一文梳理英飞凌、Imagination、ADI、兆易创新等半导体巨头的产业布局及产品技术趋势

2022-11-22 12:46:21 来源:EETOP

11月初,由EEVIA主办的“第十届年度中国硬科技媒体论坛暨2022产业链研创趋势展望研讨会”在深圳成功举行。EEVIA首席咨询师兼总经理Melody Zhao在致欢迎辞中说:“这是一个前所未有的黑天鹅频飞、灰犀牛乱撞的时代,产业生态格局持续动荡,大一统市场战略面临挑战,不确定性已经成为最大的确定性。尽管如此,数字化和双碳推进的全球浪潮已不可阻挡,对硬科技和芯片上下游研创方向定下了基调,创新和产业生态合作不会止步。”

来自英飞凌、Imagination、ADI、兆易创新、加贺富仪艾等多位技术专家和高管们为大家带来基于ICT相关的汽车芯片人工智能、可穿戴、双碳、数字化等领域最新硬科技及解读行业发展趋势。

专家们对各领域的盘点和思考,为下一阶段半导体的发展提供了参考。


01

SoC IP技术:赋能未来硬核科技创新

一颗芯片的诞生主要分为设计、制造、封测三大流程,而设计是整个芯片行业的源头。随着半导体工艺的发展,传统MCU已经不能完全满足智能终端的需求,SoC也就应运而生。随着数据的大爆发,AI计算的需求,在服务器、自动驾驶的汽车、深度神经网络或者机器学习、人脸识别上,有非常多应用上的硬件和驱动都需要提升。由此,包括SoC设计公司在内的芯片公司,都在追求更高性能、更低功耗、更节省带宽的芯片方案。

架构是芯片设计的基础。Imagination产品市场高级经理黄音表示:“越来越多的半导体厂商,SoC厂家,开始考虑借助外力,比如专业的IP公司,在某一个领域里面提供非常好的技术服务,从而降低其总拥有成本,并节省产品进入市场的时间。由此,也就带动了高性能的SoC IP的增长。”

过去的50年是算法和算力发展的50年,计算的迭代演进正在驱动SoC IP技术的不断创新:

  • 首先就是灵活性和可扩展性。随着国内内需市场的趋势发展,台式机,服务器、数据中心等国内GPU的需求不断增加,这就需要非常好的灵活性和扩展能力。

  • 第二是功耗。功耗与效能功耗比是目前科技市场对芯片产品优劣的主要评判标准

  • 第三是带宽。带宽是芯片产品不可逾越的坎儿。在芯片设计中带宽越高功耗也会相应增长。

  • 第四是安全性。手机芯片、服务器、都需要安全措施去保障数据不被泄露。

总而言之,SoC IP正聚焦于可扩展性、灵活性、效能、效率以及可编程性上的不断提升。异构计算也就应需而生。SoC是以IP模块为基础的设计技术,IP是SoC应用的基础。IP核可以划分为CPUGPU、DSP、VPU、总线、接口等6个类别,也可按软核、固核、硬核分类。异构是把不同类型的核进行集成,如将CPUGPU、NPU、神经网络加速单元等进行叠加,进行专业分工和更先进的处理。

异构计算有非常多的应用场景,比如说汽车正在往自动驾驶方向发展,随着汽车的高性能、智能化、电动化需求越来越高,这里面都需要用到非常多的计算。黄音分享说:“Imagination紧随市场脉络,提高IP核的可扩展性、灵活性和效率,并将从多个方向进行创新提供一系列的IP核,从而创建强大的异构计算解决方案

GPUAI相互配合做计算就是最典型的异构方案之一。Imagination拥有业界领先的神经网络加速器NNA。作为异构计算的主力和最高效的部分,NNA拥有着相比CPUGPU更大的算力和更高的算力密度,承载着大部分的计算任务。如专有的一些神经网络层,直接放到AI上来做加速;而有一些网络。可能需要GPU来做的,例如非最大值抑制、典型图形运算。

不仅如此,在2021年底 Imagination 还推出了全新RISC-V CPU核Catapult,作为对GPU和NNA的有效补充,CPU发挥其在控制流和灵活性上的优势,高效地控制和调度好GPU和NNA进行计算,同时也在整体上高效地查漏补缺,是异构计算中不可或缺的一环。

Imagination GPU的IP核已经有超过30多年的历史,其GPUAICPU以及其它的IP核一直在引领着整个行业的发展。到2019年,Imagination GPU架构有了比较大的改进,推出了A系列。这是Imagination的第十代内核,相较于第九代,它的性能密度比,即单位面积的性能比提高了2.5倍,有更完善的运算逻辑单元,并且提高了纹理处理的能力和压缩的算法,而且还能够配置Cache。2020年Imagination又推出B系列GPU产品。B系列开始是多核技术,可以支持多达4核,在算力上继续进行优化,在微架构上进行微调。到2021年,Imagination推出了C系列CXT GPU,增加了光线追踪的核,就是在GPU的核里面加上了RAC,而且可以达到多核光线追踪。

黄音表示:“Imagination在技术上的领先既被市场驱动,也引领着市场发展。”

02

电动汽车碳化硅强势入局


全球电动汽车市场、尤其是中国市场,将迎来高速的发展,这已经是不争的事实。有一个非常重要的时间节点,即2035年!欧洲要求所有销售的汽车2035年都是电动汽车;中国,则是要求所有的公共交通汽车都具备电动化。此外,美国的某些城市,及加拿大,也都有同样的需求。

而从汽车厂的生产规划来看,目前奥迪、宝马、大众、本田,包括国内的比亚迪,早已经开始计划停止生产燃油车,取而代之的是电动车。英飞凌安全互联系统事业部,汽车WiFi/BT及安全产品应用市场管理经理杨大稳分享到:“总的来讲,从现在开始,到2030年、2035年,最终到2040年,整个汽车市场将从现在的燃油车变成电动车。“

由于新能源车的出现及其发展,整个汽车电子电气的构架也发生了变化。

l首先,网联及数据安全。数据的可靠通信,在未来汽车中将非常重要。同时非常重要还有,这些数据的完整性、隐私性、安全性。

l第二,电力驱动系统。新能源车会分很多不同的类型。但不管哪种类型,都需要通过传感器、中间的控制器,以及驱动系统,最终到核心的半导体功率器件碳化硅或者IGBT。终极目标就是实现二氧化碳的零排放,途径就是减少或者最终终止燃油车的出现。这也是中国零排放的目标和愿景。

l最后就是自动驾驶。自动驾驶从L0到L5,级别越高,脱离人的控制就越大。

杨大稳介绍说:汽车有两个趋向:一种是把汽车当成手机一样的信息源,完全去依赖汽车;还有一种是把汽车做成手机的附属品。现在很多厂商包括电动车厂商,都把汽车当成一个第三空间,也就是把汽车会做成一个集休闲、娱乐,或休息的区域,所以它会从嗅觉、感知、听觉等等,给你带来丰富的体验,这也是未来汽车在座舱相关的趋势。

据介绍,在电动车领域,英飞凌的产品主要分两大类:一类就是关注汽车核心驱动,另一类就是汽车本身的数字化。在汽车核心驱动领域,英飞凌提供的是碳化硅产品。在过去的两三年,伴随半导体短缺、疫情等,英飞凌预见到未来十年,电动车将迎来高速、快速的发展。所以在碳化硅这个核心的部件上,英飞凌做了超前的部署。在整个碳化硅领域,包括从上游材料、到自身的产能、以及未来技术的投资,都做了长远的规划,来确保英飞凌在整个全球电动车市场的供给,特别是在国内快速发展的电动车市场,能够提供丰富的碳化硅材料。

杨大稳总结说:在全新电子电气架构趋势下的汽车平台设计中,特别是新能源车里,英飞凌首先会从核心部件碳化硅协助支持汽车的低碳化、零排放;同时,还会在数字化提供智能座舱相关的产品,提供更好的舒适度

03

新一代可穿戴技术:数据准确性和算法有效性

贝索斯曾经说过一句话:很多人关注的是未来十年什么会变化,他们去追变化的东西。但是他更多问自己的是,未来十年什么不变。

那对于可穿戴产品,不曾改变的需求点是什么呢?ADI中国产品事业部高级市场应用经理何源分析说:“从可穿戴产品来看,人类自身对于健康的追求是不变的,健康一定是大趋势。”

智能手表

智能手表行业是少有的在消费类市场里面还能保持稳步上升的。从2020年到2021、2022年,总出货量呈两位数增长,品牌占比也有所增长。何源分享说:有意思的是,中国地区占了智能手表市场当之无愧的头号份额,有28%。就全球份额看,欧洲、美国都在下降;而印度在上升,中国也在上升且市场份额最大,占了智能手表市场当之无愧的头号份额,有28%。所以国人对手表,包括对健康的领域关注程度很高。”

手表可能有两个发展趋势:

  • 第一是往重型发展,可能会搭载很复杂的芯片、复杂的算法。和小手机很像,功能非常强大,可以通话、拍照等。但弊端是,续航做不了太强。

  • 第二就是不加载复杂系统,可能只有一个小的操作系统,直接接一个嵌入式的单片机。它掌管所有的东西,好处是续航可以做很长。

目前,重型手表在国外比较受欢迎;国内则反过来,大家更喜欢轻型手表。在选购智能手表过程中,续航是一个很大的影响因素。有意思的是,消费者既需要高算力,又需要长续航。何源表示:但目前,算力和电池的关系其实是一个矛盾体。

此外,在任何情况下,手表都可能会跟所处场景产生连接,而这个连接可以非常大地提高信息聚合的能力,进而解析出很多有用的信息。除了运动追踪,现在的手表可以测心率、血氧饱和率,甚至初级的情绪、压力、健康状态,以及测体脂率等。

未来智能手表有可能是人们接触最密切的设备,甚至比手机还要多。包括人类五大健康指标:心率、血氧、血压、呼吸、体温,这些未来都会被可穿戴产品攻克。

可穿戴耳机、AR/VR设备

可穿戴耳机非常内卷,从研发到销售到市场营销,甚至有些在深圳华强北,有些白牌市场已经非常火爆。可穿戴耳机的四大消费地区:中国、印度、欧洲、美国,近两个季度来看,有一个很明显的特征,欧美地区量都有些许下滑,中国基本不变,印度增长非常快。也就是说现在市场的主力是在往亚洲、东亚转移,欧美相对来说市场也差不多快饱和了。

AR/VR设备可以有很多想象的空间,如加入很多传感器,应用很多算法,并做得足够轻量化。在佩戴过程中,可以利用大量传感器实时监测,记录和梳理,甚至提出专业建议。VR设备的主要的应用场景是游戏、娱乐、社交,包括这两年开始火起来的元宇宙。预计未来五年,VR市场年复合增长率可达40%以上。而AR设备则重在行业应用,不在娱乐,比如目前有些工业上的培训,或者是工业维护、远程指导。

何源介绍说:AR/VR设备对算力要求很高,所以其整个制程、工艺,都向着顶级节点发起进攻。现在市面上在售的AR/VR设备芯片制程都在5纳米甚至以下,这是算力和电池决定的。一定要做到非常高的制程,以提升续航。”

对新一代可穿戴设备的需求,ADI充满信心。ADI在模拟领域深耕近60年,其传感器模拟前端可分为两大部分:

  • 一是光路部分,可提供极高的信噪比,保证信号质量和可测覆盖度;在不同情况下,比如漏光、环境光的干扰、动态光的伪像,ADI也提供一整套方案进行动态干扰抑制,可适配更多的环境、测试状态;ADI还提供稳定的算法,自适应的算法,应用机器学习的理论。

  • 在电极部分,ADI提供可靠、稳定、成熟的专业级架构技术和独有的专利技术,可保证阻抗的测量精度,适配更多应用场景,对复杂的外部变量几乎免疫,适用于心电测量、体脂测量。ADI还提供开发的板极支持,甚至可以根据用户不同的需求做定制化的开发。

何源表示:“ADI就是用专业把专业变得更专业的公司。”

04

电池管理芯片:未来五年将迎来爆发期

根据Yole 2021年的数据显示,电源芯片2021年的体量接近250亿美元,是模拟芯片的三分之一,其中PMIC和DC-DC芯片规模最大。不过随着便携式产品和新能源的快速发展,电池管理芯片的需求也增长迅速,预计五年内将达到和DC-DC同一体量的水平。如此巨大的增长主要来源于以下四个行业:通信、储能、工业和汽车

  • 通信行业,根据中国5G基站前景发展报告显示,在2022年4G基站加5G基站预计超过100万台,2024年5G基站将超过240万台以上,增长率非常高。基站本身对通用电源芯片需求也非常高,2024年预计电源芯片的体量将达到上亿颗。

  • 储能方面,随着碳中和、碳达峰的需求,2021年中国光伏累计装机达到306GWh,2050年预计达到5000GWh。

  • 服务器市场,根据最新统计,2022年将达到400万台,未来几年的复合增长率也将达到10%以上。

  • 汽车行业,国内每年的传统燃油汽车销售接近3000万辆。随着新能源汽车的快速发展,2022年新能源汽车的销量预计突破650万辆,2026年预计将达到1600万辆。目前AFE产品以400伏耐压为主,平均用到10颗芯片。预计到2026年,AFE产品将趋向于800伏耐压,AFE芯片的使用量也将达到上亿颗。

兆易创新电源产品部市场总监冯忠河分享说:现在的智能电源多是给多路供电,而且集成化比较高,集成了各种保护、采集、通信等多种功能,而且以计算和通信领域应用为主。在模拟器件领域,兆易创新的主要发力点在电源芯片布局上

据介绍,从2019年开始,兆易创新就开始启动电源类产品布局。20214月,首颗电源管理TWS耳机专用的芯片正式量产;同年6月,首颗马达驱动产品 GD30DR8306 量产;11月,首款超低噪声LDO GD30LD330x正式上市2022年5月份多charger量产。兆易创新目前的电源产品线主要分为四大类:

  • 一是高性能电源,主要以通用的DC-DC和LDO为主,应用在网通、工业、安防等领域。

  • 二是电机驱动,现在的各类产品,从家电到工业智能机器人,再到汽车,都会用到驱动产品。配合MCU,可以搭载一个系统解决方案提供给客户。

  • 三是专用的电源芯片,主要是应用于TWS耳机和可穿戴设备。

  • 四是电池管理产品线,目前主要以通用的充电芯片为主。

冯忠河表示:兆易创新致力于打造集多种产品一体化的半导体解决方案提供商,从MCU到FLASH,都在发展工业、计算、储能、汽车,包括车规FLASH和车规MCU已经推向市场,后续会形成一个整体的解决方案。通过多元化的产品布局,提升核心竞争力,助力产业发展。

05

大有可为的联网

当前,全球正进入一个全新的数字经济时代,新一轮技术大变革正在发生。同时,急速加剧的竞争核心着力点又落到了科技竞争上。这也就意味着必须发展硬科技,加速进行转变,脱虚向实。近日,五部委联合发布了《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划(2022—2026年)》,可看出国家发展“脱虚向实”的决心。

“在脱虚向实的大背景,物联网技术大有可为的!”加贺富仪艾电子(上海)有限公司产品管理部总监杜复旦分享说,物联网市场接下来可以展望的两个方向

一是可持续的能源和物联网的融合,因为现在大家都在提新能源,物联网在新能源上的结合,有可能是接下来的一个方向。

第二是公共事业领域大规模采用物联网。这其实已经在进行,但发展的速度主要取决于政府的监管政策。

物联网与无线连接是一个不可分割的整体。现在无线新技术非常多,但是总体看,它的进展又没有那么快,因为整个物联网行业的发展比较平稳。Wifi 6E是基于6G频段的技术,能实现高速传输、低延时的特点。现有的应用随着需求端的推动,Wifi 6E会随着推动慢慢起来。杜复旦表示:Wifi 6E 2021年已经过了认证,个人认为在接下来的几年,可能会有一个比较大的发展。

在无线模块领域,加贺富仪艾电子是后来者。自2021年正式收购了太阳诱电的有关蓝牙和无线局域网模块的商业权、开发和制造技术以及知识产权后,才来投身到这个领域。时间虽然不长,但他们的无线模块却能做到极致的小,即3.25毫米×8.55毫米×1毫米,模块的重量不到0.1克,并且具备可验证的经验,已经累计出货大概1亿个。

物联网作为一场非常重要的重塑革命,近几年来得到了飞速发展。业界预测到2025年全球的物联网连接设备数预计将达到309亿,而中国则将达到80亿。杜复旦总结说:“数字经济真正的蓝海可能来自于数字化平台和生产场景的结合,对于传统产业的升级赋能,可能会形成产业互联网,这可能会是超越智能化、超越互联网的一个真正的物联网体系!

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