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NXP CTO谈“新摩尔定律”时代的创新:从快生活到优生活

上网日期: 2009年07月22日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:摩尔定律? 创新? NXP首席技术官?

作者:恩智浦半导体首席技术官(CTO)Rene Penning de Vries

几十年来,摩尔定律的生产力效益一直是半导体行业发展的驱动力,由此催生了超快速数字处理器、更宽带宽,以及大幅提升PC、手机等数据传输量大、存储量大的应用的生产力所需的超大存储器。然而,IC产业的经济学和社会的进步正给半导体行业带来革命性转变。


半导体产业正面临着双重挑战:一方面,利用先进CMOS技术开发SoC的成本飞涨;另一方面,体积的继续缩小将把摩尔定律推向末路。

同时,消费者所要求的附加价值不再是更多产的消费电子设备,而转变为成新型智能产品。全球老龄化趋势带来了对医疗设备和食品安全的需求。环保意识的提升需要智能“绿色”解决方案。交通领域,IC创新可确保安全,克服交通拥堵,还可为在路上的人们提供实时信息、娱乐和服务。

这些应用,以及许多其他应用,通常都是通过整合现有CMOS技术和“新摩尔定律“的技术而实现的。“新摩尔定律“的技术包括模拟混合信号、高压和超低功耗等。向多技术设备的转变还将影像设计和架构方法、建模和特性及系统架构。最终,现有的联合研发模式将发生改变,新的生态系统将形成。

从CMOS驱动的技术融合到技术多样化的革命性转变,为半导体制造商带来了新的差异化途径,以及更诱人的新业务机遇。

拥有多技术产品开发经验的厂商,以及恩智浦半导体之类的生态系统的驱动者,才能在这些新兴市场占据一席之地。

从生产力到优质生活的革命性转变

半导体产业是个相对年轻的产业,自摩尔定律首次预测硅片上晶体管的数量每18个月翻一番以来,半导体设备制造商一直追求的都是生产力收益。 事实证明,这一定律确实没错。生产率已经降低了晶体管的成本,以至于如今消费应用所需支付得起的SoC可能包括几亿个晶体管。这一巨大的生产力收益成就了今天我们随处可见的电子应用。

现在摩尔定律走向末路了么?回答是否定的,但是生产时晶体管的密度增加了,开发相应工艺的成本也随之增加。结果是,如今最成本经济的IC解决方案不一定基于市场上最小(也最昂贵)的CMOS技术。

航空业也上演了从性能到经济学驱动产品开发这一转变。革命型的协和客机(Concorde)数十年来速度不断加快,尽管最高时速打破记录高达每小时2000公里,还是没能成为空中客机的新标准。从巴黎飞到纽约,Concorde仅需3个小时,本以为Concorde将因此设定新的行业新标准。然而,经济学法占了单纯性能的上风:过度油耗造成机票价格上涨,高至到难以承受的地步,最终Concorde只能藏于博物馆。

航空业平均速度为每小时1000公里,这就是它的经济学平衡点,这一速度已经保持多年,迄今未变。

这是否意味着航空业创新的终结呢?恰恰相反。创新转向为乘客、机组人员和航线提供其他价值,而不仅仅是速度。飞机变得更安全,更舒适,更成本经济,油耗更低,噪音更低。

恩智浦预计半导体行业也会发生类似的转变,创新将从生产力转向优质生活收益。和航空业类似,对于生活(生命)来说,还有比速度更重要的事情。

因此,主宰半导体工艺技术数十年的摩尔定律仍将在少数高产量领域发挥作用。一旦物理功能与经济可行性交汇平衡,它将不复存在。

社会趋势推动新摩尔定律技术的发展

社会发展趋势为节能消费电子产品、和照明产品、医疗诊断设备、食品安全和交通管理系统领域提供先进IC的厂商带来了巨大的商机。

这些市场的成长并未因经济放缓而止步。因为多数芯片创新可带来可观的投资回报(ROI);与降低能耗,减少医疗开支,减少交通拥堵带来的经济损失相比,产品成本很容易被扳平。这样,在半导体领域,真正由需求驱动的创新可以自己为自己买单。

创造定制化解决方案

如今市场越来越复杂,要求针对特定应用领域制定优化的解决方案。这就需要OEM、半导体厂商以及生态系统中的更多成员,进行更精诚的合作。

这将有助于加速创新,让 OEM 有更多机会构建差异化优势。从初期就开始协同合作,可以确保 IC 与 OEM 产品的完美整合,缩短开发时间与成本,尽早进入市场。

峰力听力(Phonak)与恩智浦的合作就是一个很好的例子。峰力听力采用恩智浦的超低功率无线技术,共同开发新一代的助听器。这种磁感应技术不仅功耗低,也不会与身体组织互相作用,有别于传统的射频无线电。由于峰力听力与恩智浦在研发阶段就进行了真正意义上的合作,才得以快速开发产品,也更容易进入市场。我们着重于提供定制化零件,并让客户更主动地参与研发过程,因此能够提供成功商用的产品,并藉此获得绝佳的市场机会。

游戏规则仍然是:创新

半导体市场竞争十分激烈,毛利持续下降,投入超过20%的销售收入的进行研发工作已经不再必要。不过出于成本考虑而暂缓创新,是行不通的。

我们很清楚,不论是先进的 CMOS SoC,或是渐行渐近的新摩尔定律的应用,创新都将继续扮演半导体行业的驱动力。要适应已截然不同的经济状况,就必须采取创新战略。

业界必须采取更灵巧的方式进行创新。创新不能恪守 CMOS 蓝图的既有路线,而必须通过现有及新兴技术有创意的结合,创造专为客户量身订制的智能解决方案。基于多重技术(新摩尔定律)的应用趋势有助于创新,并且不需要先进 CMOS技术昂贵的 开发成本。

采用更灵巧的创新方式,也代表我们可以与客户合作,创造量身打造的解决方案,并可降低成本,加速上市时间。采用更聪明的创新方式,还意味着我们需要将合作扩展到更广大的产业生态系统,包括各个机构、大学、政府以及标准化组织。

创新仍将是半导体产业成功的必备条件,只不过这不是唯一的出路。公司若愿意追随创新趋势,抽身于不顾成本及功耗极限地对速度的无尽追求,将有机会创造利润客观的技术,不仅受益于公司自身,并最终受益于整个社会。

恩智浦的新摩尔定律创新成果

恩智浦已经针对新摩尔定律的元件与 IC积极开展研发与销售工作。接下来我们将展示具体范例,阐释新摩尔定律法则如何推动技术开发,并藉此创造有趣的商业机会,最终为日常生活创造更高的价值。

消费性电子产品的电源供应效能

不论是在运行或待机模式下,全球而言,笔记本电脑、台式机等消费电子产品的电源供应单元都浪费了大量能源。


为解决这项问题,全球许多国家和地区都立法要求交流电源的功率模块必须随时维持高效运作,包括在待机时的低功耗模式下;此外还禁止使用传统变压器。要成本经济地达成上述节能目标,必须采用特殊技术,在运行模式中纳入智能功能,并从根本上提高定制化电源装置的能效。

恩智浦的GreenChip系列产品即是成功范例,不但符合能源之星(Energy Star。能源之星是一项主要针对消费性电子产品的国际性能源节约计划,1992年首先由美国政府推出,之后澳大利亚、加拿大、日本、新西兰、中国台湾、欧洲等地亦加入该计划)的规范,还减少了二分之一的电源供应损耗。我们结合了优化的架构与设计,并搭配特殊的半导体技术,从全功率到待机模式,都一样具备节能效果。摩尔定律应用的特点,就是将众多功能整合至单一 IC,不过在此并不适用。我们采用了不同的 IC 技术,以达成优化的整体性能:在主要控制器与功率因素校正上整合高压装置,与这些装置的接口采用高密度、高速、低电压控制智能接口。最后我们在输出控制器采用低至中压技术,以在二级高压电流的状况下控制同步整流器。恩智浦独特的技术解决方案,具备有史以来最出色的变压效率,远超过全球立法规范标准。


照明

由白炽灯转换为荧光灯 (CFL) 或灯管 (TL),最高可节省 80% 的照明电力。目前已有部分有远见的国家打算全面禁止销售白炽灯。

传统的CFL 与 TL 的驱动电子使用分立的电源元件,不过目前面临这采用整合式解决方案的压力。对专业市场而言,效率与成本无疑是必要条件,不过各种设备需要智能控制功能,链接环境照明与空间检测,因此无线通信与控制成为重要因素。在低成本的 CFL 市场,IC 技术对于减少浪费、缩小体积,以及延长使用寿命而言,无疑具有相当大的吸引力。IC 驱动器也可以提供强化功能,例如发光相位控制、频率控制、PFC,并兼容传统的相位中断式调光器控制。恩智浦的CFL驱动器采用高电压 SOI(绝缘体硅芯片)技术制造,2个电源晶体管采用半桥式装置。这种技术可以简化设计,缩短上市时间,因此更容易整合复杂的管理电路和电源控制,而不必担心闩锁效应的风险。

LED照明解决方案具有体积小、电压适应力强、节省能源、可控制色彩与亮度,以及使用寿命长等特点。LED 照明成本低,并采用了高度整合的驱动器电子,因此有望广泛投入使用。

LED 灯与白帜灯的能效收益相近,但运行电压相对较低,因此可提供更有效的交流/直流转换,并具有输出与色彩平衡控制等功能。

目前市面上已有透过标准 TRIAC 调光调整亮度的LED产品。LED 驱动器与控制器的进一步发展,旨在继续降低能耗,减少发热以缩小产品体积,以及PFC(调整 25W 以上的谐波失真)。

恩智浦其他成功的应用领域,包括移动应用的 LED 闪光灯、液晶电视的 LED 背光调光技术,可大幅节省超过 50%能源。

智能汽车钥匙

如今的汽车钥匙具有自动锁死功能,并可通过单向通信进行远程接入。根据最新的开发成果,汽车钥匙已成为结合众多功能与特色的系统。车主可通过钥匙配备的LED,或是显示器以及双向通信功能,只要在操作范围内,就可以于远程检查车辆状态,例如上锁或未上锁。

钥匙的标准化接口采用近距离无线通信(Near-Field Communication; NFC)技术,可实现多种功能。举例来说,汽车位置、油量,或是胎压,都可显示在NFC手机上。如果手机包含 GPS 接收器,甚至可以帮助车主找到汽车。同样的标准化接口,也可增加安全元素(例如恩智浦 SmartMX),利用汽车钥匙进行付款。

汽车钥匙功能的扩展功能不胜枚举,可通过智能整合成熟的 CMOS、高电压、模拟、射频、MEMS、先进封装等现有技术而合实现。


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