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新世紀的軟件產業與集成電路產業
新世紀的軟件產業與集成電路產業 金 西 （中國科技大學） 編者按： 為推動我國信息產業和集成電路的發展，增強信息產業創新能力和國際競爭能力，帶動傳統產業改造和產品升級換代，國家實行“集成電路稅收優惠、軟件企業上市優先”的政策，國務院已于1999年7月印發了《鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策》。 為打破幾十年來，國內“硬件不做CPU，軟件不做操作系統”的現象，中國國家高技術智能計算機系統專家組日前以國家的行為通過各種方式聯合攻關，這為新世紀的軟件與集成電路產業大發展吹響了世紀的號角。 中國科技大學的金西老師，獲邀參加了中國國家高技術智能計算機系統(863-306)專家組主辦的第一屆中國自由軟件發展戰略研討會，并作了演講。現在我們將其在會議演講文稿及通過各種渠道了解到的發展動態綜述出來，答謝讀者多年來對我刊的支持與厚愛，同時衷心祝賀我國的軟件與集成電路產業在新世紀蒸蒸日上。 １國家鼓勵的主要產業政策 國家鼓勵的有關軟件產業和集成電路產業的主要產業政策如下： 第十條支持開發重大共性軟件和基礎軟件。國家科技經費重點支持具有基礎性、戰略性、前瞻性和重大關鍵共性軟件技術的研究與開發，主要包括操作系統、大型數據庫管理系統、網絡平臺、開發平臺、信息安全、嵌入式系統、大型應用軟件等基礎軟件和共性軟件。屬于國家支持的上述軟件研究開發項目，應以企業為主，產學研相結合，通過公開招標方式，擇優選定項目承擔者。 第十一條支持國內企業、科研院所、高等學校與外國企業聯合設立研究與開發中心。 第四十二條符合下列條件之一的集成電路生產企業，按鼓勵外商對能源、交通投資的稅收優惠政策執行。 (一)投資額超過80億元人民幣; (二)集成電路線寬小于0.25μm的。 2軟件產業 2.1我國軟件業現狀 進入21世紀，信息技術將滲透到經濟建設和社會生活的各個方面，軟件將會成為突出體現一個國家經濟優勢的產業。我國軟件業在1990年軟件的銷售額僅為2.2億元人民幣，1999年中國軟件市場總銷售額增加到176元億人民幣，增長79倍，每年的發展速度都在20％以上；2000年中國軟件市場的銷售額約225億元人民幣左右，較1999年增長27.8％。軟件產業做為支柱產業的形象越來越明顯。 2.2我國軟件業與印度軟件業的差距 我國軟件業的發展和國外軟件業相比還有很大的差距，獨立自主開發的軟件所占比例還很小。早在1998年的統計資料就表明軟件產品市場銷售額為138億元人民幣，約占當年世界軟件市場份額的1％；軟件產品出口約為6500萬美元，而同期印度的軟件出口額已達到26.5億美元，約是我國的40倍。2000年印度軟件產業銷售額達57億美元左右，出口達39億美元，這比我國2000年銷售總額要多40％左右。 2.3我國政府對軟件產業的態度 軟件業已成為衡量一個國家綜合國力的標志之一。軟件產業的快速發展對各國保持經濟穩定、持續發展起到了關鍵作用。在發達國家，軟件業已超過鋼鐵、汽車和石油等傳統產業成為國民經濟的重要支柱；而在中國信息產業中，軟件市場尚不及硬件的20％，軟件產業發展的滯后已經引起我國政府和有志之士的高度重視。 科技部副部長徐冠華談到，90年代以來，信息技術及其產業發展令人目不暇接，國際信息產業結構正在進行戰略調整。由以硬件為主導向以軟件為主導過渡，軟件的重要性日益顯著。在軟件產業方面，正在發生著由銷售導向向服務導向轉變。以Linus為代表的共享軟件的出現，促使軟件由壟斷封閉型開發，向社會開放型的開發方向演化，這代表已在網絡上合作進行研發的新趨勢。這種趨勢迫切要求不甘落后的國家，必須盡快形成自己的軟件開發實力，壯大自己的軟件產業，在未來經濟和產業之林中占有一席之地。軟件園在國家整個軟件產業發展中的核心作用、牽引作用和示范作用都已得到體現，軟件園的建設發展，已成為當地開拓新經濟增長點的重要方向，集中發展是實現軟件產業能夠快速發展的戰略選擇。 軟件產業是以智力和人力為主要經營資源，以知識和信息為經營載體，以創新為主要經營特色的知識、智力密集型產業，是典型的知識產業，是知識經濟的核心。信息產業部副部長曲維枝指出，軟件產業有以下兩個顯著的特點： (1)軟件產業以人才為本，高素質、高水平、穩定的軟件技術人才隊伍是產業發展的必要條件。 (2)軟件產業以創新為主要發展動力，必須在技術、產品、市場和管理的不斷創新中取得發展。 曲副部長還指出：我國政府應從以下幾方面著手，為軟件產業營造良好的政策和經濟環境： (1)盡快制定配套的軟件產業政策，推動我國軟件產業的快速發展。 (2)通過設立軟件專項基金等措施啟動市場，推動軟件產業發展。 (3)重視對軟件的產業化、軟件人才隊伍的穩定和培養。 (4)強化行業管理、嚴格質量控制。要在系統集成商與軟件開發商中大力推廣ISO9000和CMM認證及軟件企業的資質認證，以及對系統集成工程要實行工程監理制度。 (5)開展國際合作，開拓國際市場。 3CMM模型 3.1CMM的由來 軟件是知識產品，是人類智慧的結晶，軟件系統的復雜程度也是超乎想象，不同于一般的生產過程。美國卡內基·梅隆大學軟件工程研究所（CMN／SE）受美國國防部的委托，開發了軟件能力成熟度模型（CMM），為軟件工程過程管理和實施開辟了一條新的途徑。CMM主要用于評估和改進軟件企業中的以軟件能力為標志的軟件活動。它能幫助軟件企業改進和優化管理，在提高軟件開發水平和效率的同時提高產品的質量和可靠性，實現軟件生產工程化。根據軟件生產的歷史和現狀，CMM
框架用5個不斷進貨的層次來表達軟件組織活動的行為特征及相應問題，其中初始層是混沌的過程；可重復層是經過訓練的軟件過程；定義層是標準一致的軟件過程；管理層是可預測的軟件過程；優化層是能持續改善的軟件過程。在CMM框架的不同層次中，需要解決具有相應層次特征的軟件過程問題。因此，一個軟件組織首先需要了解自己處于哪一個層次，然后才能針對該層次的行為特征解決相關問題。任何軟件組織致力于軟件過程改善時，只能是循序漸近地向相鄰的上一層進化；而且向更成熟層次進化時，原有層次中那些已具備的能力還應該保持和發揚。 3.2CMM的國際地位 CMM已得到了國際上普遍的認可，并對計算機軟件行業產生了深遠的影響，它可以通過對軟件組織軟件能力的評價、軟件過程的評估及改進，提高開發軟件產品的能力和質量，是我國軟件企業走向世界迅速發展的必由之路。我國軟件業和印度相比出口額差別很大，其中原因很多，就企業自身管理而言，我們比印度差得更多。從行業本身角度來看，印度軟件行業導入CMM模型是其成功的重要因素。目前，全球已有72家企業通過了CMM4級和5級評估，其中印度就有24家，通過CMM模式的管理，印度大幅度提高了其軟件開發能力及軟件產品的質量，保證了向美國和歐洲軟件出口的高速增長。與此相比，我國軟件企業2000年前只有北京鼎新公司通過CMM2級認證。 我國的軟件開發整體水平是印度十年前的水平，軟件生產方式普遍是手工作坊的軟件生產過程，處于有章不循和無章可循的混沌狀態。外部環境的改善、政府的支持和保護、資金問題的改善，給軟件業的發展提供了一個良好的發展平臺；但外因是要通過內因來起作用的，在我們抱怨資金缺乏、不堪稅賦、人才流失等問題時，應該好好的反思軟件企業的自身問題，用CMM作為一面鏡子去發現、查找、評估企業在軟件生產過程中的問題，我們缺乏的是科學化、系統化、規范化的管理，也就是突破CMM2級的問題。實施CMM是軟件企業加強自身管理，提高素質，擺脫困境的必經之路，是軟件業與國際接軌的重要舉措。 3.3中國的CMM認證 令人欣慰的是，在這次2000年中國自由軟件發展及應用戰略研討會上，摩托羅拉中國軟件中心的經理在演講中公布，摩托羅拉中國軟件中心是中國大陸第一個基于“軟件能力成熟模型”(CMM)開展其業務的軟件開發機構。CMM由五級組成，第一級為最低，第五級代表最高水平。目前，大部分軟件組織通過的認證屬于一級或二級。摩托羅拉中國軟件中心已于2000年9月通過了頂級（五級）評估，成為中國首家達到頂級的軟件企業，也使中國成為繼美國、印度之后第三個擁有頂級企業的國家。那位經理特別強調整個摩托羅拉中國軟件中心完全是由中國人組成，中國人也能做到CMM頂級。 會上，有不少軟件開發商質詢摩托羅拉中國軟件中心說，CMM2級認證過程需百萬美金以上費用，有沒有這個必要嗎？摩托羅拉中國軟件中心用一組數據展示其在向爭取高級別認證過程中的大幅提高效率作了肯定的答復，也就說明了，隨著項目復雜度的日益增加，“軟件能力成熟模型”已經成為及時和高品質軟件產品的保障，是企業競爭力提高的象征。摩托羅拉中國軟件中心不僅在公司內部使用“能力成熟模型”，而且積極倡導并推廣該模型的應用，同時為國內外其他軟件組織提供軟件工程方面的咨詢服務。 CMM的思想、原理、工具、方法無疑對我國軟件產業的加速發展起到巨大的推動作用，它必將對我國軟件產業的評估、認證、引導以及軟件企業內部的優化與發展產生深遠的影響。 4集成電路產業 4.1 集成電路制造技術已推進到深亞微米領域 集成電路制造技術進入深亞微米領域的發展趨勢主要有: 1. 加工微細化 微細化的關鍵是光刻。據研究,光學光刻的極限是0.12μm。通過開發短波長光源、大數值孔徑鏡頭、變形照明、移相掩膜以及先進的抗蝕劑工藝技術等已將光學光刻推進到實用線寬0.25μm,可滿足256M DRAM制造的需要。日立公司已用這些技術實現了0.13μm的線寬。 2.硅片大直徑化 芯片尺寸隨著集成度提高而增大,使圓片能分割的芯片數減少,導致成本增大。世界各大IC廠商集團經討論決定將新世紀第一個主流硅片直徑定為12英寸。 3.加工環境、設備及材料超凈化 隨著加工微細化、超凈要求越來越高,如線寬為0.25μm時,要求硅片缺陷尺寸小于0.05μm,工藝氣體＞0.02μm的雜質每立方英尺少于1個,對生產環境、設備以及各種氣體、化學品、原材料等的塵粒及雜質都有嚴格的限制。 4.生產線自動化、柔性化 加工的復雜性、精度和凈化的要求不斷提高,生產線自動化。 4.2 新材料、新器件研究 除了Si和GaAs、InP等Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體器件之外,近年來SiGe、SiC和金剛石材料及器件的研究取得了較大進展。 SiGe IC在高速、高頻、低噪聲、低電壓工作等許多方面其特性比GaAs IC更優越,而且成本低、對環境污染小。特別是與Si工藝兼容,可沿用成熟的Si工藝技術和設備。目前SiGe IC技術已逐步從實驗室走向商品生產。IBM已建立了SiGe IC制造線,1994年中已可商品生產。IBM已采用0.25μmBiCMOSSiGe工藝和HBT工藝進行IC設計。據報道SiGe器件能在高達125GHz的頻率下工作。而且還可用于制作太陽能電池及其它光電子器件。Analog Devices公司已可提供1GHz 12位D/A轉換器,據說其功耗僅為GaAs IC的1/4。SiGe技術將擴大市場,并經濟地滿足日益增長的高性能應用的要求。 SiC的材料性質使它適于制作高頻、高功率、耐高溫、抗輻射的器件,并可制作發光器件。近年來在材料和器件研制方面都取得了較大進展,已對SiC的MOSFET、MESFET、JFET(結型)以及雙極晶體管進行了實驗研究,并取得了一定進展,但目前還在進行實用化研究,在SiC襯底及外延層質量、肖特基接觸、低阻歐姆接觸、刻蝕技術及SiC/SiO2界面等器件制造工藝方面都還需做大量實用化工作。 作為Si器件后的新型晶體管的研究也在廣泛地進行,如量子器件、超導晶體管、神經網絡器件、單電子器件、塑料晶體管及柔韌型晶體管等等。
4.3國內集成電路設計與投片 國內通過引進、吸收，已經有了可以投產0.35μm甚至0.25μm線寬的集成電路工藝線，正在建設中還有更小線寬的工藝線。集成電路設計水平也在不斷提高，已具有幾百萬門級集成電路的前端設計能力。相信通過類似像CPU一類大型集成電路設計、投片試制，將對我國微電子事業起到實質性推動作用。 5信息家電的發展與動態 目前，最有量產效益和時代特征的信息產品應是與Internet上有關的信息家電(Information Appliance)，如Web可視電話、Web游戲機、Web PDA、WAP手機、STB(機頂盒)、DVD播放機、電子閱讀機等。 5.1信息家電的定義 在因特網的迅猛發展下，加上集成電路芯片制造能力的快速提高以及嵌入式軟件的應用，一些產品的形態變得更加輕薄短小、簡單易用且價格低廉，我們稱這些產品為信息家電（Information Appliance，IA）。一般可認為，那些低單價、操作簡單、可通過因特網發送或獲取信息，將逐步分割或替代PC的某些功能，并能與其它信息產品交換資料或訊息的產品可統稱為IA。 5.2信息家電的分類 IA產品按類型可大致分為： (1)網絡電視（NetTV）。(2)網上游戲機（Internet gaming device）。(3)智能掌上型設備(Internet smart handheld device)。(4)網絡電話（Internet screen Phone）。(5)Consumer NC client等。 因此，綜合市場上對于IA產品的認知條件與需求要素來看，IA產品具下列4點特性： (1) 處理器發展趨向低成本、高整合性與低耗能。 (2) 整合數字與模擬處理的技術。 (3) 較PC更強調通訊能力。 (4) 利用軟件增加產品的差異性(高附加價值的關鍵)。 5.3我國IA產品的應用情況 據計算機與微電子發展研究中心市場信息中心（CCID—MIC）分析和預測，到2003年我國有4723萬人需要不通過計算機而實現聯網，嵌入式操作系統作為信息家電的核心，僅機頂盒一種產品的市場容量就達2000萬臺，市場估值達到40億元。其它家電如VCD、電冰箱、洗衣機、微波爐等，如果都實現信息化，嵌入式操作系統每年將帶來上百億元的收入。 CNNIC最新統計我國上網人數1680萬，每半年可增長100％，2000年底將達到3000萬，可能超過日本，成為僅次于美國的國家。目前，機頂盒（Set-Top Box）是最接近家電的IA產品，從增加電視遙控選臺功能，到配備MPEG解壓縮功能、數字加密功能，未來可能整合在數碼電視中，很可能成為家庭信息、娛樂中樞。 目前，國內有很多IA的開發廠商正加大投入、開發和研制新產品，特別是一些外資大公司積極和國內電器方面的大公司合作推出很具竟爭力的IA產品。 5.4嵌入式Linux在IA上的應用開發前景 (1) 與硬件芯片的緊密結合 新世紀的智能設備已經逐漸地模糊了硬件與軟件的界限，SOC系統（System On Chip）的發展就是這種軟硬件無縫結合趨勢的明證。隨著處理器片內微碼的發展，在將來可能出現在處理器片內嵌進操作系統的代碼模塊。 嵌入式Linux的一大特點是：與硬件芯片(如SOC等)的緊密結合。它不是一個純軟件的Linux系統，而比一般操作系統更加接近于硬件。嵌入式Linux的進一步發展，逐步地具備了嵌入式RTOS的一切特征：實時性、與嵌入式處理器的緊密結合。 (2)開放的源代碼 嵌入式Linux的另一大特點是：代碼的開放性。代碼的開放性是與后PC時代的智能設備的多樣性是相適應的。代碼的開放性主要體現在源代碼可獲得上，Linux代碼開發就像是“集市式”開發，任意選擇并按自己的意愿整合出新的產品。 對于嵌入式Linux，事實上是把BIOS層的功能實現在Linux的driver層。目前，在Linux領域，已經出現了專門為Linux操作系統定制的自由軟件的BIOS代碼，并在多款主板上實現此類的BIOS層功能。 嵌入式Linux技術的普及發展，為國內單片機工程師在軟件功能方面提供了極大的支持，為軟件引入了TCP/IP網絡特性，引入了軟件操作系統的健壯性，這都極大增加了系統的功能和極大提高了系統的性能。 (3) 嵌入式Linux與硬件芯片的緊密結合 對于許多信息家電的應用來說，嵌入的性能指標是最難滿足的，只有靠提高芯片的集成度與裝配密度來解決。 嵌入式Linux與標準Linux的一個重要區別是嵌入式Linux與硬件芯片的緊密結合。這是一個不可逾越的難點，也是嵌入式Linux技術的關鍵之處。嵌入式Linux和商用專用RTOS一樣，需要編寫BSP（Board Support Package），這相當于編寫PC機的BIOS。這不僅僅是嵌入式Linux的難點，也是使用商用專用RTOS開發的難點。硬件芯片（SOC芯片或者是嵌入式處理器）的多樣性也決定了代碼開放的嵌入式Linux的成功。信息家電的發展，必然導致軟硬件無縫結合趨勢，逐漸地模糊了硬件與軟件的界限，在將來可能出現SOC片內的操作系統代碼模塊。 隨著處理器片內微碼的發展，在將來應出現在處理器片內嵌進操作系統的代碼模塊,很顯然模塊將具有安全性好、健壯性強、代碼執行效率高等特點。著眼于未來的信息家電等智能設備的發展，我們基于對嵌入式Linux技術的深入研究，更重要的是對嵌入式處理器以及SOC系統的深刻理解和研究，發揮對EDA技術的深入研究，以及對模擬數字混合集成電路芯片的深入研究，正在對SOC片內進行嵌入式Linux操作系統代碼的植入研究。此類的研究有可能減輕系統開發者對BSP開發的難度要求，并使得嵌入式Linux能夠成
為普及的嵌入式操作系統，而大大提高嵌入式Linux的易用性，大大提高其開發出的高智能設備的安全性、穩定性，同時也大大提高智能設備的計算能力、處理能力。 (4)解決好軟件開發問題 目前,中國眾多的家電廠商以制造業為主,當投身IA領域之際,首先面臨了不擅長的軟件開發工作,找到容量小、穩定性高且易于開發的操作系統對于大家至關重要，嵌入式Linux核心則扮演了一個很好的橋梁的角色,這是一個跨平臺的操作系統, 到目前為止,它可以支持二三十種CPU,眾多家電業的芯片都開始做嵌入式Linux的平臺移植工作，在網絡方面一般要支持TCP/IP和標準的以太網協議，支持標準的X-Window和中文輸入。建議開發商選擇一個成熟的方案提供商，從而達到降低開發平臺門檻的目的。眾多的開發商在成熟的開發平臺上可以較為容易加入用戶的應用程序，形成個性化、系列化的應用產品。 (5)自身開發實力的評估 我們認為主要應從以下幾個方面考慮： 有沒有技術積累優勢？有沒有將待開發IA產品有關領域的整合能力？產品有沒有可重用性、模塊化？有沒有成系列化的可能？有沒有市場和售后服務保證？最終用戶群的拓展范圍有多大？ 解決好這些問題后，關鍵就是開發人才梯隊的建設，資金融入等運營管理問題。 6結束語 在21世紀，軟件產業、集成電路產業大發展時期中，加入WTO后的中國將迎來新機遇、新挑戰，也隨時有被拋棄的危險。我們認為軟件產業應以CMM模型來規范我們的軟件企業、軟件圓區建設，將國家的“集成電路稅收優惠、軟件企業上市優先”的政策落到實處。集成電路從業人員要努力提高設計能力，找準市場需求，融入世界上最新有關集成電路的創新成果，盡快縮短與世界先進水平的差距。對信息家電這樣的熱點，應緊緊把握用戶的消費需求，迅速融入和整合最新科技成果，努力達到以具有高附加值的IC芯片和版本免費的嵌入式Linux方式來開發，并成為面向計算機、通訊與消費性信息家電領域的解決方案。我們期待著我國的廠商能夠在信息家電的核心芯片設計以及軟件開發中擁有自主產權和廣泛的應用。
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