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從市場需求來看芯片節(jié)能降碳設(shè)計(jì)方向  

芯片是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的核心和靈魂，小到耳機(jī)手機(jī)，大到飛機(jī)火箭等，都離不開芯片。其中最常見的就是消費(fèi)類芯片和汽車類芯片，此外還有應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、工業(yè)、軍工和國防等領(lǐng)域的芯片。

目前在國內(nèi)，尤其是華南地區(qū)，消費(fèi)類電子，包括物聯(lián)網(wǎng)芯片、穿戴式芯片的發(fā)展非常快。這類終端的下一代產(chǎn)品趨勢，首先是低功耗，因?yàn)樗鼈兊碾姵卦O(shè)備大多都是要保證較長的續(xù)航時(shí)間。其次就是降低成本。消費(fèi)類電子市場競爭非常激烈，幾乎所有的公司都在持續(xù)不斷地去做成本降低。

而在智能監(jiān)控這種需要進(jìn)行邊緣計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域，需要提高算力去做AI計(jì)算，實(shí)現(xiàn)人、物品的識別功能，芯片也演變的越發(fā)復(fù)雜。汽車ADAS芯片同樣如此，很多應(yīng)用的的算力高達(dá)數(shù)百T，比如雷達(dá)識別或者是特斯拉的視覺識別，對芯片性能的要求都是越來越高的。那么隨之制程也一定是越來越先進(jìn)的，可能會趕超手機(jī)、電腦、服務(wù)器等應(yīng)用。

華邦電子大陸區(qū)產(chǎn)品營銷處處長朱迪在接受EETOP采訪時(shí)表示：“降低成本，不一定要采取犧牲產(chǎn)品性能的方式，制程降低同樣可以有效降低成本，比如說從40nm，降到28nm、22nm，甚至到1X nm。其實(shí)汽車，尤其是現(xiàn)在的EV造車新勢力，對于ADAS或者智能座艙的要求都非常高，芯片性能也越來越強(qiáng)。因此，制程一定同步發(fā)展，甚至可能會選擇最先進(jìn)的制程去做。”

除了制程之外，車機(jī)系統(tǒng)同樣需要考慮功耗問題。在過去，大家都沒有想到在汽車里面會需要搭載幾百瓦的芯片，如今這些高性能芯片對整個(gè)系統(tǒng)的散熱、整體功耗，以及外圍器件和存儲芯片的影響，都需要重新考慮。

“芯片的集成化將是主流的發(fā)展趨勢，這也是內(nèi)存廠商和主芯片廠商合作逐漸增多的領(lǐng)域。”多芯片合封技術(shù)同樣是減少封裝面積、減少能源消耗、降低客戶成本、提升產(chǎn)品性價(jià)比方式。朱迪分享說，多芯片封裝一方面可以通過降低封裝材料使用，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減碳；另一方面也契合現(xiàn)在整個(gè)電子產(chǎn)品，尤其是消費(fèi)類產(chǎn)品的小型化要求。多芯片合封到一起之后，穿戴類或者是物聯(lián)網(wǎng)模塊類的產(chǎn)品尺寸都可以很小。單芯片，把里面的存儲、PA、藍(lán)牙等芯片都合封在一起，可以有效降低整體的成本，并且尺寸也更加輕薄短小。

據(jù)介紹，華邦目前就在和主芯片廠商合作進(jìn)行SiP（多芯片合封技術(shù)）的開發(fā)，提供KGD產(chǎn)品跟客戶的主芯片一起封裝，在華邦進(jìn)行測試，免去單獨(dú)的封測環(huán)節(jié)。朱迪指出：“目前，節(jié)能減碳是全世界各國的共同趨勢。華邦主要從兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)節(jié)能減碳的目標(biāo)：首先是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就實(shí)現(xiàn)低功耗，減少終端產(chǎn)品的能源消耗；其次，在產(chǎn)品制造過程中，通過先進(jìn)工藝減少碳排放，同時(shí)工廠做好節(jié)能減排和水資源回收等。”

從具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)看華邦的降耗思路

GP-Boost DRAM

目前，華邦專注于GP-Boost DRAM產(chǎn)品的研發(fā)及推廣，GP-Boost DRAM意為Green Power Boost-DRAM，也就是低功耗的DRAM。相比過去幾年在業(yè)內(nèi)用得較多的標(biāo)準(zhǔn)型DRAM產(chǎn)品，例如SDRAM、DDR1、DDR2等，華邦的Green Power產(chǎn)品運(yùn)行功耗會比常規(guī)產(chǎn)品低10%左右，待機(jī)功耗更是顯著降低，可以比常規(guī)的SDRAM產(chǎn)品低60%到70%。同時(shí)性能也同樣出眾，GP-Boost DRAM的帶寬較傳統(tǒng)產(chǎn)品也有增加，如此一來就可以滿足更多像邊緣計(jì)算這種對算力有要求的應(yīng)用場景。

除了產(chǎn)品本身的低功耗特性之外，產(chǎn)品封裝上所用的化學(xué)原材料用量也與能源消耗息息相關(guān)。朱迪說：“華邦的每一顆芯片的外部都有厚厚的一層塑膠保護(hù)層，如果我們把封裝做小就會減少化學(xué)物品的消耗。”據(jù)介紹，華邦最新推出的100BGA LPDDR4/4X就是一個(gè)在封裝層面降低消耗的經(jīng)典產(chǎn)品。相對于傳統(tǒng)的200BGA，100BGA的封裝，其體積縮小了一半左右，節(jié)約了整體材料成本，也減少在PCB的占用空間。

HYPERRAM

HYPERRAM產(chǎn)品具備超低功耗特性，運(yùn)行功耗遠(yuǎn)低于同容量的CellularRAM和SDRAM，同時(shí)通過特有的混合睡眠模式（Hybrid Sleep Mode），HYPERRAM功耗可進(jìn)一步降低。此外，HYPERRAM大多采用24BGA、 WLCSP這類沒有外部塑料的封裝，比傳統(tǒng)的LPDDR產(chǎn)品封裝還要都小很多，可以節(jié)約PCB面積、降低成本，同時(shí)降低消耗。

除了24BGA封裝以外，WLCSP跟KGD封裝非常小，可以算是“免封裝”產(chǎn)品，相應(yīng)的功耗也比較低。低功耗帶來的另一個(gè)好處就是可使客戶的產(chǎn)品功耗降低、提升產(chǎn)品續(xù)航能力，從而提升客戶產(chǎn)品的競爭力。對于需要電池供電的產(chǎn)品來說，還能減少電池的消耗，有助于減小電池生產(chǎn)和回收的環(huán)境污染等。

1.2V NOR Flash

低電壓也是華邦所努力的方向之一。以NOR Flash 而言，目前的主流電壓是3.3V，而可穿戴設(shè)備以及其他低功耗的應(yīng)用，主流電壓會達(dá)到到1.8V。華邦是全球第一家推出1.2V NOR Flash的廠家，并于2020年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，目前已經(jīng)有海外的大客戶在批量生產(chǎn)采用1.2V NOR Flash的產(chǎn)品。

1.2V NOR Flash有以下好處：

• 可以同步配合主芯片廠商的制程的演進(jìn)。因?yàn)橹瞥淘酵挛⒖s，產(chǎn)品電壓會持續(xù)下降，需要的I/O電壓也持續(xù)下降，采用1.2V產(chǎn)品就可以很好地匹配，無需使用電平轉(zhuǎn)換器即可直接和SoC連接，從而降低BOM成本和PCB占用空間。

• 可以有效降低功耗。此外從 1.8V 電壓降至 1.2V，產(chǎn)品本身在運(yùn)行上會降低50%的功耗，待機(jī)功耗也會減少33%，電池壽命、續(xù)航能力有大幅的增加，對于整機(jī)產(chǎn)品的功耗會有非常顯著的改善。

  
  

相比傳統(tǒng) 1.8V，1.2V 接口具有顯著優(yōu)勢

朱迪總結(jié)說：“華邦當(dāng)前的NOR Flash產(chǎn)品容量涵蓋2Mb～2 GB、電壓范圍是1.2V～3V，且都通過AECQ100認(rèn)證。雖然大容量NOR Flash的成本相對較高，但由于其高可靠性和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，非常適合汽車的應(yīng)用。同時(shí)華邦的產(chǎn)品目前也得到了國內(nèi)一線汽車廠商的認(rèn)證，并且已經(jīng)有相關(guān)項(xiàng)目正在進(jìn)行。”

從制作工藝角度實(shí)現(xiàn)節(jié)能減碳

在產(chǎn)品之外，華邦在制作工藝上也有積極探索。比如低溫焊接 (Low Temperature Soldering，LTS) 制程，朱迪介紹說：“在存儲行業(yè)，華邦很早就開始進(jìn)行LTS制程的研發(fā)，推出配合低溫焊接制程 (~190C)的閃存產(chǎn)品。”

其實(shí)，低溫焊接最早是由英特爾于2017年開始提出的。過去，出于環(huán)保的考慮，將原有的鉛焊轉(zhuǎn)變成無鉛焊接，但付出的代價(jià)則是焊接溫度從常規(guī)的210℃、220℃上升到260℃，近40℃的溫度升高對能源消耗是巨大的。 所以2017年英特爾主導(dǎo)研發(fā)了低溫焊接的技術(shù)，最先在電腦和平板產(chǎn)品開始使用。

低溫焊接技術(shù)的核心是焊接材料、芯片本身的需求以及低溫焊接錫膏，好處就是溫度可以從260℃降到190℃，能源消耗、碳排放都有顯著減少。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，將 SMT 溫度從無鉛制程的 220~260C 降到低溫焊接制程的190℃，每 條 SMT 生產(chǎn)線的二氧化碳排放量一年可以減少 57 公噸，對于碳排放減量幫助非常明顯。

除了節(jié)能減碳以外，對于有插件式組件的 PCB，因?yàn)椴寮浇M件可以承受低溫焊接制程的溫度，SMT 就可以一次將所有組件組裝到 PCB上，大幅簡化及縮短 SMT 流程。而且隨著焊接溫度下降，芯片及 PCB 還可以選較低成本的低溫材料，對于 SMT 生產(chǎn)成本幫助很大，根據(jù)統(tǒng)計(jì) SMT 整體每年約可減少 40% 成本開銷。

如何實(shí)現(xiàn)自身發(fā)展和環(huán)境保護(hù)之間的平衡，對于所有行業(yè)都是非常關(guān)鍵的。不過，要實(shí)現(xiàn)ESG和減碳目標(biāo)帶來的成本上升一定會降低產(chǎn)品的價(jià)格競爭力。現(xiàn)在整個(gè)行業(yè)，尤其是消費(fèi)類電子行業(yè)的競爭非常激烈，并不是每個(gè)公司都愿意去犧牲價(jià)格優(yōu)勢，投入資金去做環(huán)保，所以這是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。朱迪表示：“華邦一直在研究更先進(jìn)的技術(shù)，在不增加成本的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能減碳。”