碎片化的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，您準(zhǔn)備好迎接這些苛刻的挑戰(zhàn)了嗎?

 盡管全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)疲軟拖累了半導(dǎo)體市場景氣指數(shù)，但有一個(gè)領(lǐng)域卻風(fēng)景獨(dú)好，那就是物聯(lián)網(wǎng)。業(yè)界知名的半導(dǎo)體市場調(diào)研機(jī)構(gòu)IC Insights對(duì)物聯(lián)網(wǎng)市場給予極為樂觀的預(yù)期，該公司的預(yù)測(cè)認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)半導(dǎo)體銷售在2016年將增長19.9%，市場整體規(guī)模到2019年將達(dá)到296億美元。

然而，物聯(lián)網(wǎng)市場增長并非如預(yù)期一帆風(fēng)順，正如IC Insights已將其市場預(yù)期從之前的增長21.1%下調(diào)到19.9%。除了經(jīng)濟(jì)大環(huán)境影響，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)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(zhàn)，半導(dǎo)體原廠和方案商解決這些挑戰(zhàn)上的技術(shù)能力，同樣對(duì)市場競爭產(chǎn)生了非常重要的影響。三重富士通半導(dǎo)體公司(MIFS)市場總監(jiān)謝杰在近日的一場演講上，特別就這些問題進(jìn)行了闡述：“包括MIFS在內(nèi)，業(yè)界領(lǐng)先的代工廠商都在嘗試突破工藝上的局限性，幫助半導(dǎo)體方案廠商贏得物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)巨量市場機(jī)遇。”

謝杰：“MIFS為碎片化物聯(lián)網(wǎng)SOC定制了獨(dú)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(yīng)運(yùn)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(yīng)用場景廣泛而豐富，不同應(yīng)用領(lǐng)域的客戶對(duì)芯片方案的細(xì)節(jié)有不同要求，導(dǎo)致很多芯片專為滿足小眾市場設(shè)計(jì)，生產(chǎn)量不能擴(kuò)大，因而芯片的批量生產(chǎn)被嚴(yán)重碎片化。” 謝杰解釋道。事實(shí)上，這也是業(yè)界的共識(shí)，雖然物聯(lián)網(wǎng)擁有巨大的市場潛力，但物聯(lián)網(wǎng)與過去的手機(jī)、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(yīng)用非常分散。“這導(dǎo)致的結(jié)果是，芯片制造的NRE成本很高，而且很多代工廠不愿意接這種難以上量的訂單。” 謝杰進(jìn)一步指出。

關(guān)于碎片化帶來的挑戰(zhàn)，業(yè)界有過很多思考。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，無線連接標(biāo)準(zhǔn)林立，應(yīng)用類別千差萬別——這給芯片方案設(shè)計(jì)和終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)均帶來挑戰(zhàn)。“我們看好物聯(lián)網(wǎng)的未來，希望利用成本優(yōu)勢(shì)兼制程優(yōu)勢(shì)，幫助中國客戶解決物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用碎片化對(duì)流片所帶來的挑戰(zhàn)。”謝杰表示，他將MIFS的代工服務(wù)優(yōu)勢(shì)總結(jié)為 “媲美中國本土制造的成本，兼具日本制造的品質(zhì)”。

重要事情說三遍：低功耗、低功耗、低功耗

綠色環(huán)保設(shè)計(jì)理念已深入人心，低功耗挑戰(zhàn)似乎并不是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的“專利”。然而，事實(shí)上物聯(lián)網(wǎng)的獨(dú)特性注定了其大量應(yīng)用對(duì)功耗特別敏感，甚至為擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，行業(yè)內(nèi)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(biāo)準(zhǔn);藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)組織特別針對(duì)心率監(jiān)控器或計(jì)步器等使用鈕扣式電池的應(yīng)用定制了Bluetooth Smart標(biāo)準(zhǔn);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(shè)計(jì)公司也涌現(xiàn)出越來越多的玩家進(jìn)入傳感器、低功耗MCU、無線連接等芯片方案領(lǐng)域，以追逐移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代智能化和物聯(lián)網(wǎng)大潮帶來的商機(jī)。然而，苛刻的低功耗特性要求可能成為一道無形的門檻。“這里面既涉及到電路的低功耗優(yōu)化設(shè)計(jì)knowhow，更重要的還有芯片制造中如何實(shí)現(xiàn)低功耗的制程優(yōu)勢(shì)。”謝杰指出。他還用MIFS某歐洲著名企業(yè)客戶的案例來說明物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用中的低功耗敏感性——針對(duì)心臟起搏器中的一款監(jiān)測(cè)芯片，為了顯著延長電池替換周期，其生產(chǎn)制程需要幫助實(shí)現(xiàn)超低待機(jī)功耗和工作功耗。“哪怕多延長幾天的電池壽命，對(duì)病人來說都具有很大的意義。最終，我們DDC(全耗盡溝道)的卓越低功耗優(yōu)勢(shì)被他們選中。”謝杰分享道。

為應(yīng)對(duì)這些專門應(yīng)用所帶來的挑戰(zhàn)，很多代工廠加入低功耗制造新制程的研發(fā)上，MIFS也不例外，據(jù)悉該公司是全球唯一以DDC技術(shù)達(dá)到超低電壓和超低漏電晶體管技術(shù)的代工廠。謝杰對(duì)其低功耗工藝的深度專業(yè)分析占據(jù)了其演講的主要部分，也是吸引現(xiàn)場芯片設(shè)計(jì)廠商關(guān)注的焦點(diǎn)。謝杰給出了最直觀的數(shù)據(jù)——與傳統(tǒng)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(duì)降低功耗非常關(guān)鍵。”謝杰解釋道。據(jù)其透露，在相同的信號(hào)眼圖測(cè)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察到信號(hào)眼圖，而某大廠的芯片在0.6V的電源電壓下已停止工作。

基于DDC技術(shù)的Sub-threshold電路可以顯著降低芯片功耗。

據(jù)悉，MIFS的超級(jí)低功耗DDC工藝新技術(shù)是由美國SuVolta開發(fā)，MIFS已經(jīng)買斷該專利。DDC CMOS晶體管構(gòu)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(xiàng)技術(shù)，運(yùn)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(yùn)行速度。”謝杰表示。MIFS進(jìn)一步改善了DDC技術(shù)，全新開發(fā)了漏電電流可減少2位數(shù)的DDC晶體管，而這種DDC晶體管最適合Sub-threshold電路。 “MIFS獨(dú)家擁有專利的新制程使得‘Half the POWER, All the Performance’變成現(xiàn)實(shí)。”謝杰說道。

如何滿足物聯(lián)網(wǎng)市場的低成本、快市場要求?

業(yè)界有觀點(diǎn)認(rèn)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(yán)重碎片化特點(diǎn)導(dǎo)致極高的成本敏感性，包括應(yīng)用市場的成本敏感，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，無疑制造成本會(huì)極高，在不確定的市場，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(xiǎn)。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)——用降低芯片成本來驗(yàn)證客戶設(shè)計(jì)的手段，采用多項(xiàng)設(shè)計(jì)共享晶圓、掩模以控制成本的流片服務(wù)項(xiàng)目，包括最新的55nm DDC和40nm CMOS工藝技術(shù)。

讓芯片實(shí)現(xiàn)快速流片以應(yīng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)快速變化的市場需求，代工廠的服務(wù)能力(包括基礎(chǔ)IP庫資源)很關(guān)鍵。在Gartner今年發(fā)布的全球前十大半導(dǎo)體代工廠名單中，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(rèn)可，這些資源幫助我們與日本及歐洲很多知名廠商開展了大量的合作。”謝杰分享道，“特別是符合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)資源，首次針對(duì)IC設(shè)計(jì)企業(yè)全面開放，另外我們?nèi)Υ蛟斓纳鷳B(tài)系統(tǒng)資源，也正在獲得越來越多廠商的關(guān)注。”

MIFS以獨(dú)特的定位和制程優(yōu)勢(shì)，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(chǔ)技術(shù)，他在與國內(nèi)某廠商交流中還分享了一個(gè)能體現(xiàn)三重富士通在圖像傳感器和圖像處理器芯片領(lǐng)域顯著優(yōu)勢(shì)的案例。“全球知名的Milbeaut系列ISP技術(shù)芯片一直是我們?cè)谧龃?，?dāng)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，“隨著圖像傳感器和圖像處理技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)(汽車ADAS)、無人機(jī)等領(lǐng)域中被更廣泛地應(yīng)用，中國企業(yè)在這個(gè)領(lǐng)域?qū)⒂泻艽蟮陌l(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(shì)，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(yàn)和IP資源讓MIFS占據(jù)全球ISP主要代工市場。

類似的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(qiáng)調(diào)了MIFS在該領(lǐng)域近年來突出的發(fā)展成就，除了DDC外，MIFS低成本嵌入式存儲(chǔ)、低成本無線連接以及針對(duì)AEC-Q100 Grade1或2的汽車半導(dǎo)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(shì)。“MIFS覆蓋了從40-90nm節(jié)點(diǎn)的低功耗CMOS技術(shù)，提供獨(dú)具特色的eNVM、RF工藝選項(xiàng)，如碳納米管存儲(chǔ)技術(shù)、毫米波射頻技術(shù)。這些對(duì)很多物聯(lián)網(wǎng)集成電路來說都非常關(guān)鍵。” 謝杰指出，“MIFS本身擁有豐富的基礎(chǔ)IP庫，我們還加強(qiáng)了與Synopsys、Kilopass、Faraday等在基礎(chǔ)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(jié)

最新數(shù)據(jù)表明，中國集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)全行業(yè)銷售1518.52億元，增長達(dá)23.04%。然而另一方面，中國集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)數(shù)量從2015年的736家大幅增加到1362家，其中，中小規(guī)模的設(shè)計(jì)企業(yè)占據(jù)絕大多數(shù)。“以物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為代表的產(chǎn)業(yè)熱潮正在給中國集成電路企業(yè)帶來大好機(jī)遇，但從我們與本土客戶的交流來看，機(jī)遇與挑戰(zhàn)確實(shí)并存，特別是小規(guī)模市場體量和碎片化市場需求所導(dǎo)致的流片成本壓力。”謝杰指出，“我們拋開了傳統(tǒng)IDM公司的業(yè)務(wù)模式，愿為中國本土IC設(shè)計(jì)公司的成長提供專業(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(dǎo)體公司強(qiáng)有力的合作伙伴。”