機 程博士 專長 : ESD保護電路設計、 VLSI設計、VLSI故障分析、元件參 數模型建立及分析 開授課程 : 程數學、固態電子元件、電子電路、 VLSI可靠性分析、 ESD保護電路設計、 VLSI設計 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 8 8 NCUE EDA
師資介紹 吳宗益 老師 國立彰化師範大學電子 程學系副教授 清華大學資訊科學博士 專長 : 數位晶片設計 , 可測試電路設計 , 電腦輔助超大型積 體電路設計 開授課程 : 程式語言 , 超大型積體電路設計 , 作業系統 , 計算機網 路 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 9 9 NCUE EDA
電子產業的重要性
21世紀的重要產業 (億美元) 106 GNP 105 電子產品 汽車 104 半導體 鋼鐵 103 102 1980 1990 2000 2010 年 資料來源:Dataquest, Toshiba, 研院經資中心 ITIS計畫 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 11 NCUE EDA
無所不在的半導體 Ø 是連續性發展 的技術 Ø 電子產業的 “原 油 ”、 “稻米 ” Ø 是電子產品的 “神經系統 ” 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 12 NCUE EDA
IC設計發展簡史
IC發展史 世界上第一個電晶體(1948, Bell Lab) • 1947年聖誕前夕, AT&T 的 Bell 實驗室的 John Bardeen 及 Walter Brattain 展示第一個由鍺所製成的 點接觸式電晶體. 當電流訊號施加於鍺晶體接點, 輸 出功率會大於輸入功率. 並於 1948年公諸於世. • 1949年 William Shockley 發表雙載子電晶體運作理 論. 並預測接面式雙載子電晶體(BJT)將出現. • 1950年第一個單晶鍺電晶體生產, 並取代電子產品 中的真空管. • 1952年Gordon Teal發表第一個單晶矽電晶體. • 1955年 Shockley 在舊金山南方成立 Shockley Semiconductor Lab. 帶動矽谷的成立. • 1956年 Shockley, Bardeen, Brattain 共同獲頒諾貝爾 物理獎. • 1957年, Gordon Moore 和 Robert Noyce 離開 Shockley 公司, 成立 Fairchild Semiconductor 公司. • 1958年積體電路時代來臨 (整個五O年代為分離式 IC元件的天下). • 1966年, Gordon 和 Robert 離開 Fairchild 並創立 Intel (濃縮Integrated electronics). 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 14 NCUE EDA
電子元件技術 Milestones 1874 Braun invents the solid-state rectifier. 1906 De. Forest invents triode vacuum tube. 1907 -1927 First radio circuits de-veloped from diodes and triodes. 1925 Lilienfeld field-effect device patent filed. 1947 Bardeen and Brattain at Bell Laboratories invent bipolar transistors. 1952 Commercial bipolar transistor production at Texas Instruments. 1956 Bardeen, Brattain, and Shockley receive Nobel prize. 1958 Integrated circuit developed by Kilby and Noyce 1961 First commercial IC from Fairchild Semiconductor 1963 IEEE formed from merger or IRE and AIEE 1968 First commercial IC opamp 1970 One transistor DRAM cell invented by Dennard at IBM. 1971 4004 Intel microprocessor introduced. 1978 First commercial 1 -kilobit memory. 1974 8080 microprocessor introduced. 1984 Megabit memory chip introduced. 2000 Alferov, Kilby, and Kromer share Nobel prize 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 15 NCUE EDA
台灣電子產業發展簡史
台灣IC發展歷史 Ø 民國63年 2月(懷寧街小欣欣豆漿店) ü行政院秘書長費驊 ü經濟部長孫運璿 ü交通部長高玉樹 ü電信總局長方賢齊 ü 研院院長王兆振 ü電信研究所所長康寶煌 üRCA研究所所長潘文淵 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 17 17 NCUE EDA
支出:十大建設(2580億) 收入:出口衰退 Ø 民國63年 7月26日(經濟部) ü通過潘文淵提「積體電路計畫草案」 ü成立「 研院電子 業研究發展中心」 l主任:康寶煌 l副主任:胡定華 Ø 民國64年 2月 üGI、Hughes 、 RCA擇一 ü 4億移轉費 Ø 民國64年 4月20日由孫運璿授旗成行 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 18 18 NCUE EDA
曹 興 誠 曾 繁 城 戴 寶 通 劉 英 達 史 欽 泰 19 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 19 NCUE EDA
(35) 顧問 (32) 福華微電子 (29) (30) 前清大科技學院院長 (32) 副董事長 (32) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 20 20 NCUE EDA
簡史 1958 -1970 Ø 1958 : 創立交通大學 - 電子研究所 Ø 1964 : 交大成立半導體實驗室 Ø 1965 : 交大凌宏璋、張俊彥及郭雙發共同製作出 台灣第 一顆 IC Ø 1966 : ü 高雄設立加 出口區 ü 高雄電子公司成立,開始做『電晶體』的裝配 Ø 1967 : ü 高雄電子公司開始做『積體電路』的裝配 Ø 1969 : ü 飛利浦建元電子公司開始做『積體電路』的裝配 ü 台灣通用器材開始生產『二極體』 。 ü 環宇電子公司成立開始做『電晶體』 ,『積體電路』 的裝配 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 21 NCUE EDA
簡史 1970 -1971 Ø 1970 : ü德州儀器公司開始做『積體電路』的裝配 ü菱生精密開始做積體電路的裝配 ü交大成功製作出台灣第一片晶圓 ü三愛電子成立? ? 、交大畢業生成立萬邦電子 Ø 1971 üRCA 與台灣安培開始做『積體電路』的裝配 ü華泰電子公司開始做『積體電路』的裝配 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 22 NCUE EDA
簡史 1972 -1974 Ø 1973 ü萬邦電子公司開始做『積體電路』的裝配 ü菱生公司與三菱公司開始做『電晶體』的裝配 Ø 1974 ü由潘文淵撰寫計劃書,成立 研院電子所,接著成 立電子技術顧問委員會 ü該會決定自美國引進IC製造技術,並決定以CMOS 技術為主。 ü該會成立評選委員會,委員有方賢齊、胡定華、杜 俊元、溫鼎勳及張俊彥。 ü鴻海塑膠成立 ü州際電子公司開始做二極體之裝配 NCUE ü集成電子公司開始生產電晶體 EDA 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 23
簡史 1975 -1976 Ø 1975 ü台灣光寶電子開始裝配發光二極體 ü新美化精機開始製造焊線機 Ø 1976 ü電子技術顧問委員會評選後與 RCA 簽訂 MOS 技轉合約,並派人受訓,合約保證良率 17% ü台灣東京晶體開始裝配『電晶體』 ü萬邦電子公司開始製造 Ga. As. P 發光二極體 ü同欣電子公司開始製造厚膜混合積體電路 ü大同公司成立矽晶中心開始籌備生產矽晶片 ü欣賢電子公司開始製造層流台 ü宏碁電腦成立 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 24 NCUE EDA
簡史 1977 Ø 1977 üRCA 受訓人員返國後建立 研院積體電路示 範 廠,結果、建廠後六個月、良率達 70%, 遠超過 RCA 之預期。 ü電正電子開始做整流二極體 ü高雄日立電子開始做電晶體裝配 ü大聯半導體開始做 IC 裝配 ü光源電子開始裝配太陽電池 üApple發展出 個人電腦 Apple II。 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 25 NCUE EDA
簡史 1978 -1979 Ø 1978 ü 研院示範 廠首次接受客戶委託設計 IC ü 研院決定、以RCA 技術轉移後成立的晶圓 廠,成立一公司。 ü電子所與電信所合作雙極積體電路 ü台灣東京晶體開始裝配二極體 Ø 1979 ü電子所與 業局簽訂第二期計畫與電腦技術 發展專案計畫 ü電子所第一批雙極積體電路試製成功 ü聯華電子公司成立籌備,該公司即為聯電, 由杜俊元出任第一任總經理 ü萬邦電子開始製造 Ga. As紅外線二極體,光電 NCUE 晶體及光電耦合器 EDA 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 26
簡史 1980 Ø 1980 : ü科學園區成立,聯電第一家登記,生產電子 錶、計算機與電視用 IC。 ü統一企業成立電子事業部籌備製造雙擊功率 電晶體及太陽電池 ü大王電子公司成立開始籌備製造MOS 功率電 晶體 ü光達電子公司成立開始籌備製造 LED 及整流 二極體 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 27 NCUE EDA
簡史 1981 Ø 1981 üIBM 發展出 PC ,很成功。 ü美國Osborne 發展出可攜型電腦,又貴又大 台,不成功。 ü中美矽晶開始生產矽晶片 ü電子所四位元單晶片微電腦 IC 研製成功 ü電子所開始提供半客戶委託設計 IC 服務 ü電子所完成光罩自製系統 ü電子所自行完成開發 N 通道矽閘 MOS 製程 技術 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 28 NCUE EDA
簡史 1982 Ø 1982 ü聯電量產,11月損益平衡,營業額一億九千 萬,員 380人,隔年六月,月銷售額達一億 元,全年營業額暴增至 11億,員 610人。 ü太欣半導體設計公司成立 ü 研院接連開發計時器、電話機、音樂記憶 體、閘排列、語音合成、微電腦、計算器、 音響、類比/數位轉換 IC 成功。 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 29 NCUE EDA
簡史 1983 Ø 1983 ü 研院與國科會合作開始 MPC 計畫、建立大 學內 IC 設計與 CAD 研究能力。 ü 研院專案,成立經VLSI 實驗 廠,以促進 台灣 IC 設計 業的發展, üIC 相關公司開始萌芽(合德 IC 設計、日月光、 華旭封裝)。(1983 -1985) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 30 NCUE EDA
簡史 1985 Ø 1985 ü 研院院長張忠謀提出將 VLSI 實驗 廠轉移 民間成立代 公司之構想, ü 研院開始電子束精密光罩製作服務 ü 研院成立共同設計中心,推廣 IC 設計服務 ü 研院與華智公司發展成功 1. 5微米CMOS 256 K DRAM。 üIC 電路公司接連成立(其朋設計、漢磊製造、 Motorola封裝)。 (1985 -1987) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 31 NCUE EDA
簡史 1986 -1987 Ø 1986 ü益華 CAD 公司成立、(設計:通泰、普盛 制造:國善) Ø 1987: ü台積電成立,張忠謀提出將 VLSI 實驗 廠轉 移民間成立代 公司之構想實現,後來張忠 謀直接轉任為董事長。 üToshiba 發展出 T 1000型筆記型電腦,6. 25 磅,不太成功。 ü廣達成立 üIC 設計:大智、矽統、揚智、瑞昱、詮華、 華展、群立、普騰成立 üIC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang IC 製造:天下、台積、華邦、華隆微 32 NCUE EDA 彰師大電子 程導論(4)
簡史 1988 Ø 1988 ü台積電進入量產階段,IC 製造公司增至六家 üIC 設計:一華、華麥、飛虹成立 üIC 製造:合泰、臺灣光罩、偉智 üIC 封裝:福雷、立衛 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 33 NCUE EDA
簡史 1989 Ø 1989 üCompaq 發展出LTE/286的筆記型電腦,七 磅,成功。 üIC 製造廠大量成立,達 13 家 l. IC 設計:勁傑、偉詮 l. IC 製造:旺宏 l. IC 封裝:華特、巨大、微矽 ü草擬晶片保護法 ü規劃次微米製程發展計畫,由 ERSO 與業者 共同合作進行。 ü台灣光罩公司成立 ü偉詮公司進入園區,從事數位/類比 IC 專業設 NCUE EDA 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 34 計
簡史 1990 Ø 1990 ü新台科技成立,使台灣的光罩公司增為兩家 ü景氣衰退,多家廠商進行人力結構調整,並 積極與國外技術合作。 ü偉智與合泰建廠落成啟用,加入 IC 製造行列。 ü巨大與矽品購裝廠進行策略聯盟。 ü半導體技術列入台灣未來十年的十大新興產業。 üIntel 與台積電、聯電合作生產記憶體。 ü裕創公司進入園區,專業為次微米計畫進行 記憶體生產。 üIC 設計:凌陽、矽成 üIC 製造:德碁 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 35 NCUE EDA
簡史 1991 Ø 1991 ü 華邦成功開發國產首顆 64 K SRAM ü 鑫成科技完成 SMT 封裝廠 ü 天下電子發生財務危機,尋求資金紓困 ü 旺宏與日本 NKK 策略聯盟。 ü 茂矽、華智首開 IC 廠合併先例,於 10/22 簽約。 ü IC 設計:鈺創、民生 ü IC 製造:茂矽 ü IC 封裝:鑫成 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 36 NCUE EDA
簡史 1992 Ø 1992 ü 電子所與聯電,台積電簽訂次微米製程技術授權合約, 並成立次微米製程技術使用者同盟會 ü 旺宏 與 MIPS 簽訂 R 3000 RISC 技術授權合約 ü 茂矽華智由太平洋電線電纜接手經營,胡洪九接任董 事長 ü 漢磊科技新廠完 ,生產 Bipolar IC。 ü 華邦 VLSI 二廠落成,合泰擴廠 ü 電子所加速進行 MCM 技術開發,自 PMC 公司引進 五層導體 MCM 量產技術 ü 各半導體廠陸續進入 0. 6 微米製程。 ü IC 設計:巨華、冠林、沛亨 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 37 NCUE EDA
簡史 1993 Ø 1993 ü 次微米實驗室落成,是國內第一座八吋晶圓廠 ü 國科會晶片設計製作中心成立 ü 台灣茂矽與日本 OKI 簽訂合作協議,將轉移 4 M DRAM技術 ü 日本住友 廠爆炸,造成環氧樹酯缺貨 ü 台積電三廠動 ,德碁斥資16億提升設備 ü IC 設計:宇慶、台晶 ü IC 封裝:矽豐、大眾 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 38 NCUE EDA
簡史 1994 Ø 1994 ü 矽豐公司進軍高腳數 IC 測試市場 ü 華邦完成亞洲首顆 MPEG 標準的影像壓縮 IC ü 聯電、華邦開發完成 0. 5 微米製程 ü 南亞與 OKI 簽訂技術轉移契約 ü IC 製造:世界先進、力晶、嘉蓄、南亞 ü IC 封裝:華新先進、福懋、致福、日生科技。 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 39 NCUE EDA
簡史 1995 Ø 1995 ü 華新先進公司成立 ü 德碁生產 4 M DRAM。 ü 南亞 DRAM 廠動土 ü 台積電四廠動 、世界先進二廠動 ,德碁二廠動 、 茂矽三廠動 ü 南亞科技公司成立 ü 旺宏推出 16 M Flash IC。 ü 大眾電腦 IC 測試暨封裝公司啟用 ü 聯電與 S 3、alliance合資成立八吋晶圓代 廠(聯誠) ü 聯電與 Trident、ATI、ISSI合資成立聯瑞公司 ü 台積電宣布將在美國成立八吋晶圓廠 ü 華邦與東芝策略聯盟 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 40 NCUE EDA
IC設計產業歷史背景
IC設計產業歷史背景 Ø 電子元件技術 ü Tube -> Transistor -> Integrated Circuit Ø Moore’s Law ü MSI -> LSI -> VLSI ->… Ø 數位化資訊時代 ü IC被廣泛地應用於電腦、通訊、消費性電子、 業電 子等諸多用途 Ø 台灣在半導體產業的發展 ü 2003年超過190億美元(全球1, 664億美元) ü 系統單晶片(System-on-Chip or So. C) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 42 NCUE EDA
Moore’s Law ? 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 43 NCUE EDA
Moore’s Law Ø 早期: üMoore's Law describes an important trend in the history of computer hardware: that the number of transistors that can be inexpensively placed on an integrated circuit is increasing exponentially, doubling approximately every two years Ø 每 18個月增為兩倍 Ø 每 15年增加一千倍 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 44 NCUE EDA
“More than Moore’s Law” 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 45 NCUE EDA
Device Feature Size Ø Feature size reductions enabled by process innovations. Ø Smaller features lead to more transistors per unit area and therefore higher density. 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 46 NCUE EDA
5 Commandments IEEE Spectrum December 2003, pp. 31 -35. Ø Moore’s Law : The number of transistors on a chip doubles annually (modified to 18 -24 mo. later) Ø Rock’s Law : The cost of semiconductor tools doubles every four years Ø Machrone’s Law: The PC you want to buy will always be $5000 ($500 -1000 now) Ø Metcalfe’s Law : A network’s value grows proportionately to the number of its users squared Ø Wirth’s Law : Software is slowing faster than hardware is accelerating 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 47 NCUE EDA
IC設計業佔半導體產業營收比率與 台灣IC設計業全球佔有率 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 48 NCUE EDA
IC設計與製造流程
IC設計與製造流程 Ø IC 產品分類 Ø IC 設計流程 Ø IC 設計產業分 結構變遷 Ø Videos on Process Technology ü Wafer Process at Texas Instrument, 2000 (9 min) ü Semiconductor Technology at TSMC, 2011 (8 min) ü Chip Manufacture Process, 2008 (10 min) ü CPU Manufacture at AMD, 2009 (11 min) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 50 NCUE EDA
Analog and Digital Signals Ø Analog signals are continuous in time and voltage or current. (Charge can also be used as a signal conveyor. ) Ø After digitization, the continuous analog signal becomes a set of discrete values, typically separated by fixed time intervals. 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 51 NCUE EDA
數位化資訊時代 Ø 數位化資訊 … why? ü ü ü Perfect reproduction Better for Communication and Storage Digital processing is easier to program Digital IC’s are easier to design and manufacture Digital information/media is everywhere … Ø 數位不一定好 ü ü Quantization errors Sampling rate Quality of AD/DA conversion circuits Errors may result in worse results 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 52 NCUE EDA
IC 產品分類說明 Ø 記憶體IC(Memory Integrated Circuit) Ø 邏輯IC(Logic Integrated Circuit) Ø 微元件IC(Micro Component Integrated Circuit) Ø 類比IC(Analog Integrated Circuit) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 53 NCUE EDA
Memory Integrated Circuit Ø 記憶體IC: 儲存資料用 Ø 依據儲存資料後是否需要不斷供電,可分為 ü揮發性(Volatile) l動態隨機記憶體(Dynamic Random Access Memory or DRAM): 個人電腦 l靜態隨機記憶體(Static Random Access Memory or SRAM): 手機 ü非揮發性(Non-Volatile) l唯讀記憶體(Ready Only Memory or ROM) l快閃記憶體(Flash): 目前成長最快的記 憶體領域,多使用在相機, 手機, 記憶卡, 隨 NCUE 身碟等。 EDA 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 54
Logic Integrated Circuit Ø 標準邏輯(Standard Logic)IC ü 最早期的IC產品,主要是進行一些基本的邏輯運算, 如:AND、OR等。 Ø 特殊用途IC(Application Specific Integrated Circuit or ASIC) ü 可以完全由IC設計公司自行設計,或兼採部分標準元 件。 ü ASIC客製化的程度可以分為三大類: l全客戶設計(Full Customer Design, FCD); n彈性最大但是也最耗時間 l閘門陣列設計(Gate Array based Design, GAD) ,即使用事先設計好的電路資料庫進行設計; l可程式化元件設計(Programmable Device based Design, PDD),即透過已經設計好但功 能可以程式化的元件來進行設計。 n彈性最小但開發時間最快。 NCUE 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 55 EDA
Micro Component Integrated Circuit Ø 微處理器單元(Micro Processor Unit, MPU) ü MPU主要是用來進行運算用的IC,在一個系統內(如PC或是手 機)可以透過軟體程式,控制MPU內部的運算功能以達到特定 目的。 ü 架構上又可以分為: l 複雜指令集運算(Complex Instruction Set Computing or CISC) l 精簡指令集運算(Reduced Instruction Set Computing or RISC) l 兩種架構各有其優缺點,如廣為PC採用的Intel的x 86 微處理器,即 是採取CISC架構,而廣為使用在行動電話內的ARM微處理器則採 用RISC架構。 Ø 微控制器單元(Micro Controller Unit, MCU): ü 整合MPU、較小容量記憶體IC、外加少許的電子零件而成的簡單控制 系統。 ü 低成本電子設備上,如:遙控器、微波爐等的小型電子設備。 ü Intel公司的8051系列即是廣受採用的MCU晶片。 Ø 微處理週邊(Micro Peripheral, MPR) ü 由多種IC構成、用來處理週邊設備的組合式晶片,如:圖形控制晶片 組、通訊控制晶片組、儲存控制晶片組與其他控制晶片組(如:鍵盤 控制、語音輸出入)等。 Ø 數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)。 NCUE ü 用來處理需要複雜數學運算的一種特殊型MPU,主要是用在處理自然 EDA 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 56 界訊號(如:聲波、電波、光波等)的運算與處理。
Analog Integrated Circuit Ø 線性IC(Linear Integrated Circuit) ü 主要用來處理電源管理(power management)、 放大器(Amplifier)、與轉換器(Converter, 如數 位訊號轉類比訊號Digital to Analog與類比訊號轉數 位訊號Analog to Digital)等功能。 Ø 混合模式IC(Mixed Mode Integrated Circuit)。 ü 係指混合線性和數位的晶片組(chipset),多用於 視聽產品。 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 57 NCUE EDA
IC產品分類圖 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 58 NCUE EDA
IC設計流程 1. 規格制定(Specification) 2. 行為描述(Behavior) 3. RTL(Register Transfer Level)設 計 4. 邏輯(Logic)設計 5. 電路(Circuit)設計 6. 佈局(Layout) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 59 NCUE EDA
IC 製造過程 初始晶片 (primary wafer) PR PR Initial ox Ini ox Si substrate Si sub Thin film module Diff module PHOTO module ETCH module Diff, PHOTO, ETCH, T/F Chip Cutting Wafer Sorting Bonding IC cross section WAT Packaging 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang Final Test 60 NCUE EDA
IC設計軟體 具 Ø IC設計業的自動化程度很高,設計的過程 需要透過軟體來進行 ü硬體描述語言Hardware Description Language (HDL) l. Verilog and VHDL: RTL level üLayout Tools üValidation & Simulation l. SPICE 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 61 NCUE EDA
半導體產業價值鏈與附加價值 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 62 NCUE EDA
IC設計產業分 結構變遷 Ø 垂直分 的趨勢 ü 大型系統產品廠商(如IBM) ü 整合元件製造商(Integrated Device Manufacturer or IDM) ‘ 70 l 代為設計、生產與封裝、測試量大且通用的IC產品 l Intel, TI, Motorola ü 無晶圓廠IC設計公司 l 使用EDA(Electronic Design Automation)公司提供的電腦模擬軟體 具 l IDM無生產意願、量小、且專用的晶片 ü 特殊應用標準產品(Application-Specific Standard Product or ASSP) ü 特殊應用IC(Application-Specific Integrated Circuit or ASIC) l 專業晶圓代 廠(Foundry) l 閘門陣列(Gate Array) ü 系統單晶片(System-on-Chip or So. C) l 將原來不同功能的多顆晶片,整合成單一顆的系統晶片。 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 63 NCUE EDA
IC產業垂直分 演化過程 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 64 NCUE EDA
System-on-Chip (So. C) Ø 近年來IC設計趨勢 ü 製造技術的快速提升及普遍化 ü 縮短開發時間 ü 輕、薄、短、小、低耗電、低成本 ü Dataquest預估,So. C 的產值佔半導體業產值的比 重由 2001年的15. 8%,將大幅成長至 2005年的24. 6 %,預期可達到 469億美元的產值規模。 Ø 矽智財(Silicon Intellectual Property, SIP) ü 設計能力的提升明顯地跟不上製程技術提昇的腳步。 ü 經過設計、驗證且可重複使用(reuse)的功能區塊 ü 矽智財供應商(SIP Provider)和IC設計服務業者( IC Design Service Provider)。 l如台積電的創意、與聯電集團的智原 NCUE 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 65 EDA
IC設計業與上游供應商
IC設計業與上游供應商(1) Ø 光罩廠商 ü 一顆IC的光罩成本在台幣數百萬到數千萬之間 ü 美國的杜邦(Du Pont)、Photronics、與日本的凸版印刷 (Toppan)、大日本印刷(Dai Nippon Printing,DNP)、 國內的台灣光罩與翔準先進 Ø 晶圓代 廠 ü 全球前兩大晶圓代 廠(台積電與聯電)近 80%的佔有率 ü 新競爭者(如中國大陸的中芯與宏力半導體等)加入市場, 低階製程價格開始產生鬆動 ü IDM大廠(如IBM與TI)也以其剩餘產能加入晶圓代 的戰局, 使得高階製程也會面臨價格的壓力 Ø 封裝與測試廠商 ü 附加價值較低 , 知識密集度較低,產業的進入門檻較低 ü 多晶片封裝(Multiple Chip Package,MCP), Si. P( System-in-Package) ü 主要的封裝廠商包括:台灣的日月光、矽品、京元電子、南 茂與美國的艾克爾(Amkor)。 ü 主要的測試廠則包括日月光、矽品、南茂、聯測、京元、泰 林、福雷電子與ARTEST等公司。 NCUE 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 67 EDA
IC設計業與上游供應商(2) Ø 電子設計自動化(Electronic Design Automation, EDA) 具供應商 ü EDA所扮演的角色日益重要 ü 三大供應商依序為Synopsys、Cadence Design Systems、 與Mentor Graphics,三者合計佔有七成以上的市佔率。 Ø IC設計服務業者 ü 提供IC設計公司與晶圓代 廠間協調產能、製程、與提高良 率的服務,代為搜尋、提供及整合各類SIP的平台服務 ü 台積電的創意與聯電的智原 Ø 矽智財(SIP)供應商 ü 泛用型的功能區塊,如:MPU、MCU、SRAM、DSP等,目 前也漸漸朝向特殊應用型,如:MPEG、USB、LCD Driver 等 ü 讓IC設計公司更專注於專長的特殊電路、軟體開發與晶片整 合上 ü 英國的ARM為全球最大的SIP供應商 vs美國的MIPS 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 68 NCUE EDA
全球晶圓代 廠排名 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 69 NCUE EDA
So. C與Si. P比較例示 Another (S)IP: (Silicon) Intellective Property (Circuit) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 70 NCUE EDA
全球EDA與IP業者的排名 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 71 NCUE EDA
IC設計業與下游價值鏈
IC設計與下游價值鏈 Ø 應用範圍 ü 通訊用途產品(Communications) l 如行動電話、ADSL、無線區域網路等 ü 計算用途產品(Computing) l 如個人電腦、PDA、筆記型電腦等 ü 消費電子用途產品(Consumer Electronics) l 如MP 3、數位相機、電子錶、車用電子系統等 ü 業電子用途產品(Industrial Electronics) l 如 業用控制器、 業電腦等 ü 軍事電子用途產品(Military Electronics) l 如雷達、戰鬥機的控制系統等 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 73 NCUE EDA
IC設計之需求面 Ø 系統客戶 ü 終端產品供應商 ü 製造代 廠 l OEM (Original Equipment Manufacturer)轉到ODM( Original Design Manufacturer)模式 Ø 銷售通路 ü 代理商銷售 l 代理商通常代理銷售多個品牌 l 比價競爭,生命週期越見縮短,跌價速度也相當快 ü 自行銷售 l 大型IC設計公司為提高客戶服務品質設立研發中心 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 74 NCUE EDA
近年來台灣 IC產業的幾項特色
IC設計產業特性 Ø 產業結構中度集中 Ø 近年來主要為垂直分 Ø 80 -90’s年代創造台式分紅入股風潮 Ø 毛利率業者差異大 Ø 代 廠關係為獲利關鍵 Ø 知識密集需專業人才 知識經濟 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 76 NCUE EDA
產業結構中度集中 Ø 全球前五大IC設計業者(Qualcomm, n. Vidia, Broadcom, Xilin, ATi),以 2003年的佔有率 計算,產業集中度約為 43. 8%,而前十名的集中 度則為 66. 45%,屬於中等集中度的產業 Ø 不同產品領域的技術門檻相當高,少有廠商在不 同產品領域皆領風騷 Ø IC設計業者的排名是隨著重要的應用功能出現, 或是某一類產品熱賣而會產生重新洗牌 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 77 NCUE EDA
電子產業領導人 聯電 曹興誠:台大、交大 , 宣明智:交大;杜俊元: 台大 台積電 張忠謀:MIT、 Stanford , 曾繁城:交大、成大 華邦 焦佑鈞:交大 , 章青駒:台大 茂矽 蔡南雄:交大、台大、 Stanford , 胡洪九:成 大 旺宏 胡定華:交大 , 吳敏求:成大、 Stanford 矽統 杜俊元:台大 凌陽 黃洲杰:台大 , 蔡國智:交大 威盛 王雪紅: 陳文琦:台大 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 78 NCUE EDA
資訊產業領導人 宏碁 施振榮:交大 鴻海 郭台銘:中國海專 神達 苗豐強:UCB , 蘇亮、杜書伍、蔡賜豐: 交大 廣達 林百里:台大 大眾 簡明仁:交大 力捷、力晶 黃崇仁:台大 華碩 施崇棠:交大 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 79 NCUE EDA
台灣IC產業的特色 Ø 垂直分 Ø 臺式分紅入股 Ø 獨立自主的技術發展 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 80 NCUE EDA
垂直分 的特點 Ø 提升技術專精度 Ø 提升產能利用率 Ø 縮短生產周期 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 81 NCUE EDA
臺式分紅入股 Ø 方式 ü 以 10元價值認購股票 Ø 作法 ü 現金增資時發行新股,供員 認購 l認購時可由員 直接出錢購買 l或者以年度分紅轉為認購金 Ø 優點 ü 以 10元課稅,繳稅極少 ü 可以吸引到許多優秀的人才 ü 可以讓員 盡心盡力改善公司 Ø 缺點 ü 造成賦稅不公,國家財源不足 ü 挖角風氣盛行 ü 員 向錢看,人心隨股票起舞 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 82 NCUE EDA
全球前10大IC設計業者獲利能力與主要產品 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 83 NCUE EDA
1999年至 2003年 10大IC設計業者排名變化 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 84 NCUE EDA
成本結構與獲利性 Ø 主要固定成本 ü 研發費用 l 國內主要IC設計廠商的研發費用約佔整體營業收入的比重約在 9~15%左右 ü 人事成本 Ø 變動成本 ü 代 的製造費用 30%~50% ü 封裝與測試費用 20~40% Ø 毛利率 ü 視其產品的市場競爭程度而定 ü 近乎獨占的Qualcomm毛利率接近 70% ü 而廝殺激烈的繪圖晶片組市場n. Vidia與ATi兩家公司的毛利約在 30~35%左右 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 85 NCUE EDA
晶圓代 廠的關係 Ø 無晶圓廠IC設計業競爭力的關鍵決策 ü 晶圓製造代 的成本 ü 適時推出產品(time-to-market)的成敗攸關性 ü 如何選擇一家能夠快速進入量產、產能供給穩定、且具競爭 力價格的代 製造夥伴 ? Ø 晶圓代 產業 ü 產能調整性不佳, 需確保產能的充分利用 ü 提升技術能力以利競爭 ü 必須掌握重要、有潛力的客戶 Ø 各家IC設計公司無不設法開拓多源(multiple sourcing)的代 廠產能來源,或是轉投資新設的代 廠,以確保產能與成本的競爭優勢 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 86 NCUE EDA
知識密集與專業人才 Ø 知識與專業人才是IC設計公司成敗的關鍵 ü 技術股或股票分紅,成了人才取得、養成、與留用的 重要利器。 ü 業界的挖角與跳槽也非常興盛 ü 創新型或防禦型的專利(即所謂專利地雷),都是IC 設計公司的重要資產與競爭武器。 ü 專利相關的法律人才,透過專利權訴訟來保護本身權 益與攻擊競爭對手、甚至競爭者的顧客。 ü 透過專利權的交換,與其他技術互補性廠商組成共同 開發產品的策略聯盟。 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 87 NCUE EDA
台灣的知識經濟發展模式 Ø 政治方面 ü 1990 年以前,政府主導了 l 研院、交通大學、新竹科學園區的設立。 l 聯電、台積電乃是 研院設廠後轉移民間經營的。 Ø 經濟方面 ü 承襲 1960年以來,小型 業的發展,以中小企業為主的產業結構。 ü 逐漸競爭淘汰後,規模逐漸向上提升,形成今日的中大型規模。 Ø 教育方面 ü 華人重視教育的傳統,造成了識字率高的民眾。 ü 採著重記憶式的教學,以取得文憑為導向的升學方式。 ü 由於升學與戒嚴的因素,較為著重數理課程。 Ø 文化方面 ü 受機車精神與黑手文化影響的人士主導產業界與基層政治界。 ü 受儒家文化薰陶的人士主導高層政治與學術界。 ü 融合的結果形成了科學與技術結合,產業與學術融合的優良互 動環境。 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 88 NCUE EDA
台灣的產官學研 高層 政治界 預 算 稅 收 補助 教育 學術界 基層 政治界 採 購 人才 技術 產業界 理論 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 89 NCUE EDA
參考文獻 Ø 活力 ü 張俊彥,游伯龍等著 Ø 業競天擇 – 高科技的產業生態 ü 楊丁元、陳慧玲著 Ø Computer History ü http: //www. computerhistory. org/timeline/ 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 90 NCUE EDA
IC設計與產品應用主要競爭者
IC產品應用領域與設計主要競爭者 Ø IC產品的應用領域相當廣泛 Ø 不同應用領域間存在明顯的技術障礙 Ø 同一應用領域內的競爭卻也相當激烈 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 92 NCUE EDA
全球電子產品產值 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 93 NCUE EDA
IC產品應用領域(1)電腦相關產品 Ø 電腦相關產品(Computer) ü 中央處理器(CPU) l IDM的天下 ,因為運算速度快,晶片複雜度高,IC製程也非常 特別 l Intel, AMD, IBM: 自設晶圓 廠 l Sun 為無晶圓廠(Fabless) ü 一般晶片組(Chipset) l Intel, 台灣的矽統(Si. S): IDM l 台灣的威盛(VIA)與揚智(ALi)為無晶圓廠 ü 繪圖晶片組(Graphics Chipset) l PC: 美國n. Vidia與ATi兩大公司對壘 l 遊戲機市場看好 ü 其他週邊設備的控制晶片 Ø 電腦相關產品雖然一直都是過去IC設計業的主力產品, 但隨著PC市場逐漸飽和,此類IC產品的成長力道漸不 如前。 NCUE 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 94 EDA
IC產品應用領域(2) 通訊產品 Ø 通訊產品成為過去十年來半導體業成長的重要動力 ü 寬頻上網: x. DSL、Cable Modem、區域網路卡 ü 無線區域網路(Wireless Local Area Network, WLAN): Wi. Fi, Bluetooth ü 行動電話: GSM, CDMA, 3 G ü 光纖網路 ü Home Gateway, Vo. IP Ø 通訊IC ü 行動電話 l 原本都由美國的TI與Motorola等IDM所掌控 l 美國的Broadcom、台灣的聯發科等公司 l Qualcomm: CDMA, 3 G ü x. DSL: l 標案形式成交,以致於價格廝殺激烈,迫使系統廠商的毛利嚴 重被擠壓,小廠退出賽局 ü WLAN: l 802. 11 a, 802. 11 b, 802. 11 g, 802. 11 n Ø 數位整合趨勢 ü 行動電話、內建MP 3、數位相機、無線區域網路、 Vo. IP 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 95 NCUE EDA
HTC Universal a. k. a. Dopod 900 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 96 NCUE EDA
IC產品應用領域(3) 消費性產品 Ø 消費性電子產品包括光碟機(DVD)、MP 3、數位相 機(Digital Still Camera, DSC)、數位音響、數位 電視機、車用電子、玩具等數千種產品。 Ø 市場區隔多元、產品生命週期短、功能提升快速 Ø 迅速取得成本優勢是競爭關鍵 ü 台灣的聯發科技自 1998年成立後,先藉由低價與鎖定特定客 戶的策略切入市場 ,同時避開相關的技術專利來取得市場佔 有率;其後透過技術層次的提升,由原本技術後進者變成技 術領導者,最後成為全球PC與筆記型電腦用光碟機晶片組的 領導廠商 ü 率先大量生產而取得低成本優勢的廠商得勝 Ø 隨著數位家庭的趨勢與車用電子的日漸普及,消費性 電子產品將是未來IC設計產業重要的成長動力。 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 97 NCUE EDA
IC產品應用領域(4) 泛用型產品 Ø 跨電腦相關產品、通訊產品、消費性產品 的終端系統所使用 Ø 車用電子 (Car electronics) Ø 記憶體產品 üFlash記憶卡 l. San. Disk由於隨身碟、記憶卡等大量使用Flash的 產品熱賣,全球排名躍升到 2003年的第七名 üDRAM l. IDM掌控製程技術與產能 l大宗商品,價格波動劇烈 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 98 NCUE EDA
IC產品應用領域(5) 可程式閘陣列 Ø Field Programmable Gate Arrays üIC設計公司為爭取時效,在毛利較高且數量 較少的電子產品上(FPGA的成本很高),驗 證過自行程式化的元件後,就可使用在終端 產品上。 ü由於電路設計特殊加上專利保護等因素, Xilinx與Altera兩家公司形成寡占局面 (分別 佔據 2003年IC設計業的第五與第八的名次 ) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 99 NCUE EDA
台灣 IC設計產業:現況與挑戰
台灣IC設計產業:現況 (1) Ø 截至 2003年,台灣約有250家左右的IC設計公司, 從業人數超過12, 500人,平均每位員 的年產 值超過新台幣 1, 500萬元,平均毛利率約為 37%, 淨利率約為 20% (Exhibit 10) Ø 多集中於電腦與消費性電子產品 Ø 破壞式的創新(disruptive innovation): 低成 本與地利之便 ,取代國外IC供應商,並與電子 製造業的量產起飛共同成長 Ø 政策支持、新竹科學園區的成立、與 研院( ITRI)養成研發人才 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 101 NCUE EDA
台灣IC設計產業:現況 (2) Ø 半導體產業既是是矽島計畫中「兩兆双星」的重 點產業,系統單晶片(So. C)也列為九項國家 型科技計畫之一,又稱為「矽導So. C計畫」 Ø 台灣IC設計產業前景似乎依舊樂觀,但是國際競 爭情勢、技術創新趨勢、乃至於關鍵資源條件 的發展,皆挑戰著台灣廠商必須以前瞻策略的 眼光,思考如何持續創新、永續成長。 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 102 NCUE EDA
台灣IC設計業重要指標 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 103 NCUE EDA
2003年台灣前20大IC設計業與主要產品 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 104 NCUE EDA
台灣IC產業關聯圖 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 105 NCUE EDA
2005全球前十大半導體廠商 (1/2) 單位:億美元 2005 排名 公司名稱 1 英特爾 Intel 354. 75 309. 00 14. 8% 2 三星 Samsung 178. 30 158. 30 12. 6% 3 德州儀器 TI 113. 30 107. 00 5. 9% 4 東芝 Toshiba 95. 00 85. 31 11. 4% 5 意法 ST 88. 70 87. 56 1. 3% 6 Infineon 84. 00 91. 80 -8. 5% 7 Renesas 83. 10 90. 00 -7. 7% 8 台積電 TSMC 82. 17 76. 48 7. 4% 9 Sony 60. 25 50. 70 18. 8% 10 Philips 59. 25 56. 92 4. 1% 2005 資料來源:IC-Insight, IEK-IT IS (2006/03) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 2004 2005成長率 106 NCUE EDA
2005全球前十大半導體廠商 (2/2) 單位:億美元 2005 排名 公司名稱 11 Freescale 57. 80 55. 19 4. 7% 12 NEC 57. 35 64. 69 -11. 3% 13 Hynix 54. 95 46. 48 18. 2% 14 Micron 49. 70 46. 52 6. 8% 15 Matsushita 41. 20 43. 35 -5. 0% 16 AMD 37. 75 26. 59 42. 0% 17 Qualcom 34. 75 32. 24 7. 8% 18 Fujitsu 34. 10 35. 35 -3. 5% 19 聯電 UMC 32. 59 39. 00 -16. 4% 20 IBM 32. 50 31. 50 3. 2% 2005 資料來源:IC-Insight, IEK-IT IS (2006/03) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 2004 2005成長率 107 NCUE EDA
2005 我國資訊產品全球佔有率 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang ITIS (2006/3) 108 NCUE EDA
2005 我國IC市場結構 產品產值 國產內銷 國產外銷 4, 989(4, 862) 2, 154(2, 162) 2, 835(2, 700) IC市場 5, 803(5, 589) 海關出口 5, 308(5, 505) 封裝 /其他出口 2, 473(2, 805) 單位:億台幣 ( )表 2004年 海關進口 3, 649(3, 739) 資料來源:海關, 研院經資中心 ITIS計畫 (2006/4) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 109 NCUE EDA
2005 台灣IC產品型態分佈 邏輯 記憶體 Source: IEK-ITIS (2006/04) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 110 NCUE EDA
台灣IC設計業現況與產品應用領域 u 2005年台灣 IC設計成長動能來自顯示器與通訊相關產 品 u未來看好通訊與消費性產品 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 111 NCUE EDA
Taiwan No. 1 2005 全球主要晶圓代 生產廠商 排名 國家 全球佔有率 廠商 1 台灣 44. 8% 台積電 2 台灣 15. 4% 聯電 3 大陸 6. 4% 中芯 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 112 NCUE EDA
Taiwan No. 1 2005 全球主要封裝測試廠商 排名 國家 全球佔有率 廠商 1 台灣 21. 6% 日月光 2 美國 16. 9% Amkor 3 台灣 10. 8% 矽品 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 113 NCUE EDA
Taiwan No. 1 2005 全球主要Mask ROM廠商 排名 國家 全球佔有率 廠商 1 台灣 91. 2% 旺宏 2 韓國 8. 3% 三星 3 日本 0. 5% NEC 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 114 NCUE EDA
Taiwan No. 1 2005 全球主要大尺寸LCD Driver IC廠商 排名 國家 全球佔有率 廠商 1 台灣 20% 聯詠 2 韓國 20% 三星 3 台灣 17% 奇景 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 115 NCUE EDA
Taiwan No. 1 2005 全球主要DVD MPEG-2 Decoder廠商 排名 國家 全球佔有率 廠商 1 台灣 57% 聯發 2 以色列 17% Zoran 3 美國 14% ESS 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 116 NCUE EDA
2005 我國 IC產業家族 設備儀器 資金人力資源 CAD CAE 設 計 材料 光罩設計 邏輯設計 • 268 (+8) 光罩 • 4 封 裝 晶粒測試及切 割 製造 • 13 封 裝 (+0) • 33 ( -4) 成品測試 測 試 • 35 ( -2) 基板 • 15 長 晶 晶圓切割 • 8 晶圓 (+0) 導線架 • 4 化學品 • 19 附註: 表示增加廠商家數 + 資料來源:IEK-ITIS計畫 (2006/3) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 服務支援 貨運 海關 科學園區 117 NCUE EDA
台灣IC產業產值 (億台幣) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 118 NCUE EDA
我國 IC產業展現 億台幣 06/05成長 2005 2006 11, 179 13, 933 24. 6% 設計業 2, 850 3, 234 13. 5% 製造業 5, 874 7, 667 30. 5% 封裝業 1, 780 2, 108 18. 4% 測試業 675 924 36. 9% 率 產業產值 資料來源:IEK-ITIS計畫 ( 2007/3) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 119 NCUE EDA
2005年我國前十大 IC製造公司 2004年 2005年 公 司 業 別 2005年 2004年 成長率 營業額 (億台幣 ) (%) 排名 排名 1 1 台積電 (Foundry) 2, 646 2, 560 3. 4 2 2 聯 電 (Foundry) 908 1, 173 -22. 6 3 3 力 晶 (DRAM) 516 574 -10. 1 5 4 南 亞 (DRAM) 498 405 23% 4 5 茂 德 (DRAM) 295 430 -31. 4 6 6 華 (IDM, DRAM) 278 312 -10. 9 - 7 (DRAM) 156 259 283. 3 8 8 旺 宏 (IDM) 189 229 -18. 8 7 9 茂 矽 (DRAM) 114 158 -39. 8 9 10 世界先進 (Foundry) 38. 5 47 -28. 3 邦 華亞科技 資料來源: 研院 IEK-ITIS計畫 (2006/3) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 120 NCUE EDA
台灣前五大IC封裝公司 2004年排名 2005年排名 公 司 2004年營 收 2005年營收 成長率 1 1 日月光 535. 4 689. 0 28. 6% 2 2 矽品 318. 5 387. 7 21. 7% 3 3 華泰 67. 3 57. 1 -15. 1% 4 4 南茂 54. 7 54. 3 -1. 0% 5 5 超豐 53. 3 65. 0 21. 9% 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 121 NCUE EDA
台灣前20大IC設計公司 2005 2004 2005/2004 Major Products. Company Rank Revenue (M NT$) Growth Rate Media. Tek 聯發科 1 46, 491 40, 054 16. 10% CD-ROM, DVD-ROM and CD-R/RW driver ICs, GSM/GPRS ICs Novatek 聯詠 2 25, 984 17, 511 48. 40% LCD driver and control ICs, video display, commercial and IM products VIA 威盛 3 19, 134 19, 373 -1. 20% PC chipsets, Processors, Graphic ICs Suplus 凌陽 4 18, 781 18, 940 -0. 80% LCD driver and control ICs, Multi-Media ICs, Voice/Music ICs and ASICs Himax 奇景 5 17, 760 10, 084 76. 10% LCD driver and control ICs SIS 矽統 6 11, 534 10, 648 8. 30% PC chipsets, WLAM ICs and IA products Realtek 瑞昱 7 10, 636 9, 311 14. 20% Communication Network ICs, Computer Peripheral & Multimedia ICs Etron 鈺創 8 6, 705 6331 5. 90% DRAM, SRAM, Flash memory ICs Phison 群聯 9 6, 308 3991 58. 10% USB flash controller, NAND flash application Raraday 智原 10 5, 745 5, 043 13, 90% IP design service ESMT 晶豪 11 5, 710 8, 708 34. 43% DRAM, SRAM, Flash memory ICs Mstar 晨星 * 12 5, 060 2, 860 76. 9% LCD driver, Mixed Mode ICs EMC 義隆 13 4, 439 5, 335 16. 80% Consumer ICs, Microcontroller, PC peripherals ICSI 矽成 14 4, 267 5, 031 15. 19% memory ICs Ali 揚智 15 4, 128 6, 085 -32. 16% DVD, optical storage, multimedia peripheral, wireless LAN, and core logic chipset Holtek 盛群 16 3, 718 3, 838 -3. 12% MCU Sitronix 矽創 17 3, 622 2, 290 58. 14% Microcontroller, Display Driver IC Coasia 擎亞 * 18 3, 170 1, 914 65. 62% ASIC design service APEC 富鼎 19 3, 011 2, 023 48. 83% Power MOSFETS, IGBTS, power ICs Pixart 原相 20 2, 971 1, 974 49. 65% CMOS image sensor (單位:M of US$) Source: 研院IEK-ITIS計畫 (March 2006)、STC/ITRI整理(March 2006) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 122 NCUE EDA
全球前20大Fabless公司 2005 2004 2005/2004 Major Products. Company Rank Revenue Rank Qualcomm 1 3, 457 1 3, 224 7. 23% CDMA Broadcom 2 2, 671 2 2, 401 11. 25% Bluetooth, network processor, digital cable, DTV, WLAN, Vo. IP, multimedia processors Nvidia 3 2, 376 3 2, 010 18. 25% graphics and digital media processors San. Disk 4 2, 306 5 1, 777 29. 77% flash storage card ATI 5 2, 199 4 2, 141 2. 71% 3 D graphics and digital media silicon Avago 6 1, 800 1, 697 6. 07% Optoelectronics, RF/microwave components and enterprise ASICs (Agilent spin-off) Marvell 7 1, 670 7 1, 225 36. 33% Switching, transceiver, wireless, communications controllers, and storage Xilinx 8 1, 645 6 1, 589 3. 52% FPGA, CPLDs Media. Tek聯發科 9 1, 444 8 1, 199 20. 43% CD-ROM, DVD-ROM, CD-R/RW driver ICs, GSM/GPRS ICs Altera 10 1, 124 9 1, 016 10. 63% System-on-a-programmable-chip Conexant 11 813 10 915 -11. 15% DSL, cable modem, network processors, video encoders/decoders, STB, Vo. IP Novatek聯詠 12 807 14 524 54. 01% LCD driver and control ICs, video display, commercial and IM products VIA威盛 13 594 11 580 2. 41% PC chipsets, Processors, Graphic ICs Suplus凌陽 14 584 12 567 3. 00% LCD driver and control ICs, Multi-Media ICs, Voice/Music ICs and ASICs Himax奇景 15 552 19 301 83. 39% LCD driver and control ICs M-Systems 16 540 348 55. 17% USB smart drivers, embedded flash drives Qlogic 17 521 543 -4. 05% SAN Aeroflex UTMC Micro 18 503 461 9. 11% CSR 19 486 SST 20 431 13 Revenue Growth Rate (單位:M of US$) SRAM 253 16 92. 09% Bluetooth, WLAN 449 -4. 01% flash memory and medium density devices ◆前20大IC設計公司中,以從事通訊產品與多媒體的業者居多 ◆營收超過 10億美元家數增加至 10家 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. (2006/03) 資料來源:FSA(2006/03); 研院 IEK(2006/03); 研院STC整理 Huang 123 NCUE EDA
台灣IC設計產業: 挑戰 (1) Ø 價格競爭壓力漸增 ü國外廠商也開始外包給具價格競爭力的晶圓 代 廠商,反手進入低階、低毛利市場,轉 採薄利多銷的策略,以避免『破壞性創新者 』的逐步市場滲透。 ü美國IC設計大廠也越來越重視成本控制,遂 把原本在歐美等地的研發中心轉移到台灣、 大陸與印度等研發人力成本較低的地方。 ü未來低價化的IC會成為市場主流 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 124 NCUE EDA
台灣IC設計產業:挑戰 (2) Ø 技術創新領域與專利實力 ü 以WLAN產品為例,由於在 2000~2003年間台灣 WLAN網卡與基地台的代 市場呈現爆發性成長,台 灣既有的IC設計公司,不論原來生產消費性、通訊或 電腦週邊IC,加上數十家新設的IC設計公司,皆投入 當時主流的802. 11 b基頻晶片(Baseband)規格, 企圖爭取原本由美國Intersil公司所壟斷的的市場。 但後來Broadcom、Agere、TI等通訊大廠加入市場 以後,主導新一代的WLAN規格 802. 11 g,使得台灣 廠商受傷慘重。 ü 未來的潛力產品與網路通訊技術勢必整合,缺乏網路 通訊技術的系統產品與IC設計廠商將很難在下一場競 局中立足。 ü 專利權的掌握也是未來台灣IC設計業發展的一大隱憂 l. Xilinx與Qualcomm等IC設計大廠所公告的專利數 目,即超過台灣所有IC設計公司的專利總和。 l常常成為美日等大廠專利訴訟的對象 NCUE 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 125 EDA
近年來台灣IC業與國外業者的專利侵權爭議 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 126 NCUE EDA
台灣IC設計產業:挑戰 (3) Ø 研發與 程人才缺乏 ü 國內每年相關科系畢業的人數仍不敷產業所需 l 目前從業 程師約有30萬人,每年需求增加 3萬人,其中電 子資訊需求人數佔 80%,約為 2萬 4千人,但每年畢業人數 僅有8千人,不足近 1萬 6千人。 l 人才招攬的觸角延伸至大陸各地 ü 研發與 程人才跳槽與挖角風氣盛行 l 公司往往會面臨技術斷層 l IC設計業者不太願意培養新人 ü In need of senior engineers 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 127 NCUE EDA
台灣IC設計產業:挑戰 (4) Ø 技術聚合與競合策略 ü So. C的技術趨勢與數位聚合的發展 l 而同業競爭的加劇將導致產品生命週期更為縮短,進一 步壓縮IC設計業的獲利空間 l 如何快速取得其他互補的關鍵技術 n n n 自行開發 水平購併(horizontal integration 策略聯盟 選購矽智財 採用更高階的製程使單顆晶片的成本下降 ü 跨國購併,國際化的管理、調解跨國文化衝突、留 住關鍵的人才 ü Software is also critical! 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 128 NCUE EDA
近年來與台灣IC設計業者相關的購併案 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 129 NCUE EDA
台灣IC設計產業:挑戰 (5) Ø 經營模式與競爭動態 ü SIP供應商的與IC設計服務業者的出現,使得IC設計走 向模組化、零件化的設計模式,配合EDA 具的效能 提升,新競爭者得以以標準IP組裝方式,快速搶佔市場, 市場進入障礙因而降低。 ü IC設計業者如何掌握關鍵的自有的IP,或是提高客製化 的價值,顯然是當務之急。 ü 晶圓代 廠的競爭也逐漸進入白熱化,使得IC設計公司 有多源供應環境,可以提高價格競爭能力 ü 晶圓代 廠、IC設計、設計服務、SIP供應商、與系統 業者間,如何構成有效率的虛擬IDM,以維持國際競爭 力與長期成長動力,應該是So. C趨勢下IC設計業者的重 要策略課題。 ü 韓國半導體大廠(如三星與LG)的垂直整合模式,有 其一定的全球競爭優勢,逐漸形成對台灣IC產業的競爭 壓力 ü 究竟專業分 與垂直整合兩種模式,哪種有利於半導體 產業未來的發展? 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 130 NCUE EDA
IC測試產業概論
設計島 /創意島 Design Island/ Innovative Island IP Mall TW Design Houses IP Mall Foreign Design Houses IP Mall 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 132 NCUE EDA
ITRS Ø TWG (Test Working Group) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 133 NCUE EDA
Semiconductor Industry
Ø Summary in ITRS 2001 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 135 NCUE EDA
2008台灣IC產業產值概況 Ø IC四大產業: 2008台灣 IC產業 第 1季產值 (億元 ) 季增率 年增率 設計業 製造業 封裝業 測試業 916 1702 565 245 -8. 90% -7. 60% -11. 70% -11. 90% 9. 00% -7. 70% 13. 00% 6. 50% 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 136 NCUE EDA
IC Packaging/Testing Industry
Defect Level ~退貨率 106 ppm Y=1% Defect Level Y=50% Y=90% 100 ppm 0 Y=99. 99% Defect Coverage 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 100% 138 NCUE EDA
Typical Test Procedure 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 139 NCUE EDA
Peer-Eye Inspection 目視 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 140 NCUE EDA
自動測試機台(ATE) Ø ADVANTEST’s ATE: 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 141 NCUE EDA
Probe Card 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 142 NCUE EDA
ATE: Automatic Test Equipment Ø Mount Ø Die Attach 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 143 NCUE EDA
Ø Advantest’s Handler 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 144 NCUE EDA
Ø Verigy’s 93000 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 145 NCUE EDA
Constructing an RF ATE 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 146 NCUE EDA
全球半導體封測市場 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 147 NCUE EDA
Ø 2003 -2005台灣主要封測廠商營收表現概況表 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 148 NCUE EDA
Ø 2002 -2004全球前十大封測廠商 2004排行 2003排行 廠商 2004營收 2003營收 2002營收 1 1 日月光 2427 1682 1310 2 2 艾克爾 1901 1604 1406 3 4 矽品 1046 805 641 4 3 新科金朋 1037 810 590 5 5 南茂 451 265 195 6 8 京元電 300 200 154 7 6 嘉森 275 215 184 8 12 力成 229 129 84 9 7 華泰 218 209 210 10 10 ASAT 217 176 - Source : Semiconductor Technology Center, 2005年 7月 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 149 NCUE EDA
Ø 2006 -2007測試產業排名 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 150 NCUE EDA
近年台灣IC產業產值概況 Ø 2006 ü Dataquest指出,全球封測產值預估為 428 億美元,2008年將 達 502億美元,維持穩定 21% Ø 2007 ü 記憶體產業釋單整合,預估測試產業全年產值可望較 2007年成 長 9. 3%,達到 1118億元 ü 2007 DRAM Vistia不如預期 茂德力晶等虧 500億 Ø 2008年台灣IC產業產值年增 4. 4%(ITRI/IEK) ü Q 1: 3428億元(-8. 9% vs. 07 Q 4, +0. 4%vs. 07 Q 1) ü ITIS預估 2008年台灣封裝業產值可達 2525億元,較2007年成長 10. 7% 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 151 NCUE EDA
Who ATE the other half of the Pie? 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 152 NCUE EDA
台灣測試業重要指標 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 153 NCUE EDA
台灣測試業營業額比例 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 154 NCUE EDA
彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 155 NCUE EDA
彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 156 NCUE EDA
So. P, Si. P, So. C, No. C 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 157 NCUE EDA
Ø 測試業產值 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 158 NCUE EDA
認識重要機構與網路資源
Introduction to Related Institutes 1. NSC (國科會 ) 2. CIC (國家晶片中心 ) 3. 教育部顧問室 VLSI聯盟 (VLSI Consortium) 4. 台灣半導體產業協會 (TSIA) 5. 研院 (ITRI) 電通所 (CCL) / STC 6. 經濟部 業局 『 產業提昇計畫 』SIPO 7. 挑戰 2008:國家發展重點計畫 8. 台灣積體電路學會 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 160 NCUE EDA
Related Speech 1. IC製造業回顧與展望 2002) (TSIA, 2. 電子資訊產業策略 ( 業局 , 2004) 3. Innovation In Taiwan (NCTU, 2001) 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 161 NCUE EDA
ITRS 國際半導體技術指標 Ø 機構 üInternational Technology Roadmap of Semiconductor ü各主要國家之ISA參與 Ø 主要任務 ü每年對半導體各細項做評估預測,開會討論 後出版報告 ü常具權威性提供產學參考 彰師大電子 程導論(4) IC設計領域與產業介紹, 2011/10/06, T. -C. Huang 162 NCUE EDA
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