2021国产模拟IC技术潮流！“低功耗、小型化”设计，卡位医疗健康、物联网市场

“浣沙淘金，模拟论芯”，2021年9月28日，由全球知名电子科技媒体<电子发烧友>和ELEXCON联合举办的2021第三届中国模拟半导体大会在中国深圳成功举办，在本次大会上，来自华大九天、芯海科技、昱盛电子、长工微、晶华微、美新半导体等知名企业领导和行业专家带来了精彩分享。
 
以下是晶华微、美新半导体及电子发烧友分析师程文智的精彩分享：
 
晶华微李健：数模混合芯片关键技术
 
在会上，晶华微电子上海总经理李健带来了《数模混合芯片及其若干关键技术》的主题分享，李健介绍，数模混合芯片中模拟部分相较于数字部分占比更大，通过模拟方式有效的完成卷积运算，因此在功耗、性能上相比单一的数字或模拟芯片都有较大提升，成本也有很大优势。
 

图：晶华微电子上海总经理李健

 
晶华微电子的数模混合芯片SD8079、SD8518广泛应用于额温枪、体脂秤、血压计等医疗健康领域；SD2057、SD7501则在工控及仪表领域应用颇多；智能感知应用上同样有SD4010R SoC芯片。
 
李健认为数模混合芯片的关键技术主要有三个，低成本技术、片上存储技术、低功耗技术。低成本首先体现在工艺上。数模混合芯片工艺已进入5nm级。而在电路技术上根据应用在同相/负向输入到输出端的设计上做极大简化，并充分利用不同管子特性，可以大大节省面积。版图上采用Waffle layout、Mos+mom decap、Res+mom layout以及模块等高等技术，可以从芯片设计上有效降低成本。
 
片上存储技术主要应用有Fuse、eflash、MTP、OTP。Fuse应用了多晶硅熔线（Poly Fuse）。在存储上采用了现在主流MCU细分市场都使用eFlash解决方案，不同于EEPROM的是多出了一个bit选择管。基于标准CMOS工艺的可多次擦写(Muti-time Programmable,MTP)存储器也应用在数模混合芯片中，在擦写效率，功耗、可靠性上有极大提升，唯一的劣势在于可擦写次数略低，在1000次左右。
 
而功能介于Mask ROM和EPROM的OTP存储器的高可靠性给用户提供了一定自由配置又无需复杂擦除机制。OTP烧录电压范围2.4V~ 3.6V，可以用于替代外部的EEPROM。
 
低功耗主要体现在动态调整能力上。数模混合芯片动态调整偏置电流，可以保证放大器工作在线性范围，为放大器提供直流工作点。同时，利用DVFS（动态电压频率调整），由硬件做出电压，频率可调节选项，由软件来定义调整策略，根据芯片所运行的应用程序对计算能力的不同需要，动态调节芯片的运行频率和电压，从而达到节能的目的。
 
未来，晶华微电子将继续以高精度ADC和模拟信号处理结合32 Bits MCU技术为核心，深耕智慧医疗、智慧城市、智能制造、工业物联网等领域。
 
美新半导体卢牮：助力物联网应用低功耗设计
 
美新半导体产品及市场副总裁卢牮带来的分享主题是《美新半导体助力物联网应用的低功耗设计》，探讨物联网应用设计所面临的挑战与机遇，以及美新半导体的低功耗传感器解决方案。
 

 

图：美新半导体产品及市场副总裁卢牮

 
美新半导体成立于1999年，是全球第一家在纳斯达克上市的MEMS公司，拥有完备的专利技术以及独有的热式传感器技术，也是AMR磁式传感器最大的供应商，在安卓市场中已经占有40%左右的份额，同时还有超低功耗电容式传感器，服务客户超过300家，整体芯片年出货量达到20亿以上。
 
在谈到MEMS行业发展时，卢牮表示，如今随着设备智能化程度不断提升，让MEMS的技术也在不断更新迭代，单个设备中搭载的传感器数量也逐渐增加，通过多传感器的融合与协同，提升了信号识别与收集的效果，也提高了智能设备器件的集成化程度，节约了内部空间。
 
同时，产品尺寸向轻薄化发展，让MEMS的产品尺寸也开始微型化，未来，不断缩小产品尺寸、降低产品成本是MEMS传感器行业的重要发展趋势之一。并且将来MEMS传感器的应用场景将更加多元，智能家居、工业互联网、车联网、智能城市等新产业领域都将为MEMS传感器行业带来更广阔的市场空间。
 
卢牮表示，当前物联网应用设计所面临的挑战主要有4点：Always-on，低功耗+片上运算能力；更小的尺寸和超薄设计；需要丰富的算法集成；对应用的认知和软硬件划分规划。目前美新有成熟的解决方案可以应对这些问题，已经有智能手环/手表、电视遥控器/游戏手柄、路边停车检测模块等应用案例。美新半导体的愿景是做“感知万物-数字化物理世界的传导者”。
 
我国模拟半导体市场的现状与发展趋势
 
电子发烧友程文智在分享《我国模拟半导体市场的现状与发展趋势》时指出，根据WSTS的统计，全球模拟IC市场规模在2020年为556.58亿美元，占整个半导体行业市场的13%左右。
 
另外，根据IC Insights发布的报告，模拟IC市场在2019年下跌了8%后，2020年取得3%的小幅增长，且预计在2021年会实现25%，达到719亿美元。同时，单位出货量也会增加20%。由于供应紧张，模拟IC的价格一反此前每年都下降的趋势，在今年开始出现上涨。
 

 
在我国，模拟器件约占到集成电路的10%以上。得益于下游终端应用市场的庞大需求，模拟IC市场随着通信、汽车、消费电子等行业的发展而扩大，模拟IC的市场规模从2016年的约199亿美元，增长到2020年的将近235亿美元，预计2021年有望达到287亿美元。
 
在国内模拟IC行业市场也算是一个不可多得的千亿人民币级别的市场。
 
在本次论坛之前，<电子发烧友网>花了三个多月的时间对模拟行业进行了一个调研，通过我们的调研发现，国内的模拟IC厂商供应的产品主要是电源管理类产品，占了33.7%，其次是信号处理类产品，占比29%；接下来主要是功率器件和射频器件产品。
 

 
在研发投入方面，根据我们的调查，21%企业的研发投入占销售收入比重是10%~15%；20%的企业研发投入在5%~10%。通过我们查阅了一下上市的模拟IC企业年报，平均来看，我国模拟IC企业研发投入占营收收入的10%左右，Fabless的企业研发投入相对会高一些，总共调查了13家，超过20%研发投入的仅有思瑞浦和芯海科技两家。
 
模拟IC行业作为一个技术密集型行业，目前国内企业的研发投入还有待提高。
 

 
对我国模拟IC行业3-5年的发展趋势，32%的企业认为是产品集成化、模组化；27%的企业认为是国产器件采用量增速加快；21%的企业还认为是行业会有更多的进入者。20%的企业认为企业并购的频次会增多。
 
同时，从下游应用端也可以预见，各类设备中模拟器件的数量将不断增多，未来模拟器件将趋于集成模组，并且随着国产模拟IC技术水平的提高，以及国内企业的供应链安全的考虑，本土模拟器件的市场采用率也会加速提高。
 
大会现场精彩图