EEVIA專家團給出的半導體六大趨勢
2023-10-24 12:12:50 EETOP“我們正處于一個無窮思考的時代，強烈感受到科技行業的百舸爭流和多風吹動。”易維訊信息咨詢和E維智庫（EEVIA）創始人&首席咨詢師Melody Zhao說，”人生不能只是等待風暴過去，而是要學會在雨中跳舞，跳出一片屬于自己的舞臺。”
今年是EEVIA成立的第15年。認識Melody以及她公司眾多小伙伴也有些年頭了。跨界學習型、強執行力、踏實可靠，是她們給我留下的最深刻的印象。成功落地的項目、完美謝幕的活動... ...她們用她們的專業、真誠，及不斷創新的精神，完成了一次又一次挑戰。EEVIA年度中國硬科技媒體論壇便是經典成功案例之一。
“以不息為本，以日新為道”，聚焦“需求”和“創新”，思想與思維、洞察與洞見、戰略與策略，通過一場高品質的研討會，呈現給我們。下面，我精心為大家梳理出六位主題演講嘉賓在今年第11屆EEVIA年度中國硬科技媒體論壇上分享的重要信息點。
泛在的高性能電源技術
縱觀ADI的發展，原美信有一些先進的工藝，結合它在系統端，比如現在大功率也有很多耦合電感的專利。加之ADI在IC設計方面也有比較先進的技術。ADI基于這幾個方面，衍生出了很多在業界比較領先、比較有特點的電源方向和技術。
首先是效率。大家現在提的都是能效，都在致力于提高電力電子的效率，從原來的線性電源提升到開關電源，包括現在有的電力電子達到99%的效率，人們不斷地致力于提高電源效率。
其次是面積。現在各種設備都越來越小，都希望最大限度地降低它的面積，比如減小器件的面積，減小設備的大小，這樣就可以節約空間，可以在有效的空間里面放更多的電源，很大地提高電源功率密度。模塊化，大大降低了電源設計的面積，同時大幅提高可靠性。
第四是電磁輻射。因為電力電子都放得非常密集，有可能帶來電池干擾和輻射很大，尤其現在的電源都切換到開關電源領域，所以它引起的噪聲輻射非常大。
此外對功率保護、電源診斷類電源的需求會越來越強烈。以及現在大家提得比較多的就是怎么把電源方案跟其他的信號鏈產品放在一起。因為如果單做一個電源，還是需要了解這后面電源供電的器件，了解其電源要求。終端的客戶比較在意的是系統的指標，比如射頻的輸出等。客戶對整個解決方案經過驗證之后，可以大大地縮短產品推向市場的時間，因為電源跟信號類產品經過測試驗證，對縮短推向市場的時間、對降低產品開發的風險非常有幫助。
ADI公司亞太區電源市場經理黃慶義重點分享了ADI的Silent Switcher技術在市場上如何解決目前遇到的問題。ADI Silent Switcher技術已經發展到第三代Silent Switcher 3。最開始芯片需要在外部加電容，后面ADI把電容在芯片里面集成，到了Silent Switcher 3，它還增加了一個額外的優勢，就是在普通的DC/DC性能之上，還增加了一個低噪聲功能，使得它輸出的噪聲非常接近LDO的水平，所以對于很大電流的應用，可能不太想用LDO的，用Silent Switcher 3的技術非常好。它的封裝也很多的優化，超低的低頻噪聲、超快的瞬態響應，使得Silent Switcher 3能夠很好地解決效率、面積、電子輻射帶來的問題。
電源在我們的生活當中分成很多的種類，從發電側到芯片端，都有不同種類的電源。電源最根本的目的是為了給后面的信號鏈、控制芯片供電。電源整體的發展方向是：越來越集成，電流越來越大，厚度越來越薄。
存儲趨勢：低電壓、低功耗、小封裝大容量
Flash作為高可靠性的系統代碼存儲媒介，一般都會用來存儲啟動代碼、固件或者一些操作系統，或者一些其他的數據。針對不同應用系統的復雜程度，不同的嵌入式對Flash容量的需求不同。尤其隨著當前用戶的需求多種多樣，系統功能也是越來越多，代碼的復雜程度也是不同，對Flash的需求容量也是不同的。各類應用對Flash的需求容量跨度都很大。即使是同樣的一個應用類型，對Flash的容量需求也是不一樣的。但整體來看，基本上市場上對Flash的需求容量是從512Kb，最大到8Gb。
隨著物聯網、可穿戴、汽車電子等新型領域的發展，對Flash的性能需要越來越高。像物聯網、可穿戴，他們希望Flash可以支持更高的性能，主要是想要從Flash中直接運行代碼，這樣可以節省RAM的大小，從而節省成本。對于汽車電子這類需要Flash和高性能的需求，希望能夠提高傳輸速率，能夠做到及時響應，從而提高用戶的體驗感。不同的應用對Flash電壓的需求也是不一樣的，全球的能源是有限的，節約能源綠色的設計理念已經成為半導體行業的一個主要的推動力。
兆易創新Flash事業部產品市場經理張靜分享說：“低電壓、低功耗，我們認為是現在及未來的需求方向。”兆易創新是以存儲器為起點的半導體公司，這些年來發展迅速，從2009年我們推出第一顆SPI NOR Flash，經過了14年的不斷研發和持續市場拓展，市場占有率也是不斷提升。到目前，兆易創新的Flash出貨量已經超過200多億顆，支持超過200億臺電子設備的啟動。其中SPI NOR Flash已經連續十年在市場占有率排名前三，市場占有率也已經超過了20%。
對于封裝方面，近些年來集成度越來越高，對Flash的封裝也是不同的應用提出了不同的需求。事實上，各個應用對封裝主流的使用是不一樣的。但是隨著集成度越來越高，在一些尺寸受限日趨小型化的應用要求下，進一步縮小Flash的體積，擴大同封裝Flash產品容量范圍勢在必行。
半導體制程工藝的節點的降低會帶來電壓的降低，即功耗降低。尤其到7納米以下，電壓會降低到1.2伏，功耗降低，能源進一步節約。節點尺寸越小，它的計算能力也越強，性能進一步提升。因為7納米以下先進工藝制程的特點，像汽車應用、手機、云計算或者智能識別，這些對性能的需求越來越高，7納米以下的制程工藝可以為其SoC處理器帶來更快的計算速度、更強的圖片處理能力、更長的電池續航時間，能夠給用戶帶來更出色的體驗。尤其高性能還有低功耗的SoC的需求，對Flash也提出了同樣的要求，希望Flash可以做到高性能、低電壓、低功耗。
會議最后，張靜也分享了兆易創新在探索前沿、部署未來方面的關注和思考：容量方面，當前NOR Flash最大是2Gb，后面是不是還會有更大的容量需求?在性能方面，當前我們可以做到400MB/秒，后面會不會對Flash有進一步的高性能的需求?當前我們也是一直在研究、探索。電壓方面，我們現在可以做到1.2伏，隨著先進工藝制程的進一步發展，會不會需要Flash在支持更低電壓?比如說1.1伏。封裝方面，還在持續不斷地引領創新，推出小封裝大容量的封裝形式。
在2000年初，傳感器的作用只是一個物理信號的檢測，承載的功能就是要檢測物理信號，然后提供給上層使用，所以它是單一的MEMS和模擬前端，在做一些數字電路的信號處理，然后直接把物理信號轉成一個電信號提供出來，相對功能比較單一。
持續發展的過程中，它不斷地集成更多的算法和軟件的功能，去做一些定制化的配置，集成一些更豐富的功能，甚至可以往里面放一顆可編程的處理器，做算法的集成，讓它實現更多的功能。包括現在的邊緣AI算法也可以集成到小小的傳感器產品中。傳感器只要集成一個超低功耗的處理器，就可以做這個動作。Bosch Sensortec GmbH高級現場應用工程師皇甫杰介紹說：“這也是Bosch Sensortec正在做的事情。”
把AI算法集成到器件里面的好處是什么？
首先是可以在器件端做定制化或者個性化，對每個用戶做一個適配，讓傳感器識別精度適應到每一個獨立的用戶，不是說一顆算法應用到所有用戶，因為用戶是有差異的。所以這是它的優勢。
傳感器的數據不需要上傳到云端，數據只是存在設備本身，甚至傳感器內部。這樣就可以保證傳感器數據的安全性，即用戶數據的安全性。
實時響應，無需將數據上傳云端，再反饋到設備端，中間的過程直接忽略掉，直接在器件里面做響應，所以它的響應速度會更快。
第四，進一步地減少設備的功耗，來延長電池的使用壽命或者電池的日常使用時間。
這些都是把AI算法集成到傳感器這個硬件內部的優勢。為更深刻的理解這種優勢，皇甫杰以Bosch Sensortec的BME 688四合一的傳感器為例，介紹了如何通過傳感器實現AI的功能。據介紹，BME 688是目前世界上最小的一顆四合一傳感器，它里面集成了溫度、氣壓、濕度、氣體的檢測功能。這顆傳感器可以通過PC端，給用戶提供一個AI學習的開發工具，用戶可以基于這個工具去做自己的一些定制，或者應用場景的定制。它的工作原理是通過傳感器內部去加熱金屬氧化物，來跟目標氣體發生還原反應，在不同的溫度點的時候，它的還原反應的特征不一樣。傳感器就可以根據報出來的電阻值做特征的模型建立。
Bosch的MEMS傳感器發展是從汽車開始，慢慢拓展，已經滲透到用戶和生活的方方面面。皇甫杰表示：“通過嵌入式AI與MEMS傳感器的融合，利用創新的傳感解決方案和邊緣AI，可以讓世界變得更智能、更可持續；開啟應用的全新視野，改善人們的日常生活，讓人們更好地感知未來世界。”
光學和傳感技術提升未來汽車價值
車的屬性已從傳統的交通工具，變成現在帶著個人屬性的私人空間。車的架構已從以前的分布式架構，到現在往集中式、中央式架構趨勢變化。在變化過程中，所有功能都從分布式的方式往集中式方向發展，這樣的趨勢也要求功能要在局部有更多的集中。智能表面是一個比較典型的例子，它的應用成長有很多方面的因素：
首先是成本。以前傳統按鍵非常復雜，材料非常貴，很多東西在組裝的階段就要做調整，各方面的成本就會非常昂貴。現在用隱藏式電子按鍵，可以把這塊成本省下來，在電子屏上實現非常多的按鍵功能。
其次，現在整個車里面的簡潔化設計趨勢，也希望把按鍵盡可能藏起來，在不需要的時候不占地方，這是非常直觀的客戶需求。而且用電子實現按鍵，它的功能可以自定義，所有的按鍵在將來的應用上可以通過后期的OTA升級等，來實現按鍵的靈活自定義。
還有就是重量。所有電車的發展都有這樣的規律，都盡可能把每個部件做到輕量化。輕量化就意味著省電，續航時間就會長，大家就會少些焦慮。
對于智能表面應用，要想實現這么多功能，即像素化LED、按鈕、滑條、傳感的控制等，OSP總線就是很好的集成方式。艾邁斯歐司朗大中華區及亞太區汽車應用技術總監白燕恭介紹說：“基于OSP總線，我們推出了相應的智能RGB LED，我們也提供了把傳感器接入到OSP總線的轉換器。通過這樣一整套方式，可以把整個智能表面應用串起來。”
以前的方式是在每一路燈都要有一個MCU，再加上燈的驅動，整個系統非常復雜。現在通過OSP總線，在整個系統端只需一個MCU，所有燈的數據都可以通過這條總線匯聚到MCU側。據介紹，艾邁斯歐司朗的OSIRE? E3731i就是一款帶驅動的智能燈。這顆燈通過一條OSP總線，最多可以連1000個點。在整個系統端只有一個MCU，因為所有燈的數據都可以通過這條總線匯聚到MCU側。
艾邁斯歐司朗正在力推OSP概念和生態。做法是在現有的基礎上做了一個OSP Converter，主要考慮是現在大多數在車里面用的傳感器都是I2C接口，希望通過OSP Converter，把整個系統集成難度進一步降低，從而提高系統集成性。從燈再往上到智能表面，再到還包括車內只要有傳感器和照明相結合的場景，艾邁斯歐司朗都希望通過這個Converter把I2C協議數據直接轉換到OSP協議。
白燕恭表示：“只要有傳感和照明結合這樣的場景，我們的OSP概念和生態，都會給整個產業帶來無窮的潛力”。
EDA：驗證是重中之重
從摩爾定律的角度和現實的數字來看，2011年的時候，整個半導體的生產制造成本大概在28納米達到低點。后面隨著技術的進步，工藝制程的演進，成本在持續地往上漲，也就是說要生產一顆設計、制造、生產一顆芯片，成本非常高。
上海合見工業軟件集團產品工程副總裁孫曉陽表示：“芯片制造工藝離不開工具軟件技術的支撐，EDA的發展要領先于工藝的發展，才能支撐工藝的落地。EDA工具是高端芯片設計必不可少的環節，而驗證EDA工具更是重中之重。”
合見一個很重要的著力點，就是從驗證這個領域出發。傳統上原型驗證系統，就是在芯片之前把設計的一部分放到FPGA上面，它可以跑得很快。但隨著軟件的發展，原型驗證和硬件仿真開始出現融合，界限越來越不那么清晰了。
孫曉陽介紹說：“合見的原型驗證系統，要挑戰的是首先更大的容量，我們目前可以實現100顆VU19P FPGA級聯，這是Xilinx最成熟的最大的一顆芯片。我們目前在客戶的實際部署已經到了160顆。四顆FPGA是10億門，所以大概是40億門的規模。”此外，性能也是非常重要的，然后就是調試手段，可以讓整個系統所有的信號取決于客戶想要看什么都可以看，而且是跨FPGA。如何有效幫助客戶縮短產品上市時間，這點尤其重要。
在現在國際大環境下，從IMEC的預測來講，2024到2032年，它的制造工藝會從2納米到1.4、1.0、0.7、0.5納米，不停地往前進步。但是這些先進工藝目前對中國都是被封鎖的。所以這也是EDA要突破的地方。所有的這些工藝都離不開工具軟件和技術的支撐，我們EDA的發展，要領先于工藝的發展，才能支撐工藝的落地。當然，EDA是一個非常難的行業，所以需要長時間的投入，需要頂尖的人才。
用戶儲能全球商機爆發
可能有些人會問我們所處的時代最大的挑戰是什么？每個人都有自己不同的見解和看法，從我們的角度看，或者從全球的角度看，氣侯變化是我們所處這個時代最大的挑戰，比如現在的溫室效應、全球氣候變暖以及海平面的上升，所有這一切都是跟二氧化碳的排放量相關。在二氧化碳36.8Gt的排放量里面，最大的排放量來自發電，占40%；第二是工業應用，占25%；第三部分是新能源擴張，包括風能、光伏發電等。
然而在過去很多時候，新能源的發電甚至被稱為垃圾電，因為它不能很好地被電網應用。這時候怎么應對挑戰？就需要做儲能。儲能是目前非常熱的領域。援引IHS的最新報告，在儲能近十年的發展，CAGR可達到30.9%。這是一個非常令人興奮或者震驚的數字。
那未來的戶用儲能會往什么方向發展，它有什么特點？據英飛凌電源與傳感系統事業部應用管理高級經理徐斌分享，傳統的戶用光伏系統，只是一個單純的光伏發電功能，可能是一個微型逆變器，也可能是一個分布式的光伏組件加一些優化器。但近年來，大家裝光伏的時候會配備儲能，這是一個特點。第二，隨著未來戶用儲能的需求更加強烈，也伴隨著新能源汽車的爆發，大家需要把充電跟儲能和光伏系統做搭配，也就是現在非常熱的光儲充一體系統。第三，除了硬件上面的光儲充一體系統以外，在戶用儲能市場還會有軟件方面和能源管理方面的突破。以后的每個家庭裝了光儲充一體機以后，形成自發自用的能量微網，特別在一些偏遠地區，或者在歐美國家，在電網沒有那么順暢或者電網出現問題的時候，完全能滿足自己家庭的使用。
不過，未來光伏戶用儲能系統的效率和功率密度是最制約未來產品競爭力的重要因素。那么如何應對這樣的高功率密度、最小的溫升的挑戰呢？徐斌推薦說：“我們會強烈推薦大家使用SiC MOS，也就是第三代半導體。”
第三代半導體有以下四點優勢是非常匹配當前戶用儲能方案的需求：第一，從現在硅的器件轉到碳化硅系統，可以提升很高的效率；第二，SiC MOS的體積比較小，可以提升功率密度；第三，它非常靈活，SiC MOS的pin腳或者使用方法都可以跟硅的系統做到無縫連接；第四，它的Scalability非常好，從650V，到1200V、1700V都有。
英飛凌是目前全球少數幾家能同時做到以上三種半導體的公司之一，從硅的MOS和IGBT到碳化硅650V到1200V的MOS、包括GaN的產品，英飛凌是這個行業里面做得最完整的公司。對于產品的定位和選擇，徐斌介紹說：“在低壓、功率比較小、開關頻率比較快的領域，我們會推薦使用GaN的器件；在開關頻率沒有那么高，但功率等級比較高的領域，會推薦使用碳化硅的器件。”
