盡管全球經(jīng)濟的持續疲軟拖累了半導體市場(chǎng)景氣指數，但有一個(gè)領(lǐng)域卻風(fēng)景獨好，那就是物聯(lián)網(wǎng)。業(yè)界知名的半導體市場(chǎng)調研機構IC Insights對物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)給予極為樂(lè )觀(guān)的預期，該公司的預測認為物聯(lián)網(wǎng)半導體銷(xiāo)售在2016年將增長(cháng)19.9%，市場(chǎng)整體規模到2019年將達到296億美元。
然而，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)增長(cháng)并非如預期一帆風(fēng)順，正如IC Insights已將其市場(chǎng)預期從之前的增長(cháng)21.1%下調到19.9%。除了經(jīng)濟大環(huán)境影響，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應用技術(shù)本身在成熟度、功耗、成本、尺寸、封裝等方面，依然面臨不同程度的挑戰，半導體原廠(chǎng)和方案商解決這些挑戰上的技術(shù)能力，同樣對市場(chǎng)競爭產(chǎn)生了非常重要的影響。三重富士通半導體公司（MIFS）市場(chǎng)總監謝杰在近日的一場(chǎng)演講上，特別就這些問(wèn)題進(jìn)行了闡述：“包括MIFS在內，業(yè)界領(lǐng)先的代工廠(chǎng)商都在嘗試突破工藝上的局限性，幫助半導體方案廠(chǎng)商贏(yíng)得物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)巨量市場(chǎng)機遇。”
謝杰：“MIFS為碎片化物聯(lián)網(wǎng)SOC定制了獨特工藝。”
物聯(lián)網(wǎng)芯片“碎片化”之困
謝杰的演講主題為“為碎片化物聯(lián)網(wǎng)SOC應運而生的MIFS特色工藝”，“碎片化”這個(gè)提法吸引了眾多與會(huì )人士的關(guān)注。“物聯(lián)網(wǎng)應用場(chǎng)景廣泛而豐富，不同應用領(lǐng)域的客戶(hù)對芯片方案的細節有不同要求，導致很多芯片專(zhuān)為滿(mǎn)足小眾市場(chǎng)設計，生產(chǎn)量不能擴大，因而芯片的批量生產(chǎn)被嚴重碎片化。” 謝杰解釋道。事實(shí)上，這也是業(yè)界的共識，雖然物聯(lián)網(wǎng)擁有巨大的市場(chǎng)潛力，但物聯(lián)網(wǎng)與過(guò)去的手機、PC等產(chǎn)品領(lǐng)域存在一個(gè)巨大的差別，那就是該領(lǐng)域的應用非常分散。“這導致的結果是，芯片制造的NRE成本很高，而且很多代工廠(chǎng)不愿意接這種難以上量的訂單。” 謝杰進(jìn)一步指出。
關(guān)于碎片化帶來(lái)的挑戰，業(yè)界有過(guò)很多思考。早前就有業(yè)界人士指出，物聯(lián)網(wǎng)之所以發(fā)展得不如想象中那么好，其中一個(gè)重要原因就是“碎片化”的阻礙。然而，“碎片化”卻是物聯(lián)網(wǎng)的“天性”——傳感器多種多樣，無(wú)線(xiàn)連接標準林立，應用類(lèi)別千差萬(wàn)別——這給芯片方案設計和終端產(chǎn)品設計均帶來(lái)挑戰。“我們看好物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)，希望利用成本優(yōu)勢兼制程優(yōu)勢，幫助中國客戶(hù)解決物聯(lián)網(wǎng)應用碎片化對流片所帶來(lái)的挑戰。”謝杰表示，他將MIFS的代工服務(wù)優(yōu)勢總結為 “媲美中國本土制造的成本，兼具日本制造的品質(zhì)”。
重要事情說(shuō)三遍：低功耗、低功耗、低功耗
綠色環(huán)保設計理念已深入人心，低功耗挑戰似乎并不是物聯(lián)網(wǎng)應用的“專(zhuān)利”。然而，事實(shí)上物聯(lián)網(wǎng)的獨特性注定了其大量應用對功耗特別敏感，甚至為擴大物聯(lián)網(wǎng)應用，行業(yè)內為低功耗“操碎了心”——WiFi聯(lián)盟正式發(fā)布了主打低功耗特性的802.11ah WiFi標準；藍牙標準組織特別針對心率監控器或計步器等使用鈕扣式電池的應用定制了Bluetooth Smart標準；NB-IoT低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)的推出讓競爭技術(shù)備受壓力；……而在傳感器和MCU等物聯(lián)網(wǎng)方案的關(guān)鍵器件領(lǐng)域，相關(guān)的低功耗產(chǎn)品和技術(shù)的競爭更是日趨激烈。
物聯(lián)網(wǎng)的大熱，中國IC設計公司也涌現出越來(lái)越多的玩家進(jìn)入傳感器、低功耗MCU、無(wú)線(xiàn)連接等芯片方案領(lǐng)域，以追逐移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代智能化和物聯(lián)網(wǎng)大潮帶來(lái)的商機。然而，苛刻的低功耗特性要求可能成為一道無(wú)形的門(mén)檻。“這里面既涉及到電路的低功耗優(yōu)化設計knowhow，更重要的還有芯片制造中如何實(shí)現低功耗的制程優(yōu)勢。”謝杰指出。他還用MIFS某歐洲著(zhù)名企業(yè)客戶(hù)的案例來(lái)說(shuō)明物聯(lián)網(wǎng)典型應用中的低功耗敏感性——針對心臟起搏器中的一款監測芯片，為了顯著(zhù)延長(cháng)電池替換周期，其生產(chǎn)制程需要幫助實(shí)現超低待機功耗和工作功耗。“哪怕多延長(cháng)幾天的電池壽命，對病人來(lái)說(shuō)都具有很大的意義。最終，我們DDC（全耗盡溝道）的卓越低功耗優(yōu)勢被他們選中。”謝杰分享道。
為應對這些專(zhuān)門(mén)應用所帶來(lái)的挑戰，很多代工廠(chǎng)加入低功耗制造新制程的研發(fā)上，MIFS也不例外，據悉該公司是全球唯一以DDC技術(shù)達到超低電壓和超低漏電晶體管技術(shù)的代工廠(chǎng)。謝杰對其低功耗工藝的深度專(zhuān)業(yè)分析占據了其演講的主要部分，也是吸引現場(chǎng)芯片設計廠(chǎng)商關(guān)注的焦點(diǎn)。謝杰給出了最直觀(guān)的數據——與傳統1.2V工作電壓的芯片相比，基于DDC低功耗工藝的芯片可以在0.5V工作，功耗得以大大降低。“DDC超低漏電流保證了芯片在休眠和工作狀態(tài)下很小的功耗，其超低的工作電壓對降低功耗非常關(guān)鍵。”謝杰解釋道。據其透露，在相同的信號眼圖測試中，基于DDC技術(shù)的45nm的芯片甚至在0.4V的電源電壓下仍可以觀(guān)察到信號眼圖，而某大廠(chǎng)的芯片在0.6V的電源電壓下已停止工作。
基于DDC技術(shù)的Sub-threshold電路可以顯著(zhù)降低芯片功耗。
據悉，MIFS的超級低功耗DDC工藝新技術(shù)是由美國SuVolta開(kāi)發(fā)，MIFS已經(jīng)買(mǎi)斷該專(zhuān)利。DDC CMOS晶體管構成的超低功耗CMOS技術(shù)，能控制晶體管的閾值(Vt)偏差并提高載體的移動(dòng)度。“如果采用此項技術(shù)，運行時(shí)的功耗最多可比一般的集成電路降低50％卻不會(huì )降低IC的運行速度。”謝杰表示。MIFS進(jìn)一步改善了DDC技術(shù)，全新開(kāi)發(fā)了漏電電流可減少2位數的DDC晶體管，而這種DDC晶體管最適合Sub-threshold電路。 “MIFS獨家擁有專(zhuān)利的新制程使得‘Half the POWER, All the Performance’變成現實(shí)。”謝杰說(shuō)道。
如何滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的低成本、快市場(chǎng)要求？
業(yè)界有觀(guān)點(diǎn)認為，49%的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品在2020年以前的年出貨量會(huì )低于1億片，物聯(lián)網(wǎng)的嚴重碎片化特點(diǎn)導致極高的成本敏感性，包括應用市場(chǎng)的成本敏感，以及芯片流片的成本敏感。如果采用最先進(jìn)的芯片生產(chǎn)工藝，無(wú)疑制造成本會(huì )極高，在不確定的市場(chǎng)，甚至是不確定的玩家環(huán)境下，芯片公司要盡可能地降低流片成本和風(fēng)險。為更好地服務(wù)于中國本土中小企業(yè)的芯片“碎片化”的制造需求，MIFS特別在2016年推出旨在降低流片成本的“Shuttle Service”務(wù)——用降低芯片成本來(lái)驗證客戶(hù)設計的手段，采用多項設計共享晶圓、掩模以控制成本的流片服務(wù)項目，包括最新的55nm DDC和40nm CMOS工藝技術(shù)。
讓芯片實(shí)現快速流片以應對物聯(lián)網(wǎng)快速變化的市場(chǎng)需求，代工廠(chǎng)的服務(wù)能力（包括基礎IP庫資源）很關(guān)鍵。在Gartner今年發(fā)布的全球前十大半導體代工廠(chǎng)名單中，三重富士通的排名從去年的第十名前進(jìn)到第八名。“富士通的優(yōu)質(zhì)代工資源獲得業(yè)界的認可，這些資源幫助我們與日本及歐洲很多知名廠(chǎng)商開(kāi)展了大量的合作。”謝杰分享道，“特別是符合物聯(lián)網(wǎng)應用的一些獨特優(yōu)勢資源，首次針對IC設計企業(yè)全面開(kāi)放，另外我們全力打造的生態(tài)系統資源，也正在獲得越來(lái)越多廠(chǎng)商的關(guān)注。”
MIFS以獨特的定位和制程優(yōu)勢，躍升為全球代工企業(yè)第八位。
除了謝杰在演講中重點(diǎn)分享的DDC技術(shù)以及嵌入式存儲技術(shù)，他在與國內某廠(chǎng)商交流中還分享了一個(gè)能體現三重富士通在圖像傳感器和圖像處理器芯片領(lǐng)域顯著(zhù)優(yōu)勢的案例。“全球知名的Milbeaut系列ISP技術(shù)芯片一直是我們在做代工，當前全球很多的CMOS 圖像傳感器（CIS）和圖像處理器(ISP)都是我們代工的。”謝杰介紹，“隨著(zhù)圖像傳感器和圖像處理技術(shù)在車(chē)聯(lián)網(wǎng)（汽車(chē)ADAS）、無(wú)人機等領(lǐng)域中被更廣泛地應用，中國企業(yè)在這個(gè)領(lǐng)域將有很大的發(fā)展空間，而三重富士通擁有的圖像處理芯片相關(guān)的制造工藝和IP資源這些不可替代的優(yōu)勢，完全可以助力中國企業(yè)騰飛。”
Milbeaut圖像處理器代工的豐富經(jīng)驗和IP資源讓MIFS占據全球ISP主要代工市場(chǎng)。
類(lèi)似的IP資源也是集成電路企業(yè)尋求制造代工時(shí)的一個(gè)重要參考，代工企業(yè)也各自凸顯在這方面的資源。謝杰演講中特別強調了MIFS在該領(lǐng)域近年來(lái)突出的發(fā)展成就，除了DDC外，MIFS低成本嵌入式存儲、低成本無(wú)線(xiàn)連接以及針對AEC-Q100 Grade1或2的汽車(chē)半導體代工制程技術(shù)也是最受物聯(lián)網(wǎng)業(yè)界看好的制程技術(shù)優(yōu)勢。“MIFS覆蓋了從40-90nm節點(diǎn)的低功耗CMOS技術(shù)，提供獨具特色的eNVM、RF工藝選項，如碳納米管存儲技術(shù)、毫米波射頻技術(shù)。這些對很多物聯(lián)網(wǎng)集成電路來(lái)說(shuō)都非常關(guān)鍵。” 謝杰指出，“MIFS本身?yè)碛胸S富的基礎IP庫，我們還加強了與Synopsys、Kilopass、Faraday等在基礎IP上的合作，全面解決了物聯(lián)網(wǎng)芯片制造上的IP資源需求。”
本文小結
最新數據表明，中國集成電路設計企業(yè)全行業(yè)銷(xiāo)售1518.52億元，增長(cháng)達23.04%。然而另一方面，中國集成電路設計企業(yè)數量從2015年的736家大幅增加到1362家，其中，中小規模的設計企業(yè)占據絕大多數。“以物聯(lián)網(wǎng)應用為代表的產(chǎn)業(yè)熱潮正在給中國集成電路企業(yè)帶來(lái)大好機遇，但從我們與本土客戶(hù)的交流來(lái)看，機遇與挑戰確實(shí)并存，特別是小規模市場(chǎng)體量和碎片化市場(chǎng)需求所導致的流片成本壓力。”謝杰指出，“我們拋開(kāi)了傳統IDM公司的業(yè)務(wù)模式，愿為中國本土IC設計公司的成長(cháng)提供專(zhuān)業(yè)代工服務(wù)，并以靈活的商業(yè)模式，致力于成為本土半導體公司強有力的合作伙伴。”
01月07日 18:14
