从中国制造到中国设计，电子工程师面临的转型机遇

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从中国制造到中国设计，电子工程师面临的转型机遇

中国电子制造产业正在经历从“中国制造”向“中国设计”转变的关键时期，在这一转变过程中，中国本土电子制造商除了不断加强自身设计能力的改进和强化，也期待外部的力量和经验来推动设计水平的不断提升。在这种情况下，来自半导体厂商、分销商的参考设计和FAE技术支持以及IDH提供的设计方案尤为重要。为表彰积极帮助中国电子产业转型的半导体厂商和创新参考设计；同时，也表彰那些推动中国电子产业发展的中国本土原创力量，《电子系统设计》于去年年底启动了首届“原创系统设计奖”评选。在日前举行的 “原创系统设计奖”颁奖礼上，包括最佳参考设计奖、杰出FAE支持奖、卓越技术分销商奖及优秀IDH设计方案奖等四项大奖出炉。本次评选共有1138位工程师参与投票，提名公司超过100家，最终19家公司获奖。
其中，德州仪器、美国微芯科技公司、联发科技股份有限公司荣获最佳智能手机参考设计奖，美满电子科技公司(Marvell)、瑞芯微电子有限公司、意法爱立信荣获最佳平板电脑参考设计奖，德州仪器、飞兆半导体公司、飞思卡尔半导体公司荣获最佳电源参考设计奖，亚德诺半导体（ADI）、富士通半导体(上海)有限公司、美信集成产品公司荣获最佳 RF/微波参考设计奖，飞思卡尔半导体公司、亚德诺半导体技术(上海)有限公司、安森美半导体荣获杰出 FAE 支持奖，安富利电子元件、深圳世强电讯有限公司、富昌电子公司荣获卓越技术支持分销商奖，深圳市汉普电子技术开发有限公司、深圳市动行电脑有限公司、深圳市鼎芯无限科技有限公司荣获优秀 IDH 设计方案奖。德州仪器、飞思卡尔半导体、亚德诺半导体三家公司成为当天的大赢家，分别抱走了两项大奖。

                               
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图1：《电子系统设计》“原创系统设计奖”获奖厂商。

在奖项颁发同期，《电子系统设计》发布了“中国电子工程师系统设计能力调查报告”，对于中国电子业整机产品设计水平，以及中国电子工程师在系统设计过程中面临的设计挑战进行了详细分析。调查显示，尽管目前国内电子制造商对于系统技术趋势的把握还不够准确，部分设计也仍需引进外来方案，创新意识也有待提高，但从整体来看，中国电子工程师的自主创新和设计能力稳中有升。

根据调查数据，在过去一年，消费类电子/家电(45.6%)、工业控制/安全系统(26.8%)、通信/网络设备(20.1%)、医疗、科学及测试仪器/设备(14.6%)四大门类是最热门的产品设计领域。在工程师参与的开发项目当中，有39%是基于外来系统设计方案。从图2中我们可以具体看到，基于外来系统设计方案的项目百分比主要集中在30%到50%这个比例区间，也就是说在近半数回复者参与的设计项目中，基于外来设计方案的比例为30%至50%。

                               
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图2：回复者在过去一年中参与的设计项目基于外来系统设计方案的百分比。

创新意识仍待提高

能否实现产品的完整设计能够反映出工程师的设计系统能力。从整体来看，与去年相比，中国工程师的设计能力和研发水平并没有明显的提升。调查数据表明，在进行系统设计的过程中，有48%的设计团队能够自行实现完整的系统/产品设计，相比去年(60.9%)反而出现了一个较大幅度下降。据调查38%的设计团队可自行实现完整的板级/模块设计。有29%选择与合作伙伴联合开发，还有27%选择部分使用外来系统设计/方案，而完全借助外来系统设计方案的为9%，相比去年的4.6%也略有增加。

这说明随着系统复杂度增加、消费电子市场的快速更新、新兴技术的不断涌现以及产品上市的时间压力，对于系统设计提出了更高要求。一些本土设计团队更愿意采取合作开发的方式或将部分设计工作外包出去，以便更快、更好地实现产品功能并尽早上市。而从“零”开始进行完整系统设计的方式由于需要的开发时间过长，涉及资源过多，因而出现了下降的趋势。

在图3中可以看到，在所有参与设计的项目中，64%的回复者可以进行原创设计或在原有的设计基础上进行改进。其中，尽管国内、国际已有相关产品，但完全自己重新设计的产品占21.4%，在本公司原有产品/设计基础上进行改进占22.3%，国内、国际没有相关产品/系统，从概念到实现完全自己设计的占20.4%。尽管一再地强调自主创新的重要性，但中国工程师在过去一年中似乎并无太大斩获：核心/内部设计主要仿照国际上已有的产品/系统的占22.1%，核心/内部设计主要仿照国内已有的产品/系统的占7.8%。在设计目标的关注人群中，59%的回复者最关注的设计目标是提高性能，其次是成本(25%)、功耗(8%)、上市时间(6%)。

                               
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图3：64%的回复者可以进行原创设计或在原有的设计基础上进行改进。

以上几组数据说明，虽然中国电子工程师的系统设计能力在逐渐攀升，但与国际先进水平相比仍有较大差距，且略显创新不够。随着产品功能越来越丰富，设计需求越来越多，更多要求工程师具有系统设计水平，同时随着客户需求变化，项目复杂度增加，工程师需要协调各方面来综合考虑，包括机械、电子、软件、测试、环保等方面，应该让工程师多参与具有核心竞争力的产品项目研发设计。

对于系统设计方案，有38.2%的回复者采用IC供应商提供的系统设计方案(38.6%)，35.7%采用自己公司内部的设计方案(37.7%)，采用独立设计公司(IDH)方案的比例为8.1%，略高于去年的6.5%(图4)。近几年来，由于整个电子产业链的各个环节利润率都变薄。为争夺利润率，国内整机厂商都大力提高研发投入，争夺产品定义权，芯片厂商和分销商也纷纷推出更加完整的参考设计。在芯片供应商和客户的双重挤压下，中国本土IDH公司如何保持持续发展值得关注。尤其是在手机设计产业，在功能手机时代，一些品牌厂商面对降低成本的压力，直接抛开IDH开始自主研发，使得IDH的生存空间受到挤压；随着智能手机时代到来，相当多的品牌厂商认为有必要建立自己的研发团队，这使得手机IDH未来的出路更加成疑。不过，如果在某个细分领域做专做深，相信IDH在不断出现的新兴市场仍大有可为。IDH要保持持续发展势头，仍需在技术创新上多下功夫，努力在应用设计中形成自己的独立知识产权。

                               
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图4：38.2% 的回复者采用IC 供应商提供的系统设计方案。

未来两年，以下新兴技术将有望被广泛地运用于设计项目中，它们是多核处理器(30.5%)、物联网(30.4%)、Wi-Fi(26%)、高速互连技术(21.7%)、LED照明/背光(21.4%)、多点触摸感应(17.8%)、云计算(17.6%)、混合动力系统/新能源(11.9%)等(如图5所示)。毫无疑问，多核处理器和物联网成为最热门的两项技术。随着智能移动设备领域进入多核处理器时代，很多公司都相继公布了多核处理器平台，不过对于广大消费者而言，多核处理器平台强劲性能所带来的全新使用体验至关重要。尤其是在日前异常火爆的智能手机和平板市场，各种多核处理器群芳争艳，未来围绕该领域的争夺一定会非常激烈。

                               
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图5：多核处理器和物联网成为未来技术应用热点。

而在去年的调查中，LED照明/背光、Wi-Fi、多核处理器、高速互连技术、多点触摸感应、能量采集技术、混合动力系统/新能源是获得关注度最高的新兴技术。可以看到这两年间一个最明显的变化就是，物联网和云计算脱颖而出，成为各方关注的新焦点。根据近期公布的《物联网“十二五”发展规划》，要求到2015年初步完成物联网产业体系构建，形成较完善的物联网产业链，这将给相关领域带来巨大的商机，包括RFID、智能传感器、无线传感器网络等。

面临三大关键设计挑战

在电子产品同质化严重的今天，差异化设计往往是企业提升产品竞争力的重要筹码。在调查中，分别有49%、47.2%、45.7%和40.1%的工程师选择借助降低成本、增加功能、提高产品可靠性以及降低功耗的手段来实现产品差异化。而在去年的调查中，工程师实现差异化的主要手段也同样是通过增加功能(56.1%)、降低成本(55.5%)以及提高产品可靠性(55.1%)。

另一方面，在产品硬件性能大同小异的情况下，嵌入式软件开发成为实现产品差异化和创新的首选。随着技术的发展，软件变得越来越重要，一款成功的产品不光来自于产品的外观和质量，产品的功能、可操作性、可扩展性都成为重要的衡量标准。软件团队的共同开发，管理已成为必然。而且消费类电子产品生命周期短，许多项目都要求短、频、快，在开发过程中需要注意它们之间的平衡。

如图6所示，在电子产品设计过程中，位列前十位的设计挑战分别是EMI/抗干扰设计(39.2%)、电源管理(24.1%)、信号处理(22.8%)、无线/RF设计(21.7%)、嵌入式应用软件(18.8%)、低噪声电路设计(14.7%)、PCB设计(11.9%)、测试和测量(11.6%)、放大电路(11%)、FPGA/CPLD应用(10%)。此外，数据转换电路、热设计、传感器应用、接口设计、微波电路设计也是工程师较为关注的问题。上述结果与去年的调查大同小异。

                               
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图6：工程师在设计过程中面临的前三大挑战是EMI/抗干扰设计、电源管理和信号处理。

EMI/抗干扰设计备受关注的原因，主要是由于现代电子产品的功能越来越强大，线路越来越复杂，环境中的电磁干扰日趋严重；同时EMI技术指标不断被提高，设计难度越来越大。如果不能顺利通过EMI测试，将导致项目成本显著增加和进度迟缓。目前国内的状况是部分工程师缺乏相关仪器、设备的使用经验，并且由于测试仪器的成本非常高，使得许多公司不愿投入太多资金。随着EMI/EMC的标准不断更新，建议配备专门进行EMI/EMC设计或测试的工程师。

而在系统设计层面上，对系统技术趋势的把握(43.3%)、对相关标准的准确把握(33.4%)、对系统的宏观理解(22.6%)、缺乏设计经验(21.9%)、缺乏先进的测试和测量仪器(18.9%)、缺乏最新器件的信息(18.7%)、缺乏系统设计方案(17.4%)是困扰工程师的关键所在(图7)。

                               
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图7：在系统设计层面面临的前三大挑战是对技术趋势和相关标准的把握以及对系统的宏观理解。

在调查中可以看出，中国电子工程师对整体技术趋势的把握能力不够，主要原因在于国内公司中的系统架构工程师较少，大部分工程师都是做应用开发，很少对系统设计、技术前沿等事情进行关注，而且也缺少这方面的指导。因此，中国电子工程师在钻研技术的同时，需要努力跳出单纯的研发思维，注重了解国际最新技术趋势和标准的发展。

总而言之，电子工程师的设计创新和产品创新能力将对中国未来几年电子产业的健康成长起到一个非常关键的作用。但是在从“中国制造”向“中国设计”的转型过程中，工程师如何调整工作思路与方法，如何进一步解决在系统设计过程中碰到的关键设计挑战，如何促进创新等问题将是目前亟待解决的重要问题