Zynq SoC在電子產(chǎn)品方面的盈利能力分析 - 全文

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插口的首選處理器擴(kuò)展到成為整個產(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)計的模塊。他們?nèi)缓蟀堰@些設(shè)計模塊轉(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)計成本會達(dá)到初始設(shè)計成本的20%，也就是說，如果某項新產(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。為了最大化收入和利潤，公司所具有的優(yōu)勢是在一個技術(shù)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)多種[衍生]設(shè)計，”該報告指出。“在一個技術(shù)節(jié)點(diǎn)僅實(shí)現(xiàn)一兩個設(shè)計會造成極高的前期成本而且要獲得良好財務(wù)回報還會帶來高風(fēng)險?！?/p>

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)計成本的最終產(chǎn)品收入目標(biāo)要容易得多。平臺設(shè)計讓公司能夠快速開發(fā)衍生設(shè)計并提高盈利性。

“能夠降低新產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)成本的新設(shè)計概念有望給半導(dǎo)體行業(yè)結(jié)構(gòu)帶來巨大變化，”該報告隨后指出。“但是，在新的設(shè)計方法出現(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)不斷變化的財務(wù)指標(biāo)調(diào)整其商業(yè)模式?！盵資料來源：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)計成本要低得多：僅有3,560萬美元。因此，為了同時實(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個工程年度才能設(shè)計出復(fù)雜的28nm ASIC。相比而言，28nm衍生ASIC設(shè)計的開發(fā)時間只需169個工程年度，前者是后者的3.8倍。

假設(shè)ASIC團(tuán)隊的新設(shè)計開發(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，則他們只需6個月就能完成任務(wù)（圖2）。

圖2 – 衍生設(shè)計可以減少上市時間、開發(fā)時間和成本，同時使更易于達(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)計采用325名工程師達(dá)到13億美元的10倍收入回報目標(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)算中用于分析某項投資或某個項目的盈利能力。）

表1 – 開發(fā)衍生設(shè)計具有可觀的凈現(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)時間、加速上市進(jìn)程并節(jié)省工程時間成本，同時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“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，因為各個后續(xù)設(shè)計都能受益于在之前設(shè)計中學(xué)到的經(jīng)驗教訓(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)略時做出的兩項最重要的業(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)中哪一個會成為產(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)計人員和工程師利用之前的設(shè)計成果。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)計中，而且還用于眾多ASSP設(shè)計，該設(shè)計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（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28nmASIC的平均成本是1.3億美元，而ASIC設(shè)計項目的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)計項目本質(zhì)上其整體設(shè)計成本比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、特征化、業(yè)經(jīng)測試與驗證的成品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，同時還需要支付高達(dá)數(shù)百萬的許可費(fèi)用。設(shè)計人員采用賽靈思推薦的UltraFast?方法時賽靈思的設(shè)計流程會尤為優(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)計和預(yù)驗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項目需要2300萬美元。由此實(shí)現(xiàn)設(shè)計項目的標(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項目成本遠(yuǎn)低于同等ASIC項目。

采用的上述方法分析IBS數(shù)據(jù)時，如果我們假設(shè)在Zynq SoC 中實(shí)現(xiàn)的初始復(fù)雜設(shè)計能夠完全占領(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)計具有與初始ASIC設(shè)計相同的20%利潤率，則初始Zynq SoC設(shè)計的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，其需要23名工程師用兩年時間開發(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)計目標(biāo)市場的50%的Zynq SoC衍生設(shè)計可以實(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制造商的多個產(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。