NXP CTO談“新摩爾定律”時代的創(chuàng)新：從快生活到優(yōu)生活

幾十年來，摩爾定律的生產(chǎn)力效益一直是半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的驅(qū)動力，由此催生了超快速數(shù)字處理器、更寬帶寬，以及大幅提升PC、手機等數(shù)據(jù)傳輸量大、存儲量大的應(yīng)用的生產(chǎn)力所需的超大存儲器。然而，IC產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟學(xué)和社會的進步正給半導(dǎo)體行業(yè)帶來革命性轉(zhuǎn)變。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正面臨著雙重挑戰(zhàn)：一方面，利用先進CMOS技術(shù)開發(fā)SoC的成本飛漲；另一方面，體積的繼續(xù)縮小將把摩爾定律推向末路。

同時，消費者所要求的附加價值不再是更多產(chǎn)的消費電子設(shè)備，而轉(zhuǎn)變?yōu)槌尚滦椭悄墚a(chǎn)品。全球老齡化趨勢帶來了對醫(yī)療設(shè)備和食品安全的需求。環(huán)保意識的提升需要智能“綠色”解決方案。交通領(lǐng)域，IC創(chuàng)新可確保安全，克服交通擁堵，還可為在路上的人們提供實時信息、娛樂和服務(wù)。

這些應(yīng)用，以及許多其他應(yīng)用，通常都是通過整合現(xiàn)有CMOS技術(shù)和“新摩爾定律“的技術(shù)而實現(xiàn)的?！靶履柖伞暗募夹g(shù)包括模擬混合信號、高壓和超低功耗等。向多技術(shù)設(shè)備的轉(zhuǎn)變還將影像設(shè)計和架構(gòu)方法、建模和特性及系統(tǒng)架構(gòu)。最終，現(xiàn)有的聯(lián)合研發(fā)模式將發(fā)生改變，新的生態(tài)系統(tǒng)將形成。

從CMOS驅(qū)動的技術(shù)融合到技術(shù)多樣化的革命性轉(zhuǎn)變，為半導(dǎo)體制造商帶來了新的差異化途徑，以及更誘人的新業(yè)務(wù)機遇。

擁有多技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗的廠商，以及恩智浦半導(dǎo)體之類的生態(tài)系統(tǒng)的驅(qū)動者，才能在這些新興市場占據(jù)一席之地。

從生產(chǎn)力到優(yōu)質(zhì)生活的革命性轉(zhuǎn)變

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是個相對年輕的產(chǎn)業(yè)，自摩爾定律首次預(yù)測硅片上晶體管的數(shù)量每18個月翻一番以來，半導(dǎo)體設(shè)備制造商一直追求的都是生產(chǎn)力收益。 事實證明，這一定律確實沒錯。生產(chǎn)率已經(jīng)降低了晶體管的成本，以至于如今消費應(yīng)用所需支付得起的SoC可能包括幾億個晶體管。這一巨大的生產(chǎn)力收益成就了今天我們隨處可見的電子應(yīng)用。

現(xiàn)在摩爾定律走向末路了么？回答是否定的，但是生產(chǎn)時晶體管的密度增加了，開發(fā)相應(yīng)工藝的成本也隨之增加。結(jié)果是，如今最成本經(jīng)濟的IC解決方案不一定基于市場上最小（也最昂貴）的CMOS技術(shù)。

航空業(yè)也上演了從性能到經(jīng)濟學(xué)驅(qū)動產(chǎn)品開發(fā)這一轉(zhuǎn)變。革命型的協(xié)和客機（Concorde）數(shù)十年來速度不斷加快，盡管最高時速打破記錄高達每小時2000公里，還是沒能成為空中客機的新標(biāo)準(zhǔn)。從巴黎飛到紐約，Concorde僅需3個小時，本以為Concorde將因此設(shè)定新的行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)。然而，經(jīng)濟學(xué)法占了單純性能的上風(fēng)：過度油耗造成機票價格上漲，高至到難以承受的地步，最終Concorde只能藏于博物館。

航空業(yè)平均速度為每小時1000公里，這就是它的經(jīng)濟學(xué)平衡點，這一速度已經(jīng)保持多年，迄今未變。

這是否意味著航空業(yè)創(chuàng)新的終結(jié)呢？恰恰相反。創(chuàng)新轉(zhuǎn)向為乘客、機組人員和航線提供其他價值，而不僅僅是速度。飛機變得更安全，更舒適，更成本經(jīng)濟，油耗更低，噪音更低。

恩智浦預(yù)計半導(dǎo)體行業(yè)也會發(fā)生類似的轉(zhuǎn)變，創(chuàng)新將從生產(chǎn)力轉(zhuǎn)向優(yōu)質(zhì)生活收益。和航空業(yè)類似，對于生活（生命）來說，還有比速度更重要的事情。

因此，主宰半導(dǎo)體工藝技術(shù)數(shù)十年的摩爾定律仍將在少數(shù)高產(chǎn)量領(lǐng)域發(fā)揮作用。一旦物理功能與經(jīng)濟可行性交匯平衡，它將不復(fù)存在。

社會趨勢推動新摩爾定律技術(shù)的發(fā)展

社會發(fā)展趨勢為節(jié)能消費電子產(chǎn)品、和照明產(chǎn)品、醫(yī)療診斷設(shè)備、食品安全和交通管理系統(tǒng)領(lǐng)域提供先進IC的廠商帶來了巨大的商機。

這些市場的成長并未因經(jīng)濟放緩而止步。因為多數(shù)芯片創(chuàng)新可帶來可觀的投資回報（ROI）；與降低能耗，減少醫(yī)療開支，減少交通擁堵帶來的經(jīng)濟損失相比，產(chǎn)品成本很容易被扳平。這樣，在半導(dǎo)體領(lǐng)域，真正由需求驅(qū)動的創(chuàng)新可以自己為自己買單。

創(chuàng)造定制化解決方案

如今市場越來越復(fù)雜，要求針對特定應(yīng)用領(lǐng)域制定優(yōu)化的解決方案。這就需要OEM、半導(dǎo)體廠商以及生態(tài)系統(tǒng)中的更多成員，進行更精誠的合作。

這將有助于加速創(chuàng)新，讓 OEM 有更多機會構(gòu)建差異化優(yōu)勢。從初期就開始協(xié)同合作，可以確保 IC 與 OEM 產(chǎn)品的完美整合，縮短開發(fā)時間與成本，盡早進入市場。

峰力聽力（Phonak）與恩智浦的合作就是一個很好的例子。峰力聽力采用恩智浦的超低功率無線技術(shù)，共同開發(fā)新一代的助聽器。這種磁感應(yīng)技術(shù)不僅功耗低，也不會與身體組織互相作用，有別于傳統(tǒng)的射頻無線電。由于峰力聽力與恩智浦在研發(fā)階段就進行了真正意義上的合作，才得以快速開發(fā)產(chǎn)品，也更容易進入市場。我們著重于提供定制化零件，并讓客戶更主動地參與研發(fā)過程，因此能夠提供成功商用的產(chǎn)品，并藉此獲得絕佳的市場機會。

游戲規(guī)則仍然是：創(chuàng)新

半導(dǎo)體市場競爭十分激烈，毛利持續(xù)下降，投入超過20%的銷售收入的進行研發(fā)工作已經(jīng)不再必要。不過出于成本考慮而暫緩創(chuàng)新，是行不通的。

我們很清楚，不論是先進的 CMOS SoC，或是漸行漸近的新摩爾定律的應(yīng)用，創(chuàng)新都將繼續(xù)扮演半導(dǎo)體行業(yè)的驅(qū)動力。要適應(yīng)已截然不同的經(jīng)濟狀況，就必須采取創(chuàng)新戰(zhàn)略。

業(yè)界必須采取更靈巧的方式進行創(chuàng)新。創(chuàng)新不能恪守 CMOS 藍圖的既有路線，而必須通過現(xiàn)有及新興技術(shù)有創(chuàng)意的結(jié)合，創(chuàng)造專為客戶量身訂制的智能解決方案。基于多重技術(shù)（新摩爾定律）的應(yīng)用趨勢有助于創(chuàng)新，并且不需要先進 CMOS技術(shù)昂貴的 開發(fā)成本。

采用更靈巧的創(chuàng)新方式，也代表我們可以與客戶合作，創(chuàng)造量身打造的解決方案，并可降低成本，加速上市時間。采用更聰明的創(chuàng)新方式，還意味著我們需要將合作擴展到更廣大的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，包括各個機構(gòu)、大學(xué)、政府以及標(biāo)準(zhǔn)化組織。[!--empirenews.page--]

創(chuàng)新仍將是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)成功的必備條件，只不過這不是唯一的出路。公司若愿意追隨創(chuàng)新趨勢，抽身于不顧成本及功耗極限地對速度的無盡追求，將有機會創(chuàng)造利潤客觀的技術(shù)，不僅受益于公司自身，并最終受益于整個社會。

恩智浦的新摩爾定律創(chuàng)新成果

恩智浦已經(jīng)針對新摩爾定律的元件與 IC積極開展研發(fā)與銷售工作。接下來我們將展示具體范例，闡釋新摩爾定律法則如何推動技術(shù)開發(fā)，并藉此創(chuàng)造有趣的商業(yè)機會，最終為日常生活創(chuàng)造更高的價值。

消費性電子產(chǎn)品的電源供應(yīng)效能

不論是在運行或待機模式下，全球而言，筆記本電腦、臺式機等消費電子產(chǎn)品的電源供應(yīng)單元都浪費了大量能源。

為解決這項問題，全球許多國家和地區(qū)都立法要求交流電源的功率模塊必須隨時維持高效運作，包括在待機時的低功耗模式下；此外還禁止使用傳統(tǒng)變壓器。要成本經(jīng)濟地達成上述節(jié)能目標(biāo)，必須采用特殊技術(shù)，在運行模式中納入智能功能，并從根本上提高定制化電源裝置的能效。

恩智浦的GreenChip系列產(chǎn)品即是成功范例，不但符合能源之星（Energy Star。能源之星是一項主要針對消費性電子產(chǎn)品的國際性能源節(jié)約計劃，1992年首先由美國政府推出，之后澳大利亞、加拿大、日本、新西蘭、中國臺灣、歐洲等地亦加入該計劃）的規(guī)范，還減少了二分之一的電源供應(yīng)損耗。我們結(jié)合了優(yōu)化的架構(gòu)與設(shè)計，并搭配特殊的半導(dǎo)體技術(shù)，從全功率到待機模式，都一樣具備節(jié)能效果。摩爾定律應(yīng)用的特點，就是將眾多功能整合至單一 IC，不過在此并不適用。我們采用了不同的 IC 技術(shù)，以達成優(yōu)化的整體性能：在主要控制器與功率因素校正上整合高壓裝置，與這些裝置的接口采用高密度、高速、低電壓控制智能接口。最后我們在輸出控制器采用低至中壓技術(shù)，以在二級高壓電流的狀況下控制同步整流器。恩智浦獨特的技術(shù)解決方案，具備有史以來最出色的變壓效率，遠超過全球立法規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

照明

由白熾燈轉(zhuǎn)換為熒光燈 (CFL) 或燈管 (TL)，最高可節(jié)省 80% 的照明電力。目前已有部分有遠見的國家打算全面禁止銷售白熾燈。

傳統(tǒng)的CFL 與 TL 的驅(qū)動電子使用分立的電源元件，不過目前面臨這采用整合式解決方案的壓力。對專業(yè)市場而言，效率與成本無疑是必要條件，不過各種設(shè)備需要智能控制功能，鏈接環(huán)境照明與空間檢測，因此無線通信與控制成為重要因素。在低成本的 CFL 市場，IC 技術(shù)對于減少浪費、縮小體積，以及延長使用壽命而言，無疑具有相當(dāng)大的吸引力。IC 驅(qū)動器也可以提供強化功能，例如發(fā)光相位控制、頻率控制、PFC，并兼容傳統(tǒng)的相位中斷式調(diào)光器控制。恩智浦的CFL驅(qū)動器采用高電壓 SOI（絕緣體硅芯片）技術(shù)制造，2個電源晶體管采用半橋式裝置。這種技術(shù)可以簡化設(shè)計，縮短上市時間，因此更容易整合復(fù)雜的管理電路和電源控制，而不必擔(dān)心閂鎖效應(yīng)的風(fēng)險。

LED照明解決方案具有體積小、電壓適應(yīng)力強、節(jié)省能源、可控制色彩與亮度，以及使用壽命長等特點。LED 照明成本低，并采用了高度整合的驅(qū)動器電子，因此有望廣泛投入使用。

LED 燈與白幟燈的能效收益相近，但運行電壓相對較低，因此可提供更有效的交流/直流轉(zhuǎn)換，并具有輸出與色彩平衡控制等功能。

目前市面上已有透過標(biāo)準(zhǔn) TRIAC 調(diào)光調(diào)整亮度的LED產(chǎn)品。LED 驅(qū)動器與控制器的進一步發(fā)展，旨在繼續(xù)降低能耗，減少發(fā)熱以縮小產(chǎn)品體積，以及PFC（調(diào)整 25W 以上的諧波失真）。

恩智浦其他成功的應(yīng)用領(lǐng)域，包括移動應(yīng)用的 LED 閃光燈、液晶電視的 LED 背光調(diào)光技術(shù)，可大幅節(jié)省超過 50%能源。

智能汽車鑰匙

如今的汽車鑰匙具有自動鎖死功能，并可通過單向通信進行遠程接入。根據(jù)最新的開發(fā)成果，汽車鑰匙已成為結(jié)合眾多功能與特色的系統(tǒng)。車主可通過鑰匙配備的LED，或是顯示器以及雙向通信功能，只要在操作范圍內(nèi)，就可以于遠程檢查車輛狀態(tài)，例如上鎖或未上鎖。

鑰匙的標(biāo)準(zhǔn)化接口采用近距離無線通信(Near-Field Communication; NFC)技術(shù)，可實現(xiàn)多種功能。舉例來說，汽車位置、油量，或是胎壓，都可顯示在NFC手機上。如果手機包含 GPS 接收器，甚至可以幫助車主找到汽車。同樣的標(biāo)準(zhǔn)化接口，也可增加安全元素（例如恩智浦 SmartMX），利用汽車鑰匙進行付款。

汽車鑰匙功能的擴展功能不勝枚舉，可通過智能整合成熟的 CMOS、高電壓、模擬、射頻、MEMS、先進封裝等現(xiàn)有技術(shù)而合實現(xiàn)。

冷鏈：食品安全與保存

全球每年浪費的易腐性產(chǎn)品，總金額高達 350 億美元，其中包括食物、飲料、鮮花、藥品、疫苗、血液以及化學(xué)品。

所謂的冷鏈，是指這類產(chǎn)品從生產(chǎn)、運輸、儲存到抵達消費者的供應(yīng)鏈，全程冷藏處理并進行控制。

通過在產(chǎn)品上使用智能標(biāo)記，可以避免許多的浪費。產(chǎn)品與容器上的 RFID 標(biāo)簽包含溫度、濕度、O2/CO2 濃度、酸堿值，光線強度等各種傳感器，若能實時監(jiān)控這些數(shù)值，就可以在偏離安全值時啟動警告。如果能早點發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品快到保質(zhì)期，就可以確保產(chǎn)品安全，避免浪費。智能標(biāo)簽使物流更符合成本效益，也減少了儲存空間。

近距離無線通信 (Near-Field Communication; NFC)

NFC技術(shù)近年來逐漸引人注目，有越來越多的機構(gòu)例如銀行、交通運輸業(yè)者以及手機制造商，都希望在自己的業(yè)務(wù)中引入這項技術(shù)。

不過由于業(yè)界尚未建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，NFC在手機制造商與移動運營商中的規(guī)模應(yīng)用尚待時日。

恩智浦是NFC的共同發(fā)明者，我們一直處在推動標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的前沿，并努力構(gòu)建業(yè)界生態(tài)系統(tǒng)，以帶動標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，推動應(yīng)用擴展。社會日趨復(fù)雜，消費者需要具備多重功能的設(shè)備協(xié)助簡化生活?；谶@一認(rèn)識，恩智浦因此最近推出了首款標(biāo)準(zhǔn)化芯片，刺激市場發(fā)展。[!--empirenews.page--]

該新芯片使SIM卡成為 NFC 設(shè)備的核心部件，確保非接觸式交易的安全，并承載 NFC 應(yīng)用，以解決部分阻礙 NFC 發(fā)展的問題。不過恩智浦并不認(rèn)為 NFC 的應(yīng)用僅限于手機，因此我們與重要的 OEM 廠商合作，要將這項技術(shù)整合至筆記本電腦以及數(shù)字相框等更多不同的設(shè)備，以改進各種媒體的端到端（P2P）分享。

雖然 NFC 至今仍未成為主流技術(shù)，不過接下來的 12 個月，將是 NFC大展身手，發(fā)揮潛力的關(guān)鍵時刻。

醫(yī)療應(yīng)用的超低功耗技術(shù)

醫(yī)療電子是半導(dǎo)體發(fā)展最快速的領(lǐng)域之一。恩智浦的超低功率解決方案基于磁感應(yīng)無線電技術(shù)及 CoolFlux DSP，可支持最新的助聽器產(chǎn)品。我們的芯片支持最高可達 298 kbps的數(shù)據(jù)速率，并具備雙向通訊功能，支持立體聲音頻流和雙耳處理等新型應(yīng)用。集線器的使用可為MP3 播放器或移動電話配備無線連接功能，輕松與助聽器連接。此外，相較于射頻信號，短距離（50厘米以下）的磁感應(yīng)無線電信號可節(jié)省更多能源；穿越身體組織時，信號強度的降幅也相當(dāng)有限。磁感應(yīng)無線電信號與人體組織的互相作用也遠低于傳統(tǒng)的射頻訊號，因此可降低組織損傷的風(fēng)險。

其他超低功耗醫(yī)療應(yīng)用，包括監(jiān)控生命功能的體內(nèi)傳感器、神經(jīng)刺激與疼痛管理應(yīng)用設(shè)備，以及心律管理設(shè)備。以上都是新摩爾定律技術(shù)提升生活質(zhì)量，而不只是加快生活速度的成功典范。

智能電表

過去十年間，用于計量家用電力、煤氣、水力及暖氣的電機式設(shè)備，已逐漸更換為全數(shù)字電子儀表。這類儀表多半具有通信功能，可連接至自動讀表 (AMR) 或先進讀表基礎(chǔ)建設(shè) (AMI) 網(wǎng)絡(luò)等所謂的智能計量網(wǎng)絡(luò)。

這一市場的主要推動力是電表應(yīng)用。AMR/AMI 可幫助電力供應(yīng)商降低帳務(wù)成本，并能更有效的管理電網(wǎng)尖峰負載；這是影響電力行業(yè)成本與容量的關(guān)鍵因素。

目前市場對電子煤氣表、水表及暖氣表的需求已經(jīng)開始成長。政府之所以推動智能儀表的應(yīng)用，是因為消費者可因此更了解他們的能源消耗模式，這在降低能耗方面已經(jīng)顯現(xiàn)效果。此外，更好利用現(xiàn)有發(fā)電容量還可減少二氧化碳排放。

未來幾年，智能儀表將發(fā)展為建筑控制的家庭網(wǎng)關(guān)，連接所有室內(nèi)儀表（包括煤氣表、水表、暖氣表及電表），并可通過雙向通信功能，提供保安或警報服務(wù)。

恩智浦正為這一不斷成長的市場提供關(guān)鍵的半導(dǎo)體元件，包括專用的電子儀表微控制器、實時時鐘、顯示驅(qū)動器，以及邏輯 IC與分立器件等標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品；恩智浦還為預(yù)付費電子儀表解決方案，以及短距無線通信的 IMS 波段收發(fā)器提供接觸式與非接觸式讀卡器 IC。

車載信息通信系統(tǒng)

智能交通系統(tǒng)可大幅改善流動性，減少交通阻塞，并為可持續(xù)性發(fā)展做出貢獻。歐洲在道路收費與稅務(wù)系統(tǒng)的采用上意愿強烈。

政府的營收預(yù)期十分可觀，特別是在目前經(jīng)濟狀況下。道路收費基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，也可用于解決流動性與環(huán)保駕駛的挑戰(zhàn)。

安全要求日漸增加，因此也需要更快速的應(yīng)急反應(yīng)。歐洲緊急呼叫中心 (The European Emergency Call; eCall) 是歐洲政府著名的創(chuàng)新方案，要求歐盟地區(qū)銷售的所有車輛，都必須安裝 eCall 功能。這些進展需要低成本的車用信息通信解決方案。為最大限度降低系統(tǒng)成本，需要采用全新的微型架構(gòu)。恩智浦為應(yīng)對這一需求，設(shè)計了第一代車用單元平臺，稱為ATOP 2.5G。這是一種多核心的交鑰匙解決方案，應(yīng)用于車載信息通信應(yīng)用，結(jié)合了 GSM/GPRS、GPS、SRAM 、閃存、基于ARM7并支持 CAN、USB及多重序列的處理器間總線的微控制器供、符合銀行標(biāo)準(zhǔn)（Bank Standards）安全級別的安全控制器 SmartMX，以及 NFC 標(biāo)準(zhǔn)的 RFID 接口。所有這些均集成在一個BGA 封裝中，面積為 31x31毫米，高度則不到3毫米。

該器件不論是成本、尺寸、車內(nèi)連接性還是能耗，都進行了優(yōu)化。它配備了完全整合的標(biāo)準(zhǔn)軟件，確保通過 GSM 認(rèn)證，符合汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與政府的質(zhì)量的要求。

基站

移動通信是人類的基本需求，人們需要隨時隨地進行溝通。手機的驚人增長即是證明，手機并不僅僅應(yīng)用于通話，手機上網(wǎng)也愈演愈熱。這一成長與全球無線基礎(chǔ)建設(shè)的快速擴張相輔相成?；颈仨毺嵘齻鬏斨量蛻舻臄?shù)據(jù)流容量（蜂窩容量）。這就要求3G與4G系統(tǒng)進行更復(fù)雜的信號調(diào)制，而這需要更高的輸出功率。

能源消耗與二氧化碳排放不斷困擾整個社會，因此基站也必須提升能源效率。不過這與上述更復(fù)雜的信號調(diào)制以及因此帶來的更高輸出功率的趨勢互相沖突。

為滿足這種沖突性需求，恩智浦正在開發(fā)應(yīng)用于基站射頻區(qū)的元件，覆蓋數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（DAC 與 ADC）、使用小型信號區(qū)塊（混波器、LNA、VGA …）、射頻功率晶體管等。恩智浦應(yīng)用于功率放大器的RF-LDMOS技術(shù)，可為3G、LTE 以及 4G 等先進的復(fù)雜信號調(diào)制應(yīng)用提供最優(yōu)異的性能，并擁有最出色的能效。恩智浦還將推出 GaN 技術(shù)，進一步實現(xiàn)更卓越的性能。

此外，恩智浦正投資研發(fā)功率放大器架構(gòu)，以進一步降低能耗。例如，恩智浦即將推出一種集成的先進放大器——集成的Doherty，這將是RF功率領(lǐng)域首款同類產(chǎn)品。

長遠來看，隨著互聯(lián)網(wǎng)與手機電視點播等對帶寬需求較高的應(yīng)用的發(fā)展，基站的蜂窩容量將繼續(xù)大幅提升。這將要求相位陣列基站等更先進的系統(tǒng)。恩智浦正在研究高性能構(gòu)建模塊，以打造此類基站。恩智浦坐擁所有相關(guān)的先進技術(shù)，勢必在未來基站領(lǐng)域扮演領(lǐng)導(dǎo)者角色。