Zynq SoC 給賽靈思帶來的收益

自賽靈思推出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)保和更高效的先進電機控制系統(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展到成為整個產(chǎn)品系列的首選平臺。通過實施充分發(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為何遠優(yōu)于ASIC、單獨的ASSP甚至是ASSP+FPGA雙芯片平臺實現(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)點打造多種衍生產(chǎn)品來實現(xiàn)10倍目標(biāo)。

“衍生設(shè)計成本會達到初始設(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)點實現(xiàn)多種[衍生]設(shè)計，”該報告指出。“在一個技術(shù)節(jié)點僅實現(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。”

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)點開發(fā)后續(xù)衍生產(chǎn)品的成本要低得多，因此實現(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名工程師達到13億美元的10倍收入回報目標(biāo)，則目標(biāo)市場只需達到初始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）遠遠超過初始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)略能夠進一步降低產(chǎn)品開發(fā)時間、加速上市進程并節(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)在實施平臺戰(zhàn)略時做出的兩項最重要的業(yè)務(wù)決策實際上是關(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。它必須具備可擴展性并且易于擴展；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、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、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現(xiàn)硬件與軟件細分，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)的其他硬件實施方案相比，Zynq SoC不僅在NRE、靈活性、差異化、生產(chǎn)力/上市進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可為尋求實施平臺戰(zhàn)略的客戶提供理想的特性組合。

表3 – 低NRE費用、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實施方案低得多而且上市進程也比其快。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數(shù)百萬的許可費用。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到2.3億美元——此10倍目標(biāo)比實現(xiàn)ASIC實施方案所需達到的13億美元10倍目標(biāo)更易于實現(xiàn)，而且也更可行（表4）。

表4 – Zynq SoC項目成本遠低于同等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遠遠優(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可達到5,634萬美元，PI為4.86，遠優(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，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能夠達到6978萬美元，PI達到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)計可以實現(xiàn)3955萬美元的NPV并且IP可達到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。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，該公司實現(xiàn)了規(guī)模經(jīng)濟最大化，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。

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