新世纪的软件产业与集成电路产业

为推动我国信息产业和集成电路的发展，增强信息产业创新能力和国际竞争能力，带动传统产业改造和产品升级换代，国家实行“集成电路税收优惠、软件企业上市优先”的政策，国务院已于1999年7月印发了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》。 为打破几十年来，国内“硬件不做CPU，软件不做操作系统”的现象，中国国家高技术智能计算机系统专家组日前以国家的行为通过各种方式联合攻关，这为新世纪的软件与集成电路产业大发展吹响了世纪的号角。 中国科技大学的金西老师，获邀参加了中国国家高技术智能计算机系统(863-306)专家组主办的第一届中国自由软件发展战略研讨会，并作了演讲。现在我们将其在会议演讲文稿及通过各种渠道了解到的发展动态综述出来，答谢读者多年来对我刊的支持与厚爱，同时衷心祝贺我国的软件与集成电路产业在新世纪蒸蒸日上。 １国家鼓励的主要产业政策 国家鼓励的有关软件产业和集成电路产业的主要产业政策如下： 第十条支持开发重大共性软件和基础软件。国家科技经费重点支持具有基础性、战略性、前瞻性和重大关键共性软件技术的研究与开发，主要包括操作系统、大型数据库管理系统、网络平台、开发平台、信息安全、嵌入式系统、大型应用软件等基础软件和共性软件。属于国家支持的上述软件研究开发项目，应以企业为主，产学研相结合，通过公开招标方式，择优选定项目承担者。 第十一条支持国内企业、科研院所、高等学校与外国企业联合设立研究与开发中心。 第四十二条符合下列条件之一的集成电路生产企业，按鼓励外商对能源、交通投资的税收优惠政策执行。 (一)投资额超过80亿元人民币; (二)集成电路线宽小于0.25μm的。 2软件产业 2.1我国软件业现状 进入21世纪，信息技术将渗透到经济建设和社会生活的各个方面，软件将会成为突出体现一个国家经济优势的产业。我国软件业在1990年软件的销售额仅为2.2亿元人民币，1999年中国软件市场总销售额增加到176元亿人民币，增长79倍，每年的发展速度都在20％以上；2000年中国软件市场的销售额约225亿元人民币左右，较1999年增长27.8％。软件产业做为支柱产业的形象越来越明显。 2.2我国软件业与印度软件业的差距 我国软件业的发展和国外软件业相比还有很大的差距，独立自主开发的软件所占比例还很小。早在1998年的统计资料就表明软件产品市场销售额为138亿元人民币，约占当年世界软件市场份额的1％；软件产品出口约为6500万美元，而同期印度的软件出口额已达到26.5亿美元，约是我国的40倍。2000年印度软件产业销售额达57亿美元左右，出口达39亿美元，这比我国2000年销售总额要多40％左右。 2.3我国政府对软件产业的态度 软件业已成为衡量一个国家综合国力的标志之一。软件产业的快速发展对各国保持经济稳定、持续发展起到了关键作用。在发达国家，软件业已超过钢铁、汽车和石油等传统产业成为国民经济的重要支柱；而在中国信息产业中，软件市场尚不及硬件的20％，软件产业发展的滞后已经引起我国政府和有志之士的高度重视。 科技部副部长徐冠华谈到，90年代以来，信息技术及其产业发展令人目不暇接，国际信息产业结构正在进行战略调整。由以硬件为主导向以软件为主导过渡，软件的重要性日益显著。在软件产业方面，正在发生着由销售导向向服务导向转变。以Linus为代表的共享软件的出现，促使软件由垄断封闭型开发，向社会开放型的开发方向演化，这代表已在网络上合作进行研发的新趋势。这种趋势迫切要求不甘落后的国家，必须尽快形成自己的软件开发实力，壮大自己的软件产业，在未来经济和产业之林中占有一席之地。软件园在国家整个软件产业发展中的核心作用、牵引作用和示范作用都已得到体现，软件园的建设发展，已成为当地开拓新经济增长点的重要方向，集中发展是实现软件产业能够快速发展的战略选择。 软件产业是以智力和人力为主要经营资源，以知识和信息为经营载体，以创新为主要经营特色的知识、智力密集型产业，是典型的知识产业，是知识经济的核心。信息产业部副部长曲维枝指出，软件产业有以下两个显著的特点： (1)软件产业以人才为本，高素质、高水平、稳定的软件技术人才队伍是产业发展的必要条件。 (2)软件产业以创新为主要发展动力，必须在技术、产品、市场和管理的不断创新中取得发展。 曲副部长还指出：我国政府应从以下几方面着手，为软件产业营造良好的政策和经济环境： (1)尽快制定配套的软件产业政策，推动我国软件产业的快速发展。 (2)通过设立软件专项基金等措施启动市场，推动软件产业发展。 (3)重视对软件的产业化、软件人才队伍的稳定和培养。 (4)强化行业管理、严格质量控制。要在系统集成商与软件开发商中大力推广ISO9000和CMM认证及软件企业的资质认证，以及对系统集成工程要实行工程监理制度。 (5)开展国际合作，开拓国际市场。 3CMM模型 3.1CMM的由来 软件是知识产品，是人类智慧的结晶，软件系统的复杂程度也是超乎想象，不同于一般的生产过程。美国卡内基·梅隆大学软件工程研究所（CMN／SE）受美国国防部的委托，开发了软件能力成熟度模型（CMM），为软件工程过程管理和实施开辟了一条新的途径。CMM主要用于评估和改进软件企业中的以软件能力为标志的软件活动。它能帮助软件企业改进和优化管理，在提高软件开发水平和效率的同时提高产品的质量和可靠性，实现软件生产工程化。根据软件生产的历史和现状，CMM框架用5个不断进货的层次来表达软件组织活动的行为特征及相应问题，其中初始层是混沌的过程；可重复层是经过训练的软件过程；定义层是标准一致的软件过程；管理层是可预测的软件过程；优化层是能持续改善的软件过程。在CMM框架的不同层次中，需要解决具有相应层次特征的软件过程问题。因此，一个软件组织首先需要了解自己处于哪一个层次，然后才能针对该层次的行为特征解决相关问题。任何软件组织致力于软件过程改善时，只能是循序渐近地向相邻的上一层进化；而且向更成熟层次进化时，原有层次中那些已具备的能力还应该保持和发扬。 3.2CMM的国际地位 CMM已得到了国际上普遍的认可，并对计算机软件行业产生了深远的影响，它可以通过对软件组织软件能力的评价、软件过程的评估及改进，提高开发软件产品的能力和质量，是我国软件企业走向世界迅速发展的必由之路。我国软件业和印度相比出口额差别很大，其中原因很多，就企业自身管理而言，我们比印度差得更多。从行业本身角度来看，印度软件行业导入CMM模型是其成功的重要因素。目前，全球已有72家企业通过了CMM4级和5级评估，其中印度就有24家，通过CMM模式的管理，印度大幅度提高了其软件开发能力及软件产品的质量，保证了向美国和欧洲软件出口的高速增长。与此相比，我国软件企业2000年前只有北京鼎新公司通过CMM2级认证。 我国的软件开发整体水平是印度十年前的水平，软件生产方式普遍是手工作坊的软件生产过程，处于有章不循和无章可循的混沌状态。外部环境的改善、政府的支持和保护、资金问题的改善，给软件业的发展提供了一个良好的发展平台；但外因是要通过内因来起作用的，在我们抱怨资金缺乏、不堪税赋、人才流失等问题时，应该好好的反思软件企业的自身问题，用CMM作为一面镜子去发现、查找、评估企业在软件生产过程中的问题，我们缺乏的是科学化、系统化、规范化的管理，也就是突破CMM2级的问题。实施CMM是软件企业加强自身管理，提高素质，摆脱困境的必经之路，是软件业与国际接轨的重要举措。 3.3中国的CMM认证 令人欣慰的是，在这次2000年中国自由软件发展及应用战略研讨会上，摩托罗拉中国软件中心的经理在演讲中公布，摩托罗拉中国软件中心是中国大陆第一个基于“软件能力成熟模型”(CMM)开展其业务的软件开发机构。CMM由五级组成，第一级为最低，第五级代表最高水平。目前，大部分软件组织通过的认证属于一级或二级。摩托罗拉中国软件中心已于2000年9月通过了顶级（五级）评估，成为中国首家达到顶级的软件企业，也使中国成为继美国、印度之后第三个拥有顶级企业的国家。那位经理特别强调整个摩托罗拉中国软件中心完全是由中国人组成，中国人也能做到CMM顶级。 会上，有不少软件开发商质询摩托罗拉中国软件中心说，CMM2级认证过程需百万美金以上费用，有没有这个必要吗？摩托罗拉中国软件中心用一组数据展示其在向争取高级别认证过程中的大幅提高效率作了肯定的答复，也就说明了，随着项目复杂度的日益增加，“软件能力成熟模型”已经成为及时和高品质软件产品的保障，是企业竞争力提高的象征。摩托罗拉中国软件中心不仅在公司内部使用“能力成熟模型”，而且积极倡导并推广该模型的应用，同时为国内外其他软件组织提供软件工程方面的咨询服务。 CMM的思想、原理、工具、方法无疑对我国软件产业的加速发展起到巨大的推动作用，它必将对我国软件产业的评估、认证、引导以及软件企业内部的优化与发展产生深远的影响。 4集成电路产业 4.1 集成电路制造技术已推进到深亚微米领域 集成电路制造技术进入深亚微米领域的发展趋势主要有: 1. 加工微细化 微细化的关键是光刻。据研究,光学光刻的极限是0.12μm。通过开发短波长光源、大数值孔径镜头、变形照明、移相掩膜以及先进的抗蚀剂工艺技术等已将光学光刻推进到实用线宽0.25μm,可满足256M DRAM制造的需要。日立公司已用这些技术实现了0.13μm的线宽。 2.硅片大直径化 芯片尺寸随着集成度提高而增大,使圆片能分割的芯片数减少,导致成本增大。世界各大IC厂商集团经讨论决定将新世纪第一个主流硅片直径定为12英寸。 3.加工环境、设备及材料超净化 随着加工微细化、超净要求越来越高,如线宽为0.25μm时,要求硅片缺陷尺寸小于0.05μm,工艺气体＞0.02μm的杂质每立方英尺少于1个,对生产环境、设备以及各种气体、化学品、原材料等的尘粒及杂质都有严格的限制。 4.生产线自动化、柔性化 加工的复杂性、精度和净化的要求不断提高,生产线自动化。
4.2 新材料、新器件研究 除了Si和GaAs、InP等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体器件之外,近年来SiGe、SiC和金刚石材料及器件的研究取得了较大进展。 SiGe IC在高速、高频、低噪声、低电压工作等许多方面其特性比GaAs IC更优越,而且成本低、对环境污染小。特别是与Si工艺兼容,可沿用成熟的Si工艺技术和设备。目前SiGe IC技术已逐步从实验室走向商品生产。IBM已建立了SiGe IC制造线,1994年中已可商品生产。IBM已采用0.25μmBiCMOSSiGe工艺和HBT工艺进行IC设计。据报道SiGe器件能在高达125GHz的频率下工作。而且还可用于制作太阳能电池及其它光电子器件。Analog Devices公司已可提供1GHz 12位D/A转换器,据说其功耗仅为GaAs IC的1/4。SiGe技术将扩大市场,并经济地满足日益增长的高性能应用的要求。 SiC的材料性质使它适于制作高频、高功率、耐高温、抗辐射的器件,并可制作发光器件。近年来在材料和器件研制方面都取得了较大进展,已对SiC的MOSFET、MESFET、JFET(结型)以及双极晶体管进行了实验研究,并取得了一定进展,但目前还在进行实用化研究,在SiC衬底及外延层质量、肖特基接触、低阻欧姆接触、刻蚀技术及SiC/SiO2界面等器件制造工艺方面都还需做大量实用化工作。 作为Si器件后的新型晶体管的研究也在广泛地进行,如量子器件、超导晶体管、神经网络器件、单电子器件、塑料晶体管及柔韧型晶体管等等。 4.3国内集成电路设计与投片 国内通过引进、吸收，已经有了可以投产0.35μm甚至0.25μm线宽的集成电路工艺线，正在建设中还有更小线宽的工艺线。集成电路设计水平也在不断提高，已具有几百万门级集成电路的前端设计能力。相信通过类似像CPU一类大型集成电路设计、投片试制，将对我国微电子事业起到实质性推动作用。 5信息家电的发展与动态 目前，最有量产效益和时代特征的信息产品应是与Internet上有关的信息家电(Information Appliance)，如Web可视电话、Web游戏机、Web PDA、WAP手机、STB(机顶盒)、DVD播放机、电子阅读机等。 5.1信息家电的定义 在因特网的迅猛发展下，加上集成电路芯片制造能力的快速提高以及嵌入式软件的应用，一些产品的形态变得更加轻薄短小、简单易用且价格低廉，我们称这些产品为信息家电（Information Appliance，IA）。一般可认为，那些低单价、操作简单、可通过因特网发送或获取信息，将逐步分割或替代PC的某些功能，并能与其它信息产品交换资料或讯息的产品可统称为IA。 5.2信息家电的分类 IA产品按类型可大致分为： (1)网络电视（NetTV）。(2)网上游戏机（Internet gaming device）。(3)智能掌上型设备(Internet smart handheld device)。(4)网络电话（Internet screen Phone）。(5)Consumer NC client等。 因此，综合市场上对于IA产品的认知条件与需求要素来看，IA产品具下列4点特性： (1) 处理器发展趋向低成本、高整合性与低耗能。 (2) 整合数字与模拟处理的技术。 (3) 较PC更强调通讯能力。 (4) 利用软件增加产品的差异性(高附加价值的关键)。 5.3我国IA产品的应用情况 据计算机与微电子发展研究中心市场信息中心（CCID—MIC）分析和预测，到2003年我国有4723万人需要不通过计算机而实现联网，嵌入式操作系统作为信息家电的核心，仅机顶盒一种产品的市场容量就达2000万台，市场估值达到40亿元。其它家电如VCD、电冰箱、洗衣机、微波炉等，如果都实现信息化，嵌入式操作系统每年将带来上百亿元的收入。 CNNIC最新统计我国上网人数1680万，每半年可增长100％，2000年底将达到3000万，可能超过日本，成为仅次于美国的国家。目前，机顶盒（Set-Top Box）是最接近家电的IA产品，从增加电视遥控选台功能，到配备MPEG解压缩功能、数字加密功能，未来可能整合在数码电视中，很可能成为家庭信息、娱乐中枢。 目前，国内有很多IA的开发厂商正加大投入、开发和研制新产品，特别是一些外资大公司积极和国内电器方面的大公司合作推出很具竟争力的IA产品。 5.4嵌入式Linux在IA上的应用开发前景 (1) 与硬件芯片的紧密结合 新世纪的智能设备已经逐渐地模糊了硬件与软件的界限，SOC系统（System On Chip）的发展就是这种软硬件无缝结合趋势的明证。随着处理器片内微码的发展，在将来可能出现在处理器片内嵌进操作系统的代码模块。 嵌入式Linux的一大特点是：与硬件芯片(如SOC等)的紧密结合。它不是一个纯软件的Linux系统，而比一般操作系统更加接近于硬件。嵌入式Linux的进一步发展，逐步地具备了嵌入式RTOS的一切特征：实时性、与嵌入式处理器的紧密结合。 (2)开放的源代码 嵌入式Linux的另一大特点是：代码的开放性。代码的开放性是与后PC时代的智能设备的多样性是相适应的。代码的开放性主要体现在源代码可获得上，Linux代码开发就像是“集市式”开发，任意选择并按自己的意愿整合出新的产品。 对于嵌入式Linux，事实上是把BIOS层的功能实现在Linux的driver层。目前，在Linux领域，已经出现了专门为Linux操作系统定制的自由软件的BIOS代码，并在多款主板上实现此类的BIOS层功能。 嵌入式Linux技术的普及发展，为国内单片机工程师在软件功能方面提供了极大的支持，为软件引入了TCP/IP网络特性，引入了软件操作系统的健壮性，这都极大增加了系统的功能和极大提高了系统的性能。 (3) 嵌入式Linux与硬件芯片的紧密结合 对于许多信息家电的应用来说，嵌入的性能指标是最难满足的，只有靠提高芯片的集成度与装配密度来解决。 嵌入式Linux与标准Linux的一个重要区别是嵌入式Linux与硬件芯片的紧密结合。这是一个不可逾越的难点，也是嵌入式Linux技术的关键之处。嵌入式Linux和商用专用RTOS一样，需要编写BSP（Board Support Package），这相当于编写PC机的BIOS。这不仅仅是嵌入式Linux的难点，也是使用商用专用RTOS开发的难点。硬件芯片（SOC芯片或者是嵌入式处理器）的多样性也决定了代码开放的嵌入式Linux的成功。信息家电的发展，必然导致软硬件无缝结合趋势，逐渐地模糊了硬件与软件的界限，在将来可能出现SOC片内的操作系统代码模块。 随着处理器片内微码的发展，在将来应出现在处理器片内嵌进操作系统的代码模块,很显然模块将具有安全性好、健壮性强、代码执行效率高等特点。着眼于未来的信息家电等智能设备的发展，我们基于对嵌入式Linux技术的深入研究，更重要的是对嵌入式处理器以及SOC系统的深刻理解和研究，发挥对EDA技术的深入研究，以及对模拟数字混合集成电路芯片的深入研究，正在对SOC片内进行嵌入式Linux操作系统代码的植入研究。此类的研究有可能减轻系统开发者对BSP开发的难度要求，并使得嵌入式Linux能够成为普及的嵌入式操作系统，而大大提高嵌入式Linux的易用性，大大提高其开发出的高智能设备的安全性、稳定性，同时也大大提高智能设备的计算能力、处理能力。 (4)解决好软件开发问题 目前,中国众多的家电厂商以制造业为主,当投身IA领域之际,首先面临了不擅长的软件开发工作,找到容量小、稳定性高且易于开发的操作系统对于大家至关重要，嵌入式Linux核心则扮演了一个很好的桥梁的角色,这是一个跨平台的操作系统, 到目前为止,它可以支持二三十种CPU,众多家电业的芯片都开始做嵌入式Linux的平台移植工作，在网络方面一般要支持TCP/IP和标准的以太网协议，支持标准的X-Window和中文输入。建议开发商选择一个成熟的方案提供商，从而达到降低开发平台门槛的目的。众多的开发商在成熟的开发平台上可以较为容易加入用户的应用程序，形成个性化、系列化的应用产品。 (5)自身开发实力的评估 我们认为主要应从以下几个方面考虑： 有没有技术积累优势？有没有将待开发IA产品有关领域的整合能力？产品有没有可重用性、模块化？有没有成系列化的可能？有没有市场和售后服务保证？最终用户群的拓展范围有多大？ 解决好这些问题后，关键就是开发人才梯队的建设，资金融入等运营管理问题。 6结束语 在21世纪，软件产业、集成电路产业大发展时期中，加入WTO后的中国将迎来新机遇、新挑战，也随时有被抛弃的危险。我们认为软件产业应以CMM模型来规范我们的软件企业、软件圆区建设，将国家的“集成电路税收优惠、软件企业上市优先”的政策落到实处。集成电路从业人员要努力提高设计能力，找准市场需求，融入世界上最新有关集成电路的创新成果，尽快缩短与世界先进水平的差距。对信息家电这样的热点，应紧紧把握用户的消费需求，迅速融入和整合最新科技成果，努力达到以具有高附加值的IC芯片和版本免费的嵌入式Linux方式来开发，并成为面向计算机、通讯与消费性信息家电领域的解决方案。我们期待着我国的厂商能够在信息家电的核心芯片设计以及软件开发中拥有自主产权和广泛的应用。