盡管全球經濟的持續疲軟拖累了半導體市場景氣指數，但有一個領域卻風景獨好，那就是物聯網。業界知名的半導體市場調研機構IC Insights對物聯網市場給予極為樂觀的預期，該公司的預測認為物聯網半導體銷售在2016年將增長19.9%，市場整體規模到2019年將達到296億美元。
然而，物聯網市場增長并非如預期一帆風順，正如IC Insights已將其市場預期從之前的增長21.1%下調到19.9%。除了經濟大環境影響，物聯網相關應用技術本身在成熟度、功耗、成本、尺寸、封裝等方面，依然面臨不同程度的挑戰，半導體原廠和方案商解決這些挑戰上的技術能力，同樣對市場競爭產生了非常重要的影響。三重富士通半導體公司（MIFS）市場總監謝杰在近日的一場演講上，特別就這些問題進行了闡述：“包括MIFS在內，業界領先的代工廠商都在嘗試突破工藝上的局限性，幫助半導體方案廠商贏得物聯網這個巨量市場機遇。”
謝杰：“MIFS為碎片化物聯網SOC定制了獨特工藝。”
物聯網芯片“碎片化”之困
謝杰的演講主題為“為碎片化物聯網SOC應運而生的MIFS特色工藝”，“碎片化”這個提法吸引了眾多與會人士的關注。“物聯網應用場景廣泛而豐富，不同應用領域的客戶對芯片方案的細節有不同要求，導致很多芯片專為滿足小眾市場設計，生產量不能擴大，因而芯片的批量生產被嚴重碎片化。” 謝杰解釋道。事實上，這也是業界的共識，雖然物聯網擁有巨大的市場潛力，但物聯網與過去的手機、PC等產品領域存在一個巨大的差別，那就是該領域的應用非常分散。“這導致的結果是，芯片制造的NRE成本很高，而且很多代工廠不愿意接這種難以上量的訂單。” 謝杰進一步指出。
關于碎片化帶來的挑戰，業界有過很多思考。早前就有業界人士指出，物聯網之所以發展得不如想象中那么好，其中一個重要原因就是“碎片化”的阻礙。然而，“碎片化”卻是物聯網的“天性”——傳感器多種多樣，無線連接標準林立，應用類別千差萬別——這給芯片方案設計和終端產品設計均帶來挑戰。“我們看好物聯網的未來，希望利用成本優勢兼制程優勢，幫助中國客戶解決物聯網應用碎片化對流片所帶來的挑戰。”謝杰表示，他將MIFS的代工服務優勢總結為 “媲美中國本土制造的成本，兼具日本制造的品質”。
重要事情說三遍：低功耗、低功耗、低功耗
綠色環保設計理念已深入人心，低功耗挑戰似乎并不是物聯網應用的“專利”。然而，事實上物聯網的獨特性注定了其大量應用對功耗特別敏感，甚至為擴大物聯網應用，行業內為低功耗“操碎了心”——WiFi聯盟正式發布了主打低功耗特性的802.11ah WiFi標準；藍牙標準組織特別針對心率監控器或計步器等使用鈕扣式電池的應用定制了Bluetooth Smart標準；NB-IoT低功耗廣域網技術的推出讓競爭技術備受壓力；……而在傳感器和MCU等物聯網方案的關鍵器件領域，相關的低功耗產品和技術的競爭更是日趨激烈。
物聯網的大熱，中國IC設計公司也涌現出越來越多的玩家進入傳感器、低功耗MCU、無線連接等芯片方案領域，以追逐移動互聯時代智能化和物聯網大潮帶來的商機。然而，苛刻的低功耗特性要求可能成為一道無形的門檻。“這里面既涉及到電路的低功耗優化設計knowhow，更重要的還有芯片制造中如何實現低功耗的制程優勢。”謝杰指出。他還用MIFS某歐洲著名企業客戶的案例來說明物聯網典型應用中的低功耗敏感性——針對心臟起搏器中的一款監測芯片，為了顯著延長電池替換周期，其生產制程需要幫助實現超低待機功耗和工作功耗。“哪怕多延長幾天的電池壽命，對病人來說都具有很大的意義。最終，我們DDC（全耗盡溝道）的卓越低功耗優勢被他們選中。”謝杰分享道。
為應對這些專門應用所帶來的挑戰，很多代工廠加入低功耗制造新制程的研發上，MIFS也不例外，據悉該公司是全球唯一以DDC技術達到超低電壓和超低漏電晶體管技術的代工廠。謝杰對其低功耗工藝的深度專業分析占據了其演講的主要部分，也是吸引現場芯片設計廠商關注的焦點。謝杰給出了最直觀的數據——與傳統1.2V工作電壓的芯片相比，基于DDC低功耗工藝的芯片可以在0.5V工作，功耗得以大大降低。“DDC超低漏電流保證了芯片在休眠和工作狀態下很小的功耗，其超低的工作電壓對降低功耗非常關鍵。”謝杰解釋道。據其透露，在相同的信號眼圖測試中，基于DDC技術的45nm的芯片甚至在0.4V的電源電壓下仍可以觀察到信號眼圖，而某大廠的芯片在0.6V的電源電壓下已停止工作。
基于DDC技術的Sub-threshold電路可以顯著降低芯片功耗。
據悉，MIFS的超級低功耗DDC工藝新技術是由美國SuVolta開發，MIFS已經買斷該專利。DDC CMOS晶體管構成的超低功耗CMOS技術，能控制晶體管的閾值(Vt)偏差并提高載體的移動度。“如果采用此項技術，運行時的功耗最多可比一般的集成電路降低50％卻不會降低IC的運行速度。”謝杰表示。MIFS進一步改善了DDC技術，全新開發了漏電電流可減少2位數的DDC晶體管，而這種DDC晶體管最適合Sub-threshold電路。 “MIFS獨家擁有專利的新制程使得‘Half the POWER, All the Performance’變成現實。”謝杰說道。
如何滿足物聯網市場的低成本、快市場要求？
業界有觀點認為，49%的物聯網產品在2020年以前的年出貨量會低于1億片，物聯網的嚴重碎片化特點導致極高的成本敏感性，包括應用市場的成本敏感，以及芯片流片的成本敏感。如果采用最先進的芯片生產工藝，無疑制造成本會極高，在不確定的市場，甚至是不確定的玩家環境下，芯片公司要盡可能地降低流片成本和風險。為更好地服務于中國本土中小企業的芯片“碎片化”的制造需求，MIFS特別在2016年推出旨在降低流片成本的“Shuttle Service”務——用降低芯片成本來驗證客戶設計的手段，采用多項設計共享晶圓、掩模以控制成本的流片服務項目，包括最新的55nm DDC和40nm CMOS工藝技術。
讓芯片實現快速流片以應對物聯網快速變化的市場需求，代工廠的服務能力（包括基礎IP庫資源）很關鍵。在Gartner今年發布的全球前十大半導體代工廠名單中，三重富士通的排名從去年的第十名前進到第八名。“富士通的優質代工資源獲得業界的認可，這些資源幫助我們與日本及歐洲很多知名廠商開展了大量的合作。”謝杰分享道，“特別是符合物聯網應用的一些獨特優勢資源，首次針對IC設計企業全面開放，另外我們全力打造的生態系統資源，也正在獲得越來越多廠商的關注。”
MIFS以獨特的定位和制程優勢，躍升為全球代工企業第八位。
除了謝杰在演講中重點分享的DDC技術以及嵌入式存儲技術，他在與國內某廠商交流中還分享了一個能體現三重富士通在圖像傳感器和圖像處理器芯片領域顯著優勢的案例。“全球知名的Milbeaut系列ISP技術芯片一直是我們在做代工，當前全球很多的CMOS 圖像傳感器（CIS）和圖像處理器(ISP)都是我們代工的。”謝杰介紹，“隨著圖像傳感器和圖像處理技術在車聯網（汽車ADAS）、無人機等領域中被更廣泛地應用，中國企業在這個領域將有很大的發展空間，而三重富士通擁有的圖像處理芯片相關的制造工藝和IP資源這些不可替代的優勢，完全可以助力中國企業騰飛。”
Milbeaut圖像處理器代工的豐富經驗和IP資源讓MIFS占據全球ISP主要代工市場。
類似的IP資源也是集成電路企業尋求制造代工時的一個重要參考，代工企業也各自凸顯在這方面的資源。謝杰演講中特別強調了MIFS在該領域近年來突出的發展成就，除了DDC外，MIFS低成本嵌入式存儲、低成本無線連接以及針對AEC-Q100 Grade1或2的汽車半導體代工制程技術也是最受物聯網業界看好的制程技術優勢。“MIFS覆蓋了從40-90nm節點的低功耗CMOS技術，提供獨具特色的eNVM、RF工藝選項，如碳納米管存儲技術、毫米波射頻技術。這些對很多物聯網集成電路來說都非常關鍵。” 謝杰指出，“MIFS本身擁有豐富的基礎IP庫，我們還加強了與Synopsys、Kilopass、Faraday等在基礎IP上的合作，全面解決了物聯網芯片制造上的IP資源需求。”
本文小結
最新數據表明，中國集成電路設計企業全行業銷售1518.52億元，增長達23.04%。然而另一方面，中國集成電路設計企業數量從2015年的736家大幅增加到1362家，其中，中小規模的設計企業占據絕大多數。“以物聯網應用為代表的產業熱潮正在給中國集成電路企業帶來大好機遇，但從我們與本土客戶的交流來看，機遇與挑戰確實并存，特別是小規模市場體量和碎片化市場需求所導致的流片成本壓力。”謝杰指出，“我們拋開了傳統IDM公司的業務模式，愿為中國本土IC設計公司的成長提供專業代工服務，并以靈活的商業模式，致力于成為本土半導體公司強有力的合作伙伴。”