《電子技術(shù)應(yīng)用》
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為何使用Zynq SoC可以讓企業(yè)產(chǎn)品利潤激增?

客戶認(rèn)識到基于賽靈思的Zynq Soc開發(fā)產(chǎn)品系列能夠最大化其收入
2014-09-29
作者:Mike Santarini

2011年年末賽靈思推出Zynq®-7000 All Programmable SoC之后已經(jīng)催生出眾多產(chǎn)品。Zynq SoC現(xiàn)在已經(jīng)成為全球眾多最具創(chuàng)新性的最新產(chǎn)品的核心,如:汽車、醫(yī)療與安全監(jiān)控產(chǎn)品、以及使工廠變得更安全、更環(huán)保和更高效的先進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。另外,Zynq SoC也在新一代有線和無線通信基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備以及眾多新興物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中贏得一席之地。

Zynq SoC在單芯片上完美集成了雙核ARM® Cortex™-A9 MPCore 處理器、可編程邏輯和關(guān)鍵外設(shè),這不僅讓客戶親自體驗(yàn)到了所帶來的無與倫比的多功能性,而且越來越的客戶將該器件的用途從作為單個(gè)插口的首選處理器擴(kuò)展到成為整個(gè)產(chǎn)品系列的首選平臺。通過實(shí)施充分發(fā)揮Zynq SoC和軟硬重用優(yōu)勢的平臺戰(zhàn)略,客戶能夠快速打造其產(chǎn)品的眾多衍生品或變體。因此最終能夠提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)力和盈利性。

現(xiàn)在讓我們看一下平臺電子產(chǎn)品巨頭公司采取哪些措施來提高其盈利能力;Zynq SoC為何遠(yuǎn)優(yōu)于ASIC、單獨(dú)的ASSP甚至是ASSP+FPGA雙芯片平臺實(shí)現(xiàn)方案;以及您如何順利利用Zynq SoC迅速提高自己公司的盈利能力。

在許多人眼中“平臺”已成為營銷方面的陳詞濫調(diào)。但是,電子行業(yè)諸如蘋果、英特爾和思科等眾多公司已經(jīng)通過有效實(shí)施平臺業(yè)務(wù)戰(zhàn)略一舉成為高盈利電子產(chǎn)品領(lǐng)導(dǎo)者。在實(shí)施平臺戰(zhàn)略過程中,公司需要大量前期投入用于創(chuàng)建和編制專為其電子產(chǎn)品平臺初始版本設(shè)計(jì)的模塊。他們?nèi)缓蟀堰@些設(shè)計(jì)模塊轉(zhuǎn)變成IP模塊,經(jīng)過重新利用快速、輕松將這些模塊擴(kuò)展為衍生產(chǎn)品系列、模型以及新一代產(chǎn)品,從而能夠更快、更輕松地以更低設(shè)計(jì)成本和更少資源推出衍生產(chǎn)品。

獲得盈利能力所面臨的挑戰(zhàn)
研究公司國際商業(yè)戰(zhàn)略(IRS)在其2013年報(bào)告《系統(tǒng)IC業(yè)務(wù)成功要素》中總結(jié)到:采用從28nm到20nm、16nm和10nm不斷提高的工藝節(jié)點(diǎn)技術(shù)生產(chǎn)ASIC或ASSP器件,成本會(huì)不斷增加,那些生產(chǎn)其自有芯片的公司需要更加努力才能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的最終產(chǎn)品收入目標(biāo):即收入超過其最初研發(fā)投入的10倍。許多公司竭盡全力通過在各個(gè)節(jié)點(diǎn)打造多種衍生產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)10倍目標(biāo)。

“衍生設(shè)計(jì)成本會(huì)達(dá)到初始設(shè)計(jì)成本的20%,也就是說,如果某項(xiàng)新產(chǎn)品系列的決策需要非常高的開發(fā)成本,則可以用低得多的成本實(shí)現(xiàn)衍生設(shè)計(jì)。為了最大化收入和利潤,公司所具有的優(yōu)勢是在一個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)多種[衍生]設(shè)計(jì),”該報(bào)告指出。“在一個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)僅實(shí)現(xiàn)一兩個(gè)設(shè)計(jì)會(huì)造成極高的前期成本而且要獲得良好財(cái)務(wù)回報(bào)還會(huì)帶來高風(fēng)險(xiǎn)。”

 

 

圖1 – IC的初始開發(fā)成本隨引入各種新的芯片工藝技術(shù)而提高。相比之下,在相同節(jié)點(diǎn)開發(fā)后續(xù)衍生產(chǎn)品的成本要低得多,因此實(shí)現(xiàn)10倍于設(shè)計(jì)成本的最終產(chǎn)品收入目標(biāo)要容易得多。平臺設(shè)計(jì)讓公司能夠快速開發(fā)衍生設(shè)計(jì)并提高盈利性。

“能夠降低新產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)成本的新設(shè)計(jì)概念有望給半導(dǎo)體行業(yè)結(jié)構(gòu)帶來巨大變化,”該報(bào)告隨后指出。“但是,在新的設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)之前,由于特征尺寸降低,半導(dǎo)體公司需要根據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)不斷變化的財(cái)務(wù)指標(biāo)調(diào)整其商業(yè)模式。”[資料來源:國際商業(yè)戰(zhàn)略公司(IBS)(2013/2014年)]

IBS在研究中指出28nm ASIC或ASSP的設(shè)計(jì)成本(首批或初始產(chǎn)品)高達(dá)2.3億美元(圖1)。而衍生設(shè)計(jì)成本要低得多:僅有3,560萬美元。因此,為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩類器件的10倍收入目標(biāo),復(fù)雜器件需要13億美元投資,而衍生產(chǎn)品只需3.56億美元 [資料來源:國際商業(yè)戰(zhàn)略公司(IBS)(2013/2014)]。

IBS研究表明,公司需要650個(gè)工程年度才能設(shè)計(jì)出復(fù)雜的28nm ASIC。相比而言,28nm衍生ASIC設(shè)計(jì)的開發(fā)時(shí)間只需169個(gè)工程年度,前者是后者的3.8倍。

假設(shè)ASIC團(tuán)隊(duì)的新設(shè)計(jì)開發(fā)符合摩爾定律并且開發(fā)周期為2年,則需要用325名工程師花費(fèi)兩年時(shí)間完成復(fù)雜的28nm ASIC。但是,只需要85名工程師就能夠在兩年內(nèi)完成28nm ASIC的衍生品開發(fā)。

而如果公司也用全部325名工程師開發(fā)衍生設(shè)計(jì),則他們只需6個(gè)月就能完成任務(wù)(圖2)。

圖2 – 衍生設(shè)計(jì)可以減少上市時(shí)間、開發(fā)時(shí)間和成本,同時(shí)使更易于達(dá)到盈利能力目標(biāo)。

 

圖2 – 衍生設(shè)計(jì)可以減少上市時(shí)間、開發(fā)時(shí)間和成本,同時(shí)使更易于達(dá)到盈利能力目標(biāo)。

另外,如表1所示,如果假定初始的復(fù)雜設(shè)計(jì)采用325名工程師達(dá)到13億美元的10倍收入回報(bào)目標(biāo),則目標(biāo)市場只需達(dá)到初始ASIC市場收入規(guī)模80%(10.4億美元)的衍生設(shè)計(jì)只需85名工程師在兩年內(nèi)就能夠開發(fā)出凈現(xiàn)值(NPV)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過初始ASIC設(shè)計(jì)NPV的產(chǎn)品。(NPV 定義是現(xiàn)金流入與流出現(xiàn)值差額。此概念在資本預(yù)算中用于分析某項(xiàng)投資或某個(gè)項(xiàng)目的盈利能力。)

表1 – 開發(fā)衍生設(shè)計(jì)具有可觀的凈現(xiàn)值(NPV)和更加出色的盈利性指數(shù)。

 

表1 – 開發(fā)衍生設(shè)計(jì)具有可觀的凈現(xiàn)值(NPV)和更加出色的盈利性指數(shù)。

此外,衍生設(shè)計(jì)比初始ASIC具有更高得多的“盈利能力指數(shù)”(PI)(NPV除以研發(fā)支出)。即使衍生產(chǎn)品僅達(dá)到初始設(shè)計(jì)市場規(guī)模的一半(6.5億美元),其也具有優(yōu)于初始ASIC的NPV,而PI基本相同。

平臺:實(shí)現(xiàn)盈利衍生品的最佳戰(zhàn)略
面對不斷增加的研發(fā)成本、日漸激烈的競爭以及消費(fèi)者對更好產(chǎn)品日益苛刻的需求,越來越多的半導(dǎo)體公司和電子產(chǎn)品系統(tǒng)公司開始轉(zhuǎn)向?qū)で笃脚_戰(zhàn)略來快速創(chuàng)建衍生產(chǎn)品并最大限度提高盈利性。平臺戰(zhàn)略能夠進(jìn)一步降低產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間、加速上市進(jìn)程并節(jié)省工程時(shí)間成本,同時(shí)能夠提高各種衍生產(chǎn)品或新一代產(chǎn)品的盈利性。

正如IBS研究所顯示,企業(yè)通過開發(fā)衍生設(shè)計(jì)“優(yōu)化收入和利潤”。而采用平臺方法在相同節(jié)點(diǎn)開發(fā)多種衍生產(chǎn)品(也就是說,衍生產(chǎn)品的衍生產(chǎn)品)使企業(yè)能夠進(jìn)一步優(yōu)化收入與利潤,因?yàn)楦鱾€(gè)后續(xù)設(shè)計(jì)都能受益于在之前設(shè)計(jì)中學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、重新利用以及對客戶需求更準(zhǔn)確的了解。

處理選擇是平臺成功的關(guān)鍵
企業(yè)在實(shí)施平臺戰(zhàn)略時(shí)做出的兩項(xiàng)最重要的業(yè)務(wù)決策實(shí)際上是關(guān)鍵技術(shù)決策:眾多處理系統(tǒng)中哪一個(gè)會(huì)成為產(chǎn)品平臺的核心?該處理系統(tǒng)的哪種芯片實(shí)施方案最適合提高盈利性?

在平臺戰(zhàn)略中,處理系統(tǒng)必須滿足或者超過應(yīng)用軟件和系統(tǒng)需求。它必須具備可擴(kuò)展性并且易于擴(kuò)展;必須具有不斷增長的大型成熟生態(tài)系統(tǒng);而且必須允許設(shè)計(jì)人員和工程師利用之前的設(shè)計(jì)成果。最后,它必須來自具有發(fā)展規(guī)劃且成熟穩(wěn)定的供應(yīng)商,而且該供應(yīng)商并未持有偏離其發(fā)展規(guī)劃或者不斷推出無盡勘誤的不良記錄。雖然有一些候選產(chǎn)品符合上述某些要求,但是能夠滿足或超過全部上述要求的系統(tǒng)是ARM微處理器架構(gòu)。

ARM已經(jīng)成為PC之外一切設(shè)備的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)嵌入式架構(gòu)。如今采用高級嵌入式處理技術(shù)的絕大部分電子系統(tǒng)——從手機(jī)、汽車到醫(yī)療設(shè)備——都采用ARM處理器內(nèi)核。尤其是ARM的Cortex-A9處理器架構(gòu)成為許多種片上系統(tǒng)(SoC)的核心。其不僅已用于專門針對前言智能手機(jī)、平板電腦等高量產(chǎn)增值產(chǎn)品開發(fā)的ASIC設(shè)計(jì)中,而且還用于眾多ASSP設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)主要針對那些希望進(jìn)軍由于缺乏功能差異化而主要展開價(jià)格競爭的中小規(guī)模成熟市場的公司而開發(fā)。

為了增強(qiáng)產(chǎn)品差異化,許多企業(yè)基于ARM處理系統(tǒng)創(chuàng)建了將FPGA與現(xiàn)成ASSP融為一體的產(chǎn)品平臺。他們可以在這種配置中實(shí)現(xiàn)硬件與軟件細(xì)分,從而創(chuàng)造更廣泛的特性組合或者靈活、可升級、性能更高的終端產(chǎn)品——其可幫助他們戰(zhàn)勝那些提供仿效式僅可軟件編程的ASSP實(shí)施方案的競爭對手。在這些ASSP中添加賽靈思FPGA已經(jīng)幫助眾多企業(yè)的產(chǎn)品在市場中脫穎而出。

理想平臺解決方案:ZYNQ SoC
借助Zynq-7000 All Programmable SoC,賽靈思正在實(shí)施適合絕大部分嵌入式應(yīng)用的高穩(wěn)健性ARM Cortex- A9平臺解決方案。如表2所示,作為一種芯片平臺,Zynq SoC具備超過ASIC、ASSP以及ASSP+FPGA組合的眾多優(yōu)勢。與ARM處理系統(tǒng)的其他硬件實(shí)施方案相比,Zynq SoC不僅在NRE、靈活性、差異化、生產(chǎn)力/上市進(jìn)程等方面具有最佳特性組合,而且還具有最低衍生品成本和最低整體風(fēng)險(xiǎn)(表3)。

表2 - Zynq-7000 All Programmable SoC可為尋求實(shí)施平臺戰(zhàn)略的客戶提供理想的特性組合。

 

表2 - Zynq-7000 All Programmable SoC可為尋求實(shí)施平臺戰(zhàn)略的客戶提供理想的特性組合。

 

表3 – 低NRE費(fèi)用、靈活性等要素使Zynq SoC成為平臺戰(zhàn)略的理想選擇。

 

表3 – 低NRE費(fèi)用、靈活性等要素使Zynq SoC成為平臺戰(zhàn)略的理想選擇。

另外,Zynq-SoC與其他平臺實(shí)施方案相比具有巨大的成本優(yōu)勢。讓我們來看一下具體數(shù)據(jù)。

賽靈思 All Programmable SoC產(chǎn)品營銷與管理總監(jiān)Barrie Mullins表示,設(shè)計(jì)28nmASIC的平均成本是1.3億美元,而ASIC設(shè)計(jì)項(xiàng)目的10倍收入目標(biāo)則為13億美元。他指出,但是,基于Zynq SoC的典型設(shè)計(jì)項(xiàng)目本質(zhì)上其整體設(shè)計(jì)成本比ASIC實(shí)施方案低得多而且上市進(jìn)程也比其快。其原因是Zynq SoC能夠提供預(yù)設(shè)計(jì)、特征化、業(yè)經(jīng)測試與驗(yàn)證的成品SoC,其可以帶來軟件、硬件、I/O性能以及差異化靈活性。此外,Zynq SoC還受益于低成本且高度集成的賽靈思硬件與軟件設(shè)計(jì)工具,而ASIC工具流程不但復(fù)雜,而且具有嚴(yán)重的互操作性及兼容性問題,同時(shí)還需要支付高達(dá)數(shù)百萬的許可費(fèi)用。設(shè)計(jì)人員采用賽靈思推薦的UltraFast™方法時(shí)賽靈思的設(shè)計(jì)流程會(huì)尤為優(yōu)化。Mullins補(bǔ)充到,由于賽靈思生態(tài)系統(tǒng)IP已經(jīng)完成設(shè)計(jì)和預(yù)驗(yàn)證并且賽靈思工具可以生成中間件,因此IP認(rèn)證成本較低。

Mullins指出,因此典型Zynq SoC項(xiàng)目需要2300萬美元。由此實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)10倍收入目標(biāo)需要生命周期收入達(dá)到2.3億美元——此10倍目標(biāo)比實(shí)現(xiàn)ASIC實(shí)施方案所需達(dá)到的13億美元10倍目標(biāo)更易于實(shí)現(xiàn),而且也更可行(表4)。

表4 – Zynq SoC項(xiàng)目成本遠(yuǎn)低于同等ASIC項(xiàng)目。

 

表4 – Zynq SoC項(xiàng)目成本遠(yuǎn)低于同等ASIC項(xiàng)目。

采用的上述方法分析IBS數(shù)據(jù)時(shí),如果我們假設(shè)在Zynq SoC 中實(shí)現(xiàn)的初始復(fù)雜設(shè)計(jì)能夠完全占領(lǐng)同樣的13億美元目標(biāo)市場,則利用57名工程師只需要2300萬美元就能夠在兩年內(nèi)完成產(chǎn)品。

如果假設(shè)初始Zynq SoC設(shè)計(jì)具有與初始ASIC設(shè)計(jì)相同的20%利潤率,則初始Zynq SoC設(shè)計(jì)的NPV為1.0727億美元,而PI為3.7,其明顯優(yōu)于初始ASIC的1285萬美元NPV和僅有0.1的PI。利潤率同樣為20%的Zynq SoC的NPV與PI更加可觀(表5)。

 

 

表5 – NPV與盈利能力指數(shù)表明Zynq SoC遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于ASIC平臺。

對比利潤率同樣為20%的Zynq SoC平臺衍生品和能夠獲得初始設(shè)計(jì)市場80%的ASIC平臺衍生品發(fā)現(xiàn):Zynq SoC平臺的NPV達(dá)到9,666萬美元,PI為8.33;而ASIC衍生品的NPV為7,478萬美元,PI僅為2.14。同樣,能夠獲得初始Zynq SoC設(shè)計(jì)目標(biāo)市場50%的衍生品的NPV可達(dá)到5,634萬美元,PI為4.86,遠(yuǎn)優(yōu)于ASIC平臺衍生品。

即使讓ASIC平臺利潤率保持20%不變,而把其結(jié)果與利潤率較低的 –比如說15% - Zynq SoC對比(Zynq SoC單位成本可能更高),Zynq SoC仍然是優(yōu)異得多的盈利能力最大化方案。利潤率為15%的初始Zynq SoC設(shè)計(jì)的NPV達(dá)到7367萬美元,PI為2.45。這比初始ASIC的1,285萬美元NPV和低至0.1的PI相比也是巨大改進(jìn),盡管ASIC利潤率設(shè)定為20%。

對于目標(biāo)市場是初始Zynq SoC目標(biāo)市場的80%(10.4億美元)的Zynq SoC平臺設(shè)計(jì),其需要23名工程師用兩年時(shí)間開發(fā)出基于Zynq SoC的衍生產(chǎn)品。最后產(chǎn)品的NPV能夠達(dá)到6978萬美元,PI達(dá)到6.02。其稍低于ASIC衍生品7478萬美元的NPV。但是,利潤率為15%的Zynq SoC 衍生品的PI遠(yuǎn)優(yōu)于ASIC衍生品僅有2.14的PI,盡管ASIC的利潤率更高(20%)。

此外,目標(biāo)市場是初始Zynq SoC設(shè)計(jì)目標(biāo)市場的50%的Zynq SoC衍生設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)3955萬美元的NPV并且IP可達(dá)到3.41。其不但優(yōu)于ASIC衍生品僅為0.98的PI,而且也優(yōu)于初始Zynq SoC的PI。

值得注意的是,盡管利潤率隨給定市場的需求量變化,但是數(shù)據(jù)表明Zynq SoC即使對于大規(guī)模應(yīng)用也是理想的平臺選擇。即使把利潤率更高(20%)的ASIC平臺與利潤率更低(15%)的Zynq SoC平臺對比, Zynq SoC在財(cái)務(wù)和技術(shù)方面也是出色得多的平臺解決方案。對于小規(guī)模應(yīng)用,毫無疑問Zynq SoC平臺更是最大化盈利能力的最佳平臺選擇。

圖3 – 通過采用Zynq SoC平臺為多家汽車制造商和各個(gè)制造商的多個(gè)產(chǎn)品系列與型號提供服務(wù),賽靈思客戶已經(jīng)最優(yōu)化其初始設(shè)計(jì)投資,從而提高了盈利能力。

 

圖3 – 通過采用Zynq SoC平臺為多家汽車制造商和各個(gè)制造商的多個(gè)產(chǎn)品系列與型號提供服務(wù),賽靈思客戶已經(jīng)最優(yōu)化其初始設(shè)計(jì)投資,從而提高了盈利能力。

ZYNQ SOC確保平臺成功
目前,眾多應(yīng)用領(lǐng)域的眾多客戶通過把Zynq SoC用作其平臺戰(zhàn)略的核心以顯著提高其規(guī)模經(jīng)濟(jì)。專為汽車行業(yè)生產(chǎn)高級電子控制單元(ECU)的全球知名制造商就是一個(gè)很好的例子。該客戶正在把Zynq SoC用作平臺解決方案進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

借助Zynq SoC,同時(shí)充分發(fā)揮緊密集成的軟硬件IP的重利用優(yōu)勢,該公司已經(jīng)打造出了高度靈活的ECU平臺,其能夠根據(jù)多家汽車制造商的特殊需求及其不同產(chǎn)品系列、型號/配置與零配件包完成快速定制(圖3)。利用Zynq SoC作為中心平臺,該公司實(shí)現(xiàn)了規(guī)模經(jīng)濟(jì)最大化,降低了預(yù)算,同時(shí)向日益增多的客戶交付更多產(chǎn)品,最終能夠更快地向客戶提供定制ECU。

Zynq-7000 All Programmable SoC是針對大多數(shù)嵌入式應(yīng)用實(shí)施平臺戰(zhàn)略的最佳器件。憑借ARM處理與FPGA邏輯之間無與倫比的高集成度以及I/O可編程性,Zynq SoC使企業(yè)各級能夠協(xié)調(diào)其開發(fā)工作,同時(shí)以比競爭對手更快的速度向市場推出高度差異化的產(chǎn)品系列。Zynq SoC平臺使這些客戶能夠迅速提高其盈利能力。

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