波士顿:芯片市场商业模式风云变幻 如何以价值为导向将研发效率提高20%?

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责任编辑:鲁能
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市场变化的风暴正打压半导体行业,撼动现有的商业模式。长期以来,半导体产品一直倾向于向少数PC和网络公司销售,如果要塑造技术发展的道路,芯片制造商现在必须在更广泛、更苛刻的生态系统中工作。他们必须为更多样化的用途创造更多芯片,并应对芯片设计日益增加的复杂性和成本。

芯片市场

波士顿咨询(BCG)的一份最新报告显示,经过多年的两位数增长后,半导体行业2016年至2020年的复合年增长率(CAGR)预计仅为3%至4%。

为了在这个艰难的新环境中取得成功,芯片制造商不仅要继续设计出优秀的产品,还要重新设计他们制作产品的方式。他们再也无法承受按照传统模式来实现增长——提高原始计算能力或连接速度,增加内存或创建新功能,这样的“死胡同”只会让他们最终付出代价。他们必须开发正确的东西——能够为最终用户提供最大价值和特定体验的芯片。而且,他们需要比以往更高效、更经济地开发这些产品。

半导体公司如何做到这一点?通过采用高度精细、基于价值的方法进行产品设计、工程和项目组合管理。BCG发现,这种方法对一些公司来说具有变革性,将研发效率提高了至少20%。因为当公司决定是进入新市场还是为新细分市场发布新芯片时,这些收益可以产生重大影响,因此它们可以对整体收入产生直接影响——实际上,效率的提升可以转化为TSR或市值的增长(高达15%至20%)。

芯片制造商采用基于价值的方法,不仅对下游应用者有利,对自己未来发展的影响也会很明显。

传统方法和思路已经过时

传统上,半导体公司只是从技术的角度来研究新产品或新工艺节点的开发。他们会问,“有什么可能?”然后就去创造它。当市场增长和技术创新都经历了巨大而迅速的飞跃时,这是正确的方法。但它通常没有考虑最终用户最看重什么,以及如何通过半导体产品解决他们的偏好。它也没有优化产品组合,以确保为能够形成最佳市场组合的产品提供最佳的功能组合。芯片制造商也不必特别主动或积极地创建更快、更便宜的设计周期。这样一来,许多人尚未采用可以显著加快开发速度并促进跨产品共享IP的流程。

但今天的市场已经发生了翻天覆地的变化。三股力量正在影响和改变半导体公司的工作环境。而且,它们使芯片制造商比以往任何时候都更加重视用户认为有价值的功能,最有效地分配资源,以及优化开发周期。这三种力量是:

物联网(IoT)的兴起。市场上出现了一系列联网的,通常是低成本的设备。这些产品与车载导航单元、“智能”恒温器和手表以及无人机一样丰富多样。实际上,专家估计到2020年,物联网将包含大约200亿个连接设备。有一点已经很清楚:半导体公司需要比以往更频繁地推出更多的定制芯片,以满足更多设备和OEM的需求。曾经拥有12种产品的芯片制造商,现在可能拥有120种产品。与PC和网络芯片不同,这些产品往往不会被以数万或数亿的价值或高利润销售。

增加创新成本。半导体行业比任何其他行业都更加专注于研发。在2015年的美国,研发支出约占收入的18%。但研发和销售的增长率或许更具说服力和具有启发性。在过去的二十年中,美国半导体公司的研发支出以6.5%的复合年增长率增长,而销售额仅增长了2.3%。这给研发生产力带来了压力,而创新成本的增加会加剧这种压力。随着每个连续工艺节点的出现,开发先进设计(如智能手机片上系统(SoC))的成本呈指数级增长。 2006年,65纳米(nm)节点级别的新产品的主流设计成本约为4,000万美元。到2014年,在14纳米节点级别,成本已经膨胀到1.75亿美元左右,并且随着10nm和7nm节点的预期到达,它将会涨得更高。(见图1)

芯片市场

缩短上市时间。创新不再提供长期和有利可图的竞争前置时间。例如,拥有先进技术的无线芯片制造商在竞争对手推出类似产品之前,曾经享有两到三年的市场溢价。但随着创新速度的下降和强大的竞争对手的出现,关键技术的上市时间缩短至不到六个月。

用价值的眼光看市场

以价值为基础的方法不仅有助于半导体公司应对当今市场的挑战,而且还能帮助其茁壮成长。它使芯片制造商能够更明智地分配资金,更有效地构建产品,并最终更成功地与其他制造商竞争。

这一切的核心基于一点——公司可以而且应该非常密切地检查产品。他们应该在非常详细的层面上分析价值创造和成本,仔细检查SoC中的不同组件或IP模块(如内存控制器,嵌入式处理器,接口和软件)。但他们也应该关注个人特征以及他们可以执行的各个级别。这种分析允许公司以极其精细的方式计算ROI,并在设计产品时使用该知识确定正确的组件,以及功能和性能级别的优先级。

这种方法的一个主要好处是,公司可以为其服务的每个子行业量身定制其业务模型。这是一个关键点,因为在其各个领域中,半导体行业一直在培养由小部分赢家(或两个)占据的市场。

然而,切换到价值为视角的思路不仅仅意味着产品投注就走上了正道。它还意味着尽可能高效地使用资源,使每一美元和每一秒都计算在内。 (见图表2)

芯片市场

以下标准构成了该方法的三个关键支柱:

采用基于价值的设计:构建正确的东西。确定客户最看重的产品、体验、功能和性能水平。然后使用这种洞察力在设计选择之间做出正确的权衡,并为定价决策提供信息。

优先考虑价值投资:投资于合适的投资组合。了解每个SoC组件的真实成本,从核心和图形处理单元(GPU)到第三方IP,以及不同功能的可能性能水平的成本。将其与组件或性能级别创建的值相关联,以做出更好的投资决策,确定是构建还是购买,并找出如何最大限度地重用IP。

优化开发周期:正确构建。采用新兴的最佳实践和简化的流程,例如以跨越式方式工作的交错设计团队,以及硬件开发的迭代方法,以更高效和经济高效地构建SoC。

到目前为止,公司只采用了基于价值的方法的某些部分,但他们已经取得了积极的成果。通过确定消费者对不同组件的价值,并利用这种洞察力为开发、定价和营销提供信息,PC部门的一个客户每年在收入、税收、折旧和摊销前的增量收入中产生了1亿美元。

掌握基于价值的方法的完整模型,将是一个巨大的挑战和差异化。能够做到这一切的公司会发现——他们不仅创建了合适的芯片,而且还建立了显著的竞争优势。

让我们更详细地看一下三个关键支柱以及使它们发挥作用的步骤。

基于价值的设计

对于芯片制造商而言,做出正确产品投注的关键是找到他们已经拥有或可能开发的技术资产与客户的特定需求之间的最佳结合点。要做到这一点,他们必须对两者都有一个细致的理解。

半导体公司知道他们的能力所限,但他们通常不太了解客户和最终用户对他们的价值。例如,芯片制造商知道人们想要智能手机,但是他们不知道是什么驱动了购买智能手机的决定:最终用户最看重的是哪些组件或功能?他们是否愿意为提高绩效水平付费?当他们购买600美元的手机而不是400美元的手机时,是什么促使他们花费额外的钱?

缺乏细粒度的洞察力意味着努力和资源往往被误导,投放到错误的方向。例如,当最终用户真正想要的是一个出色的图形引擎时,公司可能会在开发最先进的CPU方面投入大量资金。这些都会使问题复杂化,而且这些偏好可能因地点和客户群而异。

为了弄清楚触发销售的因素,芯片制造商必须将产品分解为所有单个产品,并确定最终用户对每个产品的价值。必须对芯片上的水平和垂直组件进行此分解。 (见图表3)

芯片市场

在水平层面上是各个组件:核心、GPU、总线、内存、加速器等。这些部件中的每一个占据芯片上的空间,并且该空间与产品的成本之间存在直接关联。例如,如果公司可以用较小的CPU替换原有CPU,那么其制造成本将会下降。也许更重要的是,替换为更高ROI的组件腾出了空间,甚至可以添加另一个USB端口。如果客户和最终用户重视额外的端口而不是处理能力的提升,那么这是一个值得做出的权衡。

在垂直层面也是如此,其中包括软件层和链接硬件和软件的固件。对于客户或最终用户的任何给定偏好——比如,改进的电池寿命优化软件,可能比更高的处理速度或更清晰的图形对性能产生更大的影响,并且还可以提高客户满意度。因此,淡化对CPU或GPU硬件的开发,以及将研发资源汇集到用于优化待机模式电池用途的软件,可以提高价值和投资回报率。

当然,公司仍然必须确定对客户和最终用户重要的内容,以及不同的性能水平、功能和体验如何影响他们对产品整体价值的看法。称为联合分析的统计技术在在这点上可以很好地发挥作用。(参阅图4)例如,公司使用这种技术,可以确定消费者编辑高清视频所需的时间减少25%、50%和100%时分别产生的相对价值。

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对用户偏好和价值的仔细检查,使芯片制造商能够在工程和营销之间取得适当的平衡。公司可以看到其研发资源和IP如何最好地用于创建差异化产品。由于这些产品专门改善了客户和最终用户最重视的体验,因此芯片制造商甚至可以为关键的差异化因素增加高价值。

基于价值的设计还使公司更清楚地了解产品如何匹配和适应具体的产品组合。了解最终用户对某个特定功能或性能水平的强烈关注非常重要,但芯片制造商可能会发现——用户非常重视各种功能和性能水平。我们的想法是要专注于那些可以纳入与主要客户和市场特别相关的产品。可以这样想——您确定了最终用户认为重要的两种功能。一个与单个产品相关,那么您可以向有限市场类别的少数小客户销售。另一个与四个产品相关,那么您可以向四个不断增长的市场中的主要设备制造商销售这些产品。现在,您就可以更好地了解要关注的功能和产品了。

优先为价值做投资

确定能创造最大价值的功能和性能水平,是进行更好的产品投注的关键第一步。但要真正优化投资并明智地在各组成部分之间分配研发资金,公司还必须以非常详细的方式了解成本。例如,能够在功能或性能水平上跟踪价值和成本的公司会看到它何时在一个方面中过度投资而在另一个方面中投资不足。但追踪这样的成本并不容易;它需要一定程度地去分析复杂性,这在业内并不常见。基于项目的测算——在非常精细的层面上实施——在这里可以非常有效,并且不需要进行太多的改变来实施。

在粒度级别来评估构建或购买决策也很重要。这是因为最大化创新投资回报率不仅仅是关注正确的能力和绩效水平。它还涉及知道何时使用第三方IP以及何时在内部开发。关键是要确定哪些IP可以真正帮助公司实现差异化。例如,将第三方资产用于更多商品化的IP,可能比从头开始构建它们更有意义。同样,代工厂可以为芯片设计公司提供某些基础IP和标准单元。使用代工厂的IP通常可以降低研发投资,并缩短提高生产所需的时间。

实际上,我们发现在内部开发的资产的所有考虑中,重复利用知识产权是非常有用的。原因很简单:IP开发占新产品成本的很大一部分;因此,循环利用IP意味着降低成本。

这一点尤其重要,因为IP可能会在多个方面重复使用。例如,子系统块(例如核和高速缓存)可以用于组件的不同版本。因此,基本级别的CPU可能包含四个内核,而“专业”版本可能包含八个内核,而“精简”版本只有两个(实际上,芯片制造商创建了两个额外的CPU而无需重新设计内核)。同时,组件本身——例如CPU、GPU及数字信号处理器,可以在不同的芯片组中重复使用。

重复利用IP可以节省大量成本。在一家公司,将新IP纳入产品所需的工作量是重复使用IP所需的15倍。即使重新使用部分必要的IP也大大减少了所需的工作量。然而,公司通常不会以一致或有效的方式重新使用IP。根据经验,公司将在大约50%到90%的时间内重复使用IP。

那么芯片制造商如何促进IP的重复利用呢?模块化设计——可根据需要换出组件和子组件,并定义标准化接口和通信总线 - 是关键的推动因素。(参阅图5)它可以帮助公司更轻松地整合现有的IP和第三方IP,缩短SoC开发时间,降低设计和测试成本。更重要的是,模块化设计还提高了制造商创建定制SoC的能力,使他们能够简单地挑选最合适的模块。

芯片市场

这些都是很大的优势,但模块化设计也存在一些缺点。 SoC性能通常比完全优化的设计低1%至5%。并且由于实施了标准化的SoC布局,使制造商能够根据需要上下扩展组件和性能,因此组件的定位可能不是最佳的,从而增加了硅片的成本。但总的来说,模块化的好处远大于成本。

其他实践也可以帮助优化IP重新利用。组件设计应由中央产品团队驱动,而不仅仅是SoC团队,以避免任何一个设计的过度定制。中央IP存储库可以使团队很容易找到可用的IP,而详细的文档可以使他们更容易将相关的IP集成到他们的设计中。此外,精心管理的IP版本和严格的版本控制可以促进兼容性。

优化发展周期

基于价值的方法的最后一个关键是尽可能快速有效地构建产品。在我们与半导体公司的合作中,我们发现遵守以下原则可能特别有用:

并行设计软件和硬件。在开发SoC时,半导体制造商传统上首先关注设计硬件。只有当这个过程顺利进行时,他们才会开始研究软件。通常,这会留下硬件准备就绪的时间间隔,但软件仍在进行中。如果将软件开发集成到前期路线图和设计过程中,则可以更快地将产品送到代工厂,从而可以从一开始就同时开发硬件和软件。这需要强大的硅片预仿真能力,这正成为半导体设计的重要组成部分。还要注意,更快的上市时间并不是获得的唯一好处。软件发布周期得到简化,版本质量也得到了提高。

使用越级设计团队。设计团队的安排,也可以加快创新和产品推出的步伐。例如,两个团队可以以跨越式的方式工作,而不是让一个团队开发连续的核心或IP块。因此,虽然第一个团队仍然在为N世代工作,但第二个团队开始研究第N + 1代。然后当第一个团队完成时,它从第N + 2代开始(第二个团队仍然在N + 1上),依此类推。为了有效地做到这一点,公司需要开发IP块路线图,并尽可能多地标准化和重用流程和工具。

采用迭代方法进行硬件开发。在此模型中,组件团队在开发期间的多个点向SoC集成团队提供设计,而不是在最后一次。在每个点上,集成团队分析并测试组件并提供反馈,设计人员将这些反馈纳入下一次迭代。此过程将持续到达到所有目标和标准。迭代开发意味着更快的时间进入代工厂进行生产,并缩短产品上市时间。

由于对智能和互联设备看似无法满足的需求,市场为半导体公司带来了新的机遇。但抓住这些机会,需要以新的和基本上不熟悉的方式思考研发生产力和投资组合管理。市场细分、价格下降和竞争加剧意味着建立优质产品已经不够了。今天的芯片制造商需要以正确的方式和正确的成本构建正确的产品,而且整个过程是不断变化的。

基于价值的方法可帮助芯片制造商掌握其客户和最终用户最为重要的功能和性能水平。它使他们能够全面了解产品如何在其产品组合中融合在一起,并确保最有效地分配研发和营销资源。这种转变并不简单;它需要使公司的文化、激励结构、流程、工具和治理适应新的范式。但好处很明显——在一个通常没有第三势力(甚至有时甚至是第二势力)的行业中,以价值为出发点可以帮助芯片制造商获得最大胜利。

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