EEVIA专家团给出的半导体六大趋势

泛在的高性能电源技术

纵观ADI的发展，原美信有一些先进的工艺，结合它在系统端，比如现在大功率也有很多耦合电感的专利。加之ADI在IC设计方面也有比较先进的技术。ADI基于这几个方面，衍生出了很多在业界比较领先、比较有特点的电源方向和技术。

• 首先是效率。大家现在提的都是能效，都在致力于提高电力电子的效率，从原来的线性电源提升到开关电源，包括现在有的电力电子达到99%的效率，人们不断地致力于提高电源效率。

• 其次是面积。现在各种设备都越来越小，都希望最大限度地降低它的面积，比如减小器件的面积，减小设备的大小，这样就可以节约空间，可以在有效的空间里面放更多的电源，很大地提高电源功率密度。模块化，大大降低了电源设计的面积，同时大幅提高可靠性。

• 第三是功耗越来越低。到纳安级别的电源，也是希望有更可靠、更稳定的电源设计。

• 第四是电磁辐射。因为电力电子都放得非常密集，有可能带来电池干扰和辐射很大，尤其现在的电源都切换到开关电源领域，所以它引起的噪声辐射非常大。

此外对功率保护、电源诊断类电源的需求会越来越强烈。以及现在大家提得比较多的就是怎么把电源方案跟其他的信号链产品放在一起。因为如果单做一个电源，还是需要了解这后面电源供电的器件，了解其电源要求。终端的客户比较在意的是系统的指标，比如射频的输出等。客户对整个解决方案经过验证之后，可以大大地缩短产品推向市场的时间，因为电源跟信号类产品经过测试验证，对缩短推向市场的时间、对降低产品开发的风险非常有帮助。

ADI公司亚太区电源市场经理黄庆义重点分享了ADI的Silent Switcher技术在市场上如何解决目前遇到的问题。ADI Silent Switcher技术已经发展到第三代Silent Switcher 3。最开始芯片需要在外部加电容，后面ADI把电容在芯片里面集成，到了Silent Switcher 3，它还增加了一个额外的优势，就是在普通的DC/DC性能之上，还增加了一个低噪声功能，使得它输出的噪声非常接近LDO的水平，所以对于很大电流的应用，可能不太想用LDO的，用Silent Switcher 3的技术非常好。它的封装也很多的优化，超低的低频噪声、超快的瞬态响应，使得Silent Switcher 3能够很好地解决效率、面积、电子辐射带来的问题。

电源在我们的生活当中分成很多的种类，从发电侧到芯片端，都有不同种类的电源。电源最根本的目的是为了给后面的信号链、控制芯片供电。电源整体的发展方向是：越来越集成，电流越来越大，厚度越来越薄。

存储趋势：低电压、低功耗、小封装大容量

Flash作为高可靠性的系统代码存储媒介，一般都会用来存储启动代码、固件或者一些操作系统，或者一些其他的数据。针对不同应用系统的复杂程度，不同的嵌入式对Flash容量的需求不同。尤其随着当前用户的需求多种多样，系统功能也是越来越多，代码的复杂程度也是不同，对Flash的需求容量也是不同的。各类应用对Flash的需求容量跨度都很大。即使是同样的一个应用类型，对Flash的容量需求也是不一样的。但整体来看，基本上市场上对Flash的需求容量是从512Kb，最大到8Gb。

随着物联网、可穿戴、汽车电子等新型领域的发展，对Flash的性能需要越来越高。像物联网、可穿戴，他们希望Flash可以支持更高的性能，主要是想要从Flash中直接运行代码，这样可以节省RAM的大小，从而节省成本。对于汽车电子这类需要Flash和高性能的需求，希望能够提高传输速率，能够做到及时响应，从而提高用户的体验感。不同的应用对Flash电压的需求也是不一样的，全球的能源是有限的，节约能源绿色的设计理念已经成为半导体行业的一个主要的推动力。

兆易创新Flash事业部产品市场经理张静分享说：“低电压、低功耗，我们认为是现在及未来的需求方向。”兆易创新是以存储器为起点的半导体公司，这些年来发展迅速，从2009年我们推出第一颗SPI NOR Flash，经过了14年的不断研发和持续市场拓展，市场占有率也是不断提升。到目前，兆易创新的Flash出货量已经超过200多亿颗，支持超过200亿台电子设备的启动。其中SPI NOR Flash已经连续十年在市场占有率排名前三，市场占有率也已经超过了20%。

对于封装方面，近些年来集成度越来越高，对Flash的封装也是不同的应用提出了不同的需求。事实上，各个应用对封装主流的使用是不一样的。但是随着集成度越来越高，在一些尺寸受限日趋小型化的应用要求下，进一步缩小Flash的体积，扩大同封装Flash产品容量范围势在必行。

半导体制程工艺的节点的降低会带来电压的降低，即功耗降低。尤其到7纳米以下，电压会降低到1.2伏，功耗降低，能源进一步节约。节点尺寸越小，它的计算能力也越强，性能进一步提升。因为7纳米以下先进工艺制程的特点，像汽车应用、手机、云计算或者智能识别，这些对性能的需求越来越高，7纳米以下的制程工艺可以为其SoC处理器带来更快的计算速度、更强的图片处理能力、更长的电池续航时间，能够给用户带来更出色的体验。尤其高性能还有低功耗的SoC的需求，对Flash也提出了同样的要求，希望Flash可以做到高性能、低电压、低功耗。

会议最后，张静也分享了兆易创新在探索前沿、部署未来方面的关注和思考：容量方面，当前NOR Flash最大是2Gb，后面是不是还会有更大的容量需求?在性能方面，当前我们可以做到400MB/秒，后面会不会对Flash有进一步的高性能的需求?当前我们也是一直在研究、探索。电压方面，我们现在可以做到1.2伏，随着先进工艺制程的进一步发展，会不会需要Flash在支持更低电压?比如说1.1伏。封装方面，还在持续不断地引领创新，推出小封装大容量的封装形式。

嵌入式AI与MEMS的融合

在2000年初，传感器的作用只是一个物理信号的检测，承载的功能就是要检测物理信号，然后提供给上层使用，所以它是单一的MEMS和模拟前端，在做一些数字电路的信号处理，然后直接把物理信号转成一个电信号提供出来，相对功能比较单一。

持续发展的过程中，它不断地集成更多的算法和软件的功能，去做一些定制化的配置，集成一些更丰富的功能，甚至可以往里面放一颗可编程的处理器，做算法的集成，让它实现更多的功能。包括现在的边缘AI算法也可以集成到小小的传感器产品中。传感器只要集成一个超低功耗的处理器，就可以做这个动作。Bosch Sensortec GmbH高级现场应用工程师皇甫杰介绍说：“这也是Bosch Sensortec正在做的事情。”

把AI算法集成到器件里面的好处是什么？

• 首先是可以在器件端做定制化或者个性化，对每个用户做一个适配，让传感器识别精度适应到每一个独立的用户，不是说一颗算法应用到所有用户，因为用户是有差异的。所以这是它的优势。

• 传感器的数据不需要上传到云端，数据只是存在设备本身，甚至传感器内部。这样就可以保证传感器数据的安全性，即用户数据的安全性。

• 实时响应，无需将数据上传云端，再反馈到设备端，中间的过程直接忽略掉，直接在器件里面做响应，所以它的响应速度会更快。

• 第四，进一步地减少设备的功耗，来延长电池的使用寿命或者电池的日常使用时间。

  
  

这些都是把AI算法集成到传感器这个硬件内部的优势。为更深刻的理解这种优势，皇甫杰以Bosch Sensortec的BME 688四合一的传感器为例，介绍了如何通过传感器实现AI的功能。据介绍，BME 688是目前世界上最小的一颗四合一传感器，它里面集成了温度、气压、湿度、气体的检测功能。这颗传感器可以通过PC端，给用户提供一个AI学习的开发工具，用户可以基于这个工具去做自己的一些定制，或者应用场景的定制。它的工作原理是通过传感器内部去加热金属氧化物，来跟目标气体发生还原反应，在不同的温度点的时候，它的还原反应的特征不一样。传感器就可以根据报出来的电阻值做特征的模型建立。

Bosch的MEMS传感器发展是从汽车开始，慢慢拓展，已经渗透到用户和生活的方方面面。皇甫杰表示：“通过嵌入式AI与MEMS传感器的融合，利用创新的传感解决方案和边缘AI，可以让世界变得更智能、更可持续；开启应用的全新视野，改善人们的日常生活，让人们更好地感知未来世界。”

光学和传感技术提升未来汽车价值

车的属性已从传统的交通工具，变成现在带着个人属性的私人空间。车的架构已从以前的分布式架构，到现在往集中式、中央式架构趋势变化。在变化过程中，所有功能都从分布式的方式往集中式方向发展，这样的趋势也要求功能要在局部有更多的集中。智能表面是一个比较典型的例子，它的应用成长有很多方面的因素：

• 首先是成本。以前传统按键非常复杂，材料非常贵，很多东西在组装的阶段就要做调整，各方面的成本就会非常昂贵。现在用隐藏式电子按键，可以把这块成本省下来，在电子屏上实现非常多的按键功能。

• 其次，现在整个车里面的简洁化设计趋势，也希望把按键尽可能藏起来，在不需要的时候不占地方，这是非常直观的客户需求。而且用电子实现按键，它的功能可以自定义，所有的按键在将来的应用上可以通过后期的OTA升级等，来实现按键的灵活自定义。

• 还有就是重量。所有电车的发展都有这样的规律，都尽可能把每个部件做到轻量化。轻量化就意味着省电，续航时间就会长，大家就会少些焦虑。

对于智能表面应用，要想实现这么多功能，即像素化LED、按钮、滑条、传感的控制等，OSP总线就是很好的集成方式。艾迈斯欧司朗大中华区及亚太区汽车应用技术总监白燕恭介绍说：“基于OSP总线，我们推出了相应的智能RGB LED，我们也提供了把传感器接入到OSP总线的转换器。通过这样一整套方式，可以把整个智能表面应用串起来。”

以前的方式是在每一路灯都要有一个MCU，再加上灯的驱动，整个系统非常复杂。现在通过OSP总线，在整个系统端只需一个MCU，所有灯的数据都可以通过这条总线汇聚到MCU侧。据介绍，艾迈斯欧司朗的OSIRE® E3731i就是一款带驱动的智能灯。这颗灯通过一条OSP总线，最多可以连1000个点。在整个系统端只有一个MCU，因为所有灯的数据都可以通过这条总线汇聚到MCU侧。

艾迈斯欧司朗正在力推OSP概念和生态。做法是在现有的基础上做了一个OSP Converter，主要考虑是现在大多数在车里面用的传感器都是I2C接口，希望通过OSP Converter，把整个系统集成难度进一步降低，从而提高系统集成性。从灯再往上到智能表面，再到还包括车内只要有传感器和照明相结合的场景，艾迈斯欧司朗都希望通过这个Converter把I2C协议数据直接转换到OSP协议。

白燕恭表示：“只要有传感和照明结合这样的场景，我们的OSP概念和生态，都会给整个产业带来无穷的潜力”。

EDA：验证是重中之重

从摩尔定律的角度和现实的数字来看，2011年的时候，整个半导体的生产制造成本大概在28纳米达到低点。后面随着技术的进步，工艺制程的演进，成本在持续地往上涨，也就是说要生产一颗设计、制造、生产一颗芯片，成本非常高。

上海合见工业软件集团产品工程副总裁孙晓阳表示：“芯片制造工艺离不开工具软件技术的支撑，EDA的发展要领先于工艺的发展，才能支撑工艺的落地。EDA工具是高端芯片设计必不可少的环节，而验证EDA工具更是重中之重。”

合见一个很重要的着力点，就是从验证这个领域出发。传统上原型验证系统，就是在芯片之前把设计的一部分放到FPGA上面，它可以跑得很快。但随着软件的发展，原型验证和硬件仿真开始出现融合，界限越来越不那么清晰了。

孙晓阳介绍说：“合见的原型验证系统，要挑战的是首先更大的容量，我们目前可以实现100颗VU19P FPGA级联，这是Xilinx最成熟的最大的一颗芯片。我们目前在客户的实际部署已经到了160颗。四颗FPGA是10亿门，所以大概是40亿门的规模。”此外，性能也是非常重要的，然后就是调试手段，可以让整个系统所有的信号取决于客户想要看什么都可以看，而且是跨FPGA。如何有效帮助客户缩短产品上市时间，这点尤其重要。

在现在国际大环境下，从IMEC的预测来讲，2024到2032年，它的制造工艺会从2纳米到1.4、1.0、0.7、0.5纳米，不停地往前进步。但是这些先进工艺目前对中国都是被封锁的。所以这也是EDA要突破的地方。所有的这些工艺都离不开工具软件和技术的支撑，我们EDA的发展，要领先于工艺的发展，才能支撑工艺的落地。当然，EDA是一个非常难的行业，所以需要长时间的投入，需要顶尖的人才。

用户储能全球商机爆发

可能有些人会问我们所处的时代最大的挑战是什么？每个人都有自己不同的见解和看法，从我们的角度看，或者从全球的角度看，气侯变化是我们所处这个时代最大的挑战，比如现在的温室效应、全球气候变暖以及海平面的上升，所有这一切都是跟二氧化碳的排放量相关。在二氧化碳36.8Gt的排放量里面，最大的排放量来自发电，占40%；第二是工业应用，占25%；第三部分是新能源扩张，包括风能、光伏发电等。

然而在过去很多时候，新能源的发电甚至被称为垃圾电，因为它不能很好地被电网应用。这时候怎么应对挑战？就需要做储能。储能是目前非常热的领域。援引IHS的最新报告，在储能近十年的发展，CAGR可达到30.9%。这是一个非常令人兴奋或者震惊的数字。  

那未来的户用储能会往什么方向发展，它有什么特点？据英飞凌电源与传感系统事业部应用管理高级经理徐斌分享，传统的户用光伏系统，只是一个单纯的光伏发电功能，可能是一个微型逆变器，也可能是一个分布式的光伏组件加一些优化器。但近年来，大家装光伏的时候会配备储能，这是一个特点。第二，随着未来户用储能的需求更加强烈，也伴随着新能源汽车的爆发，大家需要把充电跟储能和光伏系统做搭配，也就是现在非常热的光储充一体系统。第三，除了硬件上面的光储充一体系统以外，在户用储能市场还会有软件方面和能源管理方面的突破。以后的每个家庭装了光储充一体机以后，形成自发自用的能量微网，特别在一些偏远地区，或者在欧美国家，在电网没有那么顺畅或者电网出现问题的时候，完全能满足自己家庭的使用。

不过，未来光伏户用储能系统的效率和功率密度是最制约未来产品竞争力的重要因素。那么如何应对这样的高功率密度、最小的温升的挑战呢？徐斌推荐说：“我们会强烈推荐大家使用SiC MOS，也就是第三代半导体。”

第三代半导体有以下四点优势是非常匹配当前户用储能方案的需求：第一，从现在硅的器件转到碳化硅系统，可以提升很高的效率；第二，SiC MOS的体积比较小，可以提升功率密度；第三，它非常灵活，SiC MOS的pin脚或者使用方法都可以跟硅的系统做到无缝连接；第四，它的Scalability非常好，从650V，到1200V、1700V都有。

英飞凌是目前全球少数几家能同时做到以上三种半导体的公司之一，从硅的MOS和IGBT到碳化硅650V到1200V的MOS、包括GaN的产品，英飞凌是这个行业里面做得最完整的公司。对于产品的定位和选择，徐斌介绍说：“在低压、功率比较小、开关频率比较快的领域，我们会推荐使用GaN的器件；在开关频率没有那么高，但功率等级比较高的领域，会推荐使用碳化硅的器件。”