Die starke Nachfrage nach Halbleiterchips in den Bereichen Automobil, künstliche Intelligenz (KI), Datenverarbeitung und intelligente Terminals beschleunigt die Entwicklung der Halbleiterindustrie und wird bis 808.5 voraussichtlich auf 2030 Milliarden US-Dollar ansteigen. PricewaterhouseCoopers prognostiziert, dass im Jahr 2022 Allein der Umsatz des KI-bezogenen Halbleitermarktes wird auf über 30 Milliarden US-Dollar steigen, mit einer jährlichen Wachstumsrate von 50 %.

Gleichzeitig sind Halbleiterchips kleiner, schneller und leistungsfähiger geworden und ihre Flexibilität und Funktionalität wurde deutlich verbessert. Da das Design jedoch immer komplexer wird, steigt auch die Nachfrage nach Verifizierungsfähigkeiten und Verifizierungstechnologien der nächsten Generation. Die Einhaltung der funktionalen Sicherheit, die von vollständiger Rückverfolgbarkeit und einem strikten Dokumentenfluss abhängt, wird immer wichtiger. Halbleiterunternehmen übernehmen zunehmend Konzepte zur Wiederverwendung von geistigem Eigentum, um die Zeit bis zur Markteinführung zu verkürzen und Vorschriften einzuhalten. Die Einführung komplexerer Methoden zur Förderung von Design und Wiederverwendung wird das Geschäft verändern und die F&E-Effizienz um mindestens 20 % verbessern. 

Aufgrund des globalen Lieferkettenproblems und des explosionsartigen Wachstums der Chipnachfrage ist die Halbleiterindustrie in eine groß angelegte Kommerzialisierung eingetreten und der Wettbewerb auf dem Markt verschärft sich weiter. Vor kurzem haben die Vereinigten Staaten die Herstellung von Halbleiterchips durch Gesetze gefördert, um die Entwicklung des Halbleitermarktes weiter voranzutreiben. Mit der schrittweisen Ausweitung der Anwendung von Halbleiterchips auf immer neue Anwendungsfelder wird sich dieser Trend in den nächsten Jahren fortsetzen.

Der Druck auf die Markteinführungszeit und die effektive Wiederverwendung von geistigem Eigentum sind die beiden größten Probleme, mit denen Halbleiterunternehmen konfrontiert sind, und diese Probleme hängen eng zusammen. Obwohl die Wiederverwendung von IP ein wirksames Mittel ist, um die Markteinführungszeit zu verkürzen, müssen Unternehmen Standardstrategien zur IP-Wiederverwendung implementieren. Das Fehlen standardisierter Wiederverwendungsstrategien, -prozesse und unterstützender Tools hat das Wachstum der Produktivität beim Chipdesign erheblich behindert. Die Tatsache, dass die Fähigkeit zum Chipdesign rapide zunimmt, verkompliziert die Situation. Laut einer aktuellen Studie der University of Michigan steigt die Produktivität im Chipdesign jährlich um 28 %, während die Produktivität im Halbleiterbereich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 58 % schneller wächst.


Diese Produktivitätslücke folgt dem Trend der zunehmenden Kommerzialisierung von Halbleitern, der von den Unternehmen verlangt, im harten Wettbewerb eine gewisse Gewinnspanne aufrechtzuerhalten. Die standardmäßige IP-Wiederverwendungsstrategie wird zu einer notwendigen Voraussetzung, um die Markteinführungsanforderungen zu erfüllen und die Lücke zwischen Designfähigkeit und Designproduktivität zu schließen.

Compliance und Compliance-Management

Halbleiterunternehmen müssen zunehmend ISO 26262, ITAR und andere Compliance-/funktionale Sicherheitsstandards erfüllen. Das ist verständlich, denn viele Märkte, die das Wachstum von Halbleitern fördern, sind verbraucherorientierte Anwendungen. Da immer mehr Halbleiterunternehmen regulierte Branchen beliefern, müssen sie nachweisen, dass ihre Produkte die Sicherheitsanforderungen erfüllen können. Eine Reihe von Design- und Implementierungstools, die die Rückverfolgbarkeit des Chipdesigns automatisieren und sicherstellen können, sind für die Einhaltung des strengen Compliance-Prozesses unerlässlich.

Derzeit geben die meisten Halbleiterunternehmen immer noch an, dass sie für das Compliance-Management manuelle Prozesse verwenden und es an automatisiertem Management mangelt. Diese Methode eignet sich nur für die Verwaltung kleinerer Unternehmen. Mit der Ausweitung der Unternehmensgröße kann es jedoch immer schwieriger werden, verschiedene Compliance-Ebenen zu verwalten. Die Einführung eines Plattformansatzes zur Erreichung der Compliance kann dem Team eine ganzheitliche Sicht bieten und so die Einhaltung von Standards erleichtern. Obwohl es in diesem Bereich nur wenige Tools zur Automatisierung gibt, scheint eine Automatisierung im Hinblick auf die Compliance-Anforderungen dieser Standards erforderlich zu sein. Mit der Plattform kann der Compliance-Level verschiedener Single-Point-Tools in ihren spezifischen Anwendungsszenarien verfolgt und zusammengefasst werden.

Eingebettetes System und IP-Integration

Schätzungen zufolge wird der globale Markt für eingebettete Systeme bis 2027 um 6.3 % wachsen und 137.31 Milliarden US-Dollar erreichen. Eingebettete Software wird zu einem wichtigen Bestandteil vieler Produkte und immer mehr Produkte integrieren Hardware und Software. Dadurch wird das Chipdesign komplizierter, was die Zusammenarbeit zwischen Hardware-Designern und Software-Entwicklern erfordert.

Da die Grenze zwischen Hardware und Software verschwimmt, müssen Unternehmen ihren Design-Lebenszyklus auf einheitliche und klare Weise verwalten. Die Konfiguration ist wichtig, um die Korrelation zwischen Hardware- und Softwarekomponenten zu bewältigen, und sie kann die Rückverfolgbarkeit und eine einzige Faktenquelle für die Komponentenversionen im Design ermöglichen.

Bei einem typischen Chip bestehen mehr als 40 % der Chips aus kundenspezifischen ICs. Um das Design komplexer Mixed-Signal-SoCs zu beschleunigen, werden analoge Komponenten immer häufiger wiederverwendet. Mit anderen Worten: Es werden immer mehr analoge Schaltkreise in SoCs integriert. Die meisten Unternehmen geben an, dass das Chipdesign zunehmend neues oder bestehendes IP integrieren muss. Dies zeigt deutlich die Bedeutung des IP-basierten Komponentendesigns in der heutigen Halbleiterindustrie. Durch die Wiederverwendung von IP-Komponenten kann das Team weniger Zeit für die Integration aufwenden. Ein umfassendes IP-Lebenszyklusmanagement kann Designern eine hochwertige Plattform zum Auffinden, Identifizieren und Integrieren von IP bieten und so die IP-Integration und das Chip-Design vereinfachen.

Darüber hinaus nimmt der Anwendungsbereich des 2.5D-Designs allmählich zu. Viele Unternehmen haben angegeben, dass sie 2.5D-Design für ihre Produkte eingesetzt haben oder dies in Erwägung ziehen. Mit der Verlangsamung des Mooreschen Gesetzes ist das 2.5D-Design zur Aufrechterhaltung des SoC-Integrationsniveaus allmählich zum Trend der Marktentwicklung geworden.

Herausforderungen im Chipdesign

Das Chip-Design wird immer komplexer und das Problem der globalen Halbleiter-Lieferkette kann nicht gemildert werden, was einen gewissen Einfluss auf die Markteinführungszeit und den Gewinn von Halbleiterunternehmen hat. Unternehmen stehen bei dem Versuch, ihren Wettbewerbsvorteil aufrechtzuerhalten, vor zahlreichen Hindernissen.

Es ist eine Herausforderung, relevantes IP zu finden, das wiederverwendet werden kann. Derzeit besteht die Praxis von Halbleiterunternehmen darin, das IP in früheren Projekten wiederzuverwenden oder das IP-Verzeichnis des Unternehmens zu durchsuchen. Obwohl diese Methode effektiv ist, kann sie nicht die beste IP für das jeweilige Projekt erzeugen. Um die Designproduktivität zu verbessern und Halbleiterchipprodukte besser zu entwerfen, müssen Unternehmen nach einer standardisierteren und datenbasierteren Methode zur Realisierung der IP-Wiederverwendung suchen.

Designer geben an, dass es mindestens einen Tag oder länger dauert, die relevante IP für ihr Design zu finden, da es schwierig ist, die entsprechende IP zu finden. Anschließend muss der Designer das geistige Eigentum zertifizieren und in das Design integrieren. Um jedoch der steigenden Designnachfrage gerecht zu werden, können Designer einfach nicht einen Tag oder sogar länger mit der Suche verbringen. Daher wird es eine Entwicklungsrichtung sein, die Metadaten verschiedener Qualifikationsauthentifizierungstools im Design-Ökosystem in das IP-Verzeichnis und die Katalog-IP zu laden. Dieses Schema trägt zur Organisation und Beschleunigung des Integrationsprozesses bei und kann auch zur Bestimmung des Status und der Qualität von geistigem Eigentum verwendet werden. Gleichzeitig benötigt das Team zur besseren Klassifizierung von geistigem Eigentum eine umfassende Plattform, die Designer dabei unterstützt, den Status von geistigem Eigentum zu ermitteln, um den Suchprozess zu optimieren, die Wiederverwendung von geistigem Eigentum kontinuierlich zu fördern und die Markteinführungszeit zu verkürzen.

Darüber hinaus ist die Verfolgung und Bestimmung der Qualität von geistigem Eigentum für die Rückverfolgbarkeit sehr wichtig. Der Prozess, mit dem Designer feststellen, ob die Anforderungen erfüllt werden, indem sie die unterstützenden Beweise im Designprozess überprüfen und die Nutzung von geistigem Eigentum in verschiedenen Projekten im gesamten Unternehmen verfolgen. Eine IP-Plattform, die den Anforderungen und Nutzungsszenarien entspricht, kann dem Team Informationen über den IP-Zustand liefern, die für eine bessere Anwendung in zukünftigen Projekten hilfreich sind.

Chip-Design-Tools, denen Branchenführer vertrauen

Für Halbleiterunternehmen ergeben sich mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung des Chipdesigns höhere Anforderungen an Infrastrukturtools für Design und Entwicklung. Darunter sind IP-Management, Datenmanagement/Versionskontrolle, Produktlebenszyklusmanagement (PLM), Anforderungsmanagement, statische Codeanalyse usw. allesamt wesentliche Tool-Chain-Software für Halbleiterunternehmen. Darüber hinaus haben viele Unternehmen Chip-Design-Tools wie Befehlszeilen- und GUI-basierte Tools, Multi-Vendor-Präferenz und Cloud-Organisationsarchitektur weiter eingeführt.


IP-Verwaltung


Obwohl immer mehr Unternehmen IP als Kern für das Chipdesign nutzen, befindet sich die Einführung kommerzieller IP-Lebenszyklusplattformen noch in einem frühen Stadium. IP-Lifecycle-Management-Tools bilden die Grundlage für die Zusammenarbeit und tragen dazu bei, die Rückverfolgbarkeit sicherzustellen und die Markteinführungszeit zu verkürzen. Designer können Produkte mithilfe von IP anzeigen und sich über Fehler, abgeleitete Designs, Regressionsstatus usw. informieren. Diese Informationen sparen Suchzeit und minimieren unvorhergesehene Risiken, während sie dem Team gleichzeitig bei der Qualitätssicherung, Verteilung und Integration von geistigem Eigentum helfen.

Datenverwaltung/Versionskontrolle

Datenmanagement- und Versionskontrolllösungen kommen aus dem Entwicklungsbereich. Dieses Schema lässt sich bis in die Anfangsphase des Unternehmens zurückverfolgen und bildet eine Grundlage für das IP-Management. Eine Datenverwaltungslösung kann die IP-Verfolgung unterstützen, Ingenieuren leistungsstarke Metadaten zur Verfügung stellen, die sie für die Entscheidungsfindung benötigen, und zur Zusammenarbeit globaler Teams beitragen.

Zusammenfassung

Die Entwicklung der Halbleiterindustrie verändert sich von Tag zu Tag, und die immer stärkere Marktnachfrage hat die Halbleiterunternehmen vor größere Herausforderungen gestellt und gleichzeitig neue Möglichkeiten für die technologische und industrielle Entwicklung eröffnet. Da das Chip-Design immer komplexer wird, muss das technische Team schneller Innovationen und Iterationen durchführen. Unternehmen müssen die Marktnachfrage rechtzeitig erfüllen und die Lücke zwischen Designfähigkeit und Designproduktivität schließen.

Angesichts der steigenden Anforderungen an Konformität oder funktionale Sicherheitsstandards von Halbleiterprodukten ist die Rückverfolgbarkeit zu einer großen Herausforderung geworden. Die standardmäßige IP-Wiederverwendungsstrategie ist sehr wichtig, um Ihre IP-Investition voll auszuschöpfen. Eine effektive IP-Management-Plattform kann Designer dabei unterstützen, IP-Versionen zu finden, zu authentifizieren und zu verwalten. Durch den Einsatz einer solchen Plattformverwaltung kann IP während des gesamten Projekts wiederverwendet werden, was es Unternehmen ermöglicht, die Markteinführungszeit zu verkürzen und Gewinne aufrechtzuerhalten, ohne Einbußen bei Sicherheit oder Rückverfolgbarkeit hinnehmen zu müssen. Diese Untersuchung zeigt, dass die Vorteile der IP-zentrierten Designmethode durch den Einsatz der richtigen Managementtools maximiert werden können. Gleichzeitig haben Werkzeuglieferanten auch die Chance, potenzielle Anwendungsmärkte für diese Werkzeuge zu erschließen.

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