ADI：工業(yè)級芯片如何錘煉

談及自家產(chǎn)品時(shí)，趙軼苗眼神發(fā)亮，他會如數(shù)家珍地談到每一個(gè)產(chǎn)品系列的特色?！癆DI最新推出的SAR型ADC，分辨率可以做到32位（約42.9億分之一）；我們有適用于地震波檢測的10MHz采樣率、18位分辨率的ADC；ADI還有超高速ADC，12位分辨率時(shí)帶寬可以做到10GHz，在高端測試儀器與數(shù)字示波器中得到廣泛應(yīng)用?！痹诒粏柕紸DI公司（亞德諾半導(dǎo)體）的模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC/DAC）為何能獨(dú)步天下時(shí)，趙軼苗舉例道，“不管是高精度、高速，還是高精度與高速相結(jié)合的產(chǎn)品，ADI都把ADC產(chǎn)品做到了行業(yè)內(nèi)最好的水平。”

ADI公司系統(tǒng)解決方案事業(yè)部總經(jīng)理趙軼苗

在2019國際智能制造生態(tài)鏈峰會上演講

作為ADI公司成立50周年（2015年）納斯達(dá)克敲鐘儀式上的50名代表之一，趙軼苗曾經(jīng)負(fù)責(zé)ADI中國研發(fā)中心，從2006年到2016年，ADI中國研發(fā)團(tuán)隊(duì)共完整開發(fā)了50多款產(chǎn)品，其中有6款獲得ADI年度產(chǎn)品設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。而且，ADI中國研發(fā)中心連續(xù)四年在有著“芯片設(shè)計(jì)奧運(yùn)會”之稱的國際固態(tài)電路峰會（ISSCC）上發(fā)表論文，這是大陸唯一以企業(yè)形式能夠連續(xù)發(fā)表ISSCC論文的單位?！斑@些論文全部由中國籍員工獨(dú)立完成，”趙軼苗表示，ADI在模擬領(lǐng)域取得的成績，離不開創(chuàng)新與積累，“ADI非常鼓勵(lì)創(chuàng)新，重視在做產(chǎn)品中激發(fā)工程師的創(chuàng)新能力，創(chuàng)新是ADI工程師文化的重要組成部分，而且ADI公司非常有積累，過去50年一直深耕模擬芯片領(lǐng)域，我們現(xiàn)在能取得大量的創(chuàng)新，得益于站在巨人的肩膀上?！?

增長率“時(shí)差”

模擬芯片應(yīng)用需求千差萬別，尤其是工業(yè)級應(yīng)用，不同場景需求通常需要相應(yīng)的芯片來對應(yīng)，因此衡量能否進(jìn)入主流模擬芯片廠商門檻的標(biāo)準(zhǔn)之一就是看其產(chǎn)品線覆蓋率，這是公司底蘊(yùn)與積累的體現(xiàn)。以ADI為例，現(xiàn)有4.5萬種產(chǎn)品，從傳感、測量、連接，到數(shù)據(jù)分析處理與系統(tǒng)安全，ADI有完整的工業(yè)級系統(tǒng)解決方案，而且全部強(qiáng)調(diào)高性能、高可靠性與高安全性，并不主打性價(jià)比。

不過，即便能夠覆蓋工業(yè)領(lǐng)域全場景需求，但在進(jìn)入中國市場的早期，ADI的發(fā)展速度反而沒有現(xiàn)在快?！霸谥袊鳪DP兩位數(shù)增長的時(shí)代，ADI在中國市場的增長只有約8%”趙軼苗告訴探索科技（TechSugar）， “這幾年全國GDP增長只有個(gè)位數(shù)了，ADI在中國市場的銷售額卻連年達(dá)到兩位數(shù)，甚至出現(xiàn)過20%以上的增長。原因之一就是制造業(yè)在向高端升級，需要相應(yīng)的技術(shù)配套來做支撐，這時(shí)候ADI的優(yōu)勢就能體現(xiàn)出來?！痹谔剿骺萍迹═echSugar）看來，中國過去粗放式經(jīng)濟(jì)增長時(shí)代，無論是通訊業(yè)還是制造業(yè)，投入到高端市場的資源按絕對值算非常少，近年來狀況已經(jīng)發(fā)生了巨大變化，所以ADI真正迎來了屬于自己的中國機(jī)會。

這個(gè)增長率“時(shí)差”真實(shí)反應(yīng)了中國制造業(yè)從求數(shù)量到求質(zhì)量的變化。以中國電子信息制造業(yè)為例，根據(jù)工信部的相關(guān)統(tǒng)計(jì)，2000年時(shí)我國電子信息制造業(yè)營業(yè)收入已達(dá)13萬億元以上，僅以規(guī)模而言，已經(jīng)是全球第一。2017年，我國手機(jī)、計(jì)算機(jī)、彩電等主要產(chǎn)品產(chǎn)量分別達(dá)19億部、3.07億臺、1.72億臺，手機(jī)、計(jì)算機(jī)、彩電產(chǎn)量分別占全球總產(chǎn)量的90%、90%和70%以上；光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)生產(chǎn)規(guī)模已連續(xù)多年全球占比超過50%，穩(wěn)居全球首位；中國大陸企業(yè)顯示面板出貨面積達(dá)6900萬平方米，位居全球第一。

追求規(guī)模已經(jīng)不能讓中國制造業(yè)再上臺階，只有轉(zhuǎn)變發(fā)展模式，改造傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，增加在高端制造業(yè)上的投入，果斷擁抱工業(yè)4.0時(shí)代機(jī)遇，才能讓中國制造業(yè)突破當(dāng)前瓶頸。如趙軼苗在2019國際智能制造生態(tài)鏈峰會上演講時(shí)所指出：工業(yè)4.0將會引入更多的傳感器與設(shè)備，更多的數(shù)據(jù)從物理網(wǎng)絡(luò)并入到云系統(tǒng)，通過強(qiáng)大的分析處理能力與人工智能算法，制造業(yè)生態(tài)鏈廠商將實(shí)現(xiàn)多維度處理數(shù)據(jù)能力，讓生產(chǎn)效率得到指數(shù)級提升，并且生產(chǎn)系統(tǒng)更靈活、更安全。

對于中國市場需求的變化，趙軼苗體會頗深。在接受探索科技（TechSugar）專訪時(shí)，趙軼苗舉了幾個(gè)例子，他表示，中國制造業(yè)在新興產(chǎn)業(yè)跟進(jìn)上速度非?？?，與世界先進(jìn)水平差距不大。比如鋰電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，就帶動(dòng)了鋰電池生產(chǎn)測試的需求，目前中國廠商在鋰電測試上走在了前列。ADI針對鋰電測試推出的AD8452系列產(chǎn)品，即為鋰電生產(chǎn)測試而開發(fā)的定制芯片，滿足國內(nèi)鋰電池廠商對更高精度、更高集成度與更高可靠性的需求。面板產(chǎn)業(yè)也與之類似，由于國內(nèi)面板產(chǎn)業(yè)的快速推進(jìn)，ADI在屏幕生產(chǎn)測試領(lǐng)域的解決方案越來越受到歡迎。

事實(shí)上，不只中國有產(chǎn)業(yè)升級需求，伴隨消費(fèi)級市場陷入停滯，在沒有新突破之前，全球科技巨頭紛紛將希望寄托在企業(yè)級市場，產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提法日趨火熱，作為產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最有潛力的方向之一，業(yè)內(nèi)人士對工業(yè)4.0或者工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前景均有共識。

工業(yè)市場的機(jī)會

但實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的路徑尚不清晰，產(chǎn)業(yè)發(fā)展時(shí)間表還未明確，如何評估在智能制造上的投入產(chǎn)出比也沒有標(biāo)準(zhǔn)，要真正讓工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮效應(yīng)，業(yè)界還有很多工作要完成。

要發(fā)揮工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)效應(yīng)，首先要完成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，而談芯片級的工業(yè)應(yīng)用，ADI公司最合適不過。這家全球模擬芯片領(lǐng)導(dǎo)廠商2018年62億美元營收中，約8.5成業(yè)務(wù)都是面向企業(yè)級市場，其中工業(yè)應(yīng)用市場占比近半（2019年一季度工業(yè)市場營收占比為47%）。

在2019國際智能制造生態(tài)鏈峰會演講時(shí)，趙軼苗總結(jié)了五個(gè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的工業(yè)市場機(jī)會，分別是軟件可配置系統(tǒng)、云端連接、機(jī)器健康監(jiān)測與管理、系統(tǒng)安全，以及機(jī)器人。

具體來看，軟件可配置是實(shí)現(xiàn)柔性制造的基礎(chǔ)。工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場需要大量的輸入輸出（IO）接口，傳統(tǒng)方式采用固定模式接口，模擬輸出口只能用作模擬輸出功能，數(shù)字輸入口只能做數(shù)字輸入功能，這種處理初始成本最低，運(yùn)營維護(hù)也相對簡單，但若生產(chǎn)計(jì)劃變化（比如一條馬達(dá)生產(chǎn)線，市場需求改變需要生產(chǎn)與之前產(chǎn)品有較大區(qū)別的另一種馬達(dá)），則不易改變，重新布置成本高、風(fēng)險(xiǎn)大，甚至要推到重來。如今越來越多的行業(yè)更新?lián)Q代周期縮短，也就引發(fā)了對IO接口軟件可配置的需求，利用ADI的SoftwareIO產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)對每一個(gè)輸入輸出接口的軟件可配置，任何一個(gè)IO口都可以配置成模擬或數(shù)字模式的輸入或輸出口，這樣系統(tǒng)工作狀態(tài)切換只需要在軟件層面進(jìn)行配置，可以迅速響應(yīng)市場需求變化，減少設(shè)備重復(fù)投入，實(shí)現(xiàn)更高的投資回報(bào)比。

而云端連接是實(shí)現(xiàn)智能制造根本技術(shù)支撐，只有聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，才有可能實(shí)現(xiàn)智能分析與控制。但工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)眾多，型號復(fù)雜，新老設(shè)備或不同連接標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)經(jīng)常遇到困難，工業(yè)系統(tǒng)之間的兼容性并不好。ADI針對工業(yè)互聯(lián)的解決方案是Fido，F(xiàn)ido系列產(chǎn)品通過一顆芯片可以支持不同的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同架構(gòu)之間設(shè)備的連接，該系列產(chǎn)品也將支持下一代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。Fido支持100Mbps的時(shí)間敏感性網(wǎng)絡(luò)（TSN），并計(jì)劃開發(fā)1Gbps的TSN技術(shù)，以滿足工業(yè)應(yīng)用中大數(shù)據(jù)應(yīng)用場景下的實(shí)時(shí)性需求。

機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測與傳感器技術(shù)密不可分，利用傳感器收集到的數(shù)據(jù)，機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測（CBM）系統(tǒng)對設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控與分析，從而讓制造商更加有效地運(yùn)營管理生產(chǎn)線，減少停機(jī)次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。趙軼苗表示，作為MEMS技術(shù)的發(fā)明者，ADI的工業(yè)級MEMS產(chǎn)品性能非常出色，對低速或直流信號的響應(yīng)速度和能力極其突出，抗震能力很強(qiáng)，體積又小，零漂、噪聲以及線性度都是行業(yè)內(nèi)標(biāo)桿，為簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，ADI尤其強(qiáng)調(diào)模塊化設(shè)計(jì)，方便用戶快速開發(fā)。

工業(yè)領(lǐng)域的安全則有多重含義。生產(chǎn)安全離不開隔離技術(shù)，工業(yè)中有大量高壓場景，需要采用隔離技術(shù)為工作人員創(chuàng)造安全操控空間，而隨著工業(yè)總線速度需求提升，對安全技術(shù)也提出了更高要求，在慕尼黑上海電子展上，ADI展出了1.1Gbps的HDMI視頻隔離傳輸方案。趙軼苗還強(qiáng)調(diào)，除了功能安全，數(shù)據(jù)安全也越來越受到重視，ADI正在開發(fā)防克隆的基于芯片物理層的數(shù)字認(rèn)證技術(shù)，期望通過基于硬件的數(shù)字認(rèn)證技術(shù)與軟件加密技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一條基于硬件認(rèn)證的數(shù)字信任鏈，從而保障工業(yè)數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理的安全。

機(jī)器人本身就是一個(gè)完整系統(tǒng)，因此可以用上幾乎所有的ADI核心工業(yè)技術(shù)，包括傳感、電源、連接、信號處理及安全技術(shù)，ADI也針對機(jī)器人應(yīng)用推出了很多定制產(chǎn)品，例如超小尺寸雙通道同步SAR型ADC系統(tǒng)AD7380，面積只有9平方毫米（3毫米x3毫米），精度達(dá)到16位?！霸絹碓蕉嗟母邫C(jī)械手臂，特變是關(guān)節(jié)環(huán)節(jié)，需要非常小提及的模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)高精密控制，”趙軼苗解讀這款產(chǎn)品的開發(fā)背景，“利用AD7380，客戶可以把以前難以實(shí)現(xiàn)的機(jī)器人關(guān)節(jié)精細(xì)動(dòng)作控制做出來。”

隨著工業(yè)應(yīng)用日趨復(fù)雜，智能制造生態(tài)鏈上的廠商能否提供系統(tǒng)級解決方案就顯得尤為重要。以ADI公司為例，工業(yè)應(yīng)用市場以解決方案來對產(chǎn)品進(jìn)行劃分，用客戶更容易理解的方式來提供技術(shù)支持，“我們會更關(guān)注差異化的系統(tǒng)級解決方案，滿足工業(yè)客戶的具體要求，讓芯片的價(jià)值在系統(tǒng)中體現(xiàn)，給客戶提供更完整、更快速、更可靠和高性能的方案。” 現(xiàn)任ADI公司系統(tǒng)解決方案事業(yè)部總經(jīng)理的趙軼苗表示，芯片公司向系統(tǒng)方案提供商角色轉(zhuǎn)變已經(jīng)成為行業(yè)趨勢。

如何錘煉中國的工業(yè)級模擬芯片

談及工業(yè)應(yīng)用時(shí)，趙軼苗提到最多的詞是可靠與安全，這些指標(biāo)的高低就是工業(yè)級產(chǎn)品與消費(fèi)類產(chǎn)品的關(guān)鍵區(qū)別。以工業(yè)以太網(wǎng)為例，相比消費(fèi)級的高速率，目前業(yè)內(nèi)支持TSN的工業(yè)以太網(wǎng)最高速率不過100Mbps。趙軼苗告訴探索科技（TechSugar），在真正的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，用戶非常注重技術(shù)的成熟性，當(dāng)可靠性與吞吐量出現(xiàn)沖突時(shí)，工業(yè)用戶會優(yōu)選可靠性。

芯片數(shù)據(jù)速率提高，往往意味著系統(tǒng)設(shè)計(jì)冗余減小，出錯(cuò)幾率提升，對于工業(yè)應(yīng)用而言，這就需要供應(yīng)商先把技術(shù)上可能的“坑”排除以后，客戶才會考慮上馬新技術(shù)?！跋M(fèi)級網(wǎng)絡(luò)1Gbps一點(diǎn)也不稀奇，但應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域就要面臨很大挑戰(zhàn)，工業(yè)應(yīng)用對數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率及安全性要求極高，打電話掉個(gè)線問題不大，但如果是工業(yè)控制的信號傳錯(cuò)了，很可能就是安全事故，”趙軼苗解釋道，“工業(yè)級產(chǎn)品需要花大量的時(shí)間把可靠性與安全性做好，一代產(chǎn)品的可靠性與安全性本身就是以時(shí)間為代價(jià)，反復(fù)驗(yàn)證、實(shí)踐、迭代而實(shí)現(xiàn)的，ADI的工業(yè)產(chǎn)品確實(shí)歷經(jīng)千錘百煉，然后我們才敢拿到工業(yè)客戶去推廣。這樣的技術(shù)發(fā)展節(jié)奏，就是工業(yè)市場的特點(diǎn)?！?

在邁向工業(yè)4.0過程中，中國也不應(yīng)缺少自產(chǎn)的工業(yè)級模擬芯片，但現(xiàn)階段來看，我國模擬芯片公司在工業(yè)領(lǐng)域差距還比較大。趙軼苗認(rèn)為，中國的模擬芯片公司要進(jìn)入工業(yè)級市場，最重要的是耐心?！按蠖鄶?shù)中國半導(dǎo)體公司可以實(shí)現(xiàn)具體的功能，也能達(dá)到一定的性能，但工業(yè)級產(chǎn)品需要全方位的高性能、高可靠性與高安全性，這些要求，只有通過經(jīng)驗(yàn)累積、反復(fù)迭代才能實(shí)現(xiàn)?！?

對于投資模擬芯片的資本而言，也是耐心更重要。投入的資金滿足工業(yè)級芯片開發(fā)必要需求后，再單純靠增加投入并不能加速其開發(fā)節(jié)奏，只有深入理解工業(yè)級模擬芯片投資邏輯，尊重工業(yè)級模擬芯片開發(fā)的客觀規(guī)律，能夠容忍5年甚至更長時(shí)間的回報(bào)期，再考慮投資工業(yè)級模擬芯片才比較合適。

探索科技（TechSugar）首席分析師王樹一也認(rèn)為，在工業(yè)應(yīng)用等企業(yè)級市場，廠商試錯(cuò)成本極其高昂，以想走捷徑試圖“彎道超車”的思維來做工業(yè)市場，最終往往得不償失。真想在這個(gè)市場有所成就，就要認(rèn)真考慮趙軼苗給出的建議：不要只考慮模仿，要在創(chuàng)新上下功夫，工業(yè)級模擬芯片技術(shù)最需要磨練，有足夠的耐心，方能把一個(gè)好產(chǎn)品錘煉出來。