从更快到更好-恩智浦半导体的新摩尔定律(More-than-Moore) (上)

本文作者:admin       点击: 2009-09-10 00:00
前言:

多年来摩尔定律 (Moore's Law) 推动了产能提升,也带动了半导体产业惊人的发展。这驱动力创造了超高速数字处理器、带宽的提升及容量庞大的内存,使得个人计算机、移动电话以及需要大量数据流量与储存空间的应用装置,生产力获得大幅提升。然而, IC 产业的经济及社会发展,正在推动半导体世界的典范转移(paradigm shift) 与改变。

我们的产业正面临着前所未有的挑战,先进 CMOS 技术的系统单芯片开发成本居高不下,而实体体积的持续微缩,最终也将导致摩尔定律走入历史。
同时,消费者需要的产品附加价值,不再仅是产能持续提升的消费性电子产品,而是新型的智能型产品。由于全球人口的高龄化趋势,因此在医疗装置与食品安全等领域,都亟需创新发明。环保意识的日渐高涨,提升了智慧“绿色”解决方案的需求。在交通运输方面,IC 创新有助于提升安全性、克服交通阻塞,并可提供行动族群实时的信息、娱乐与服务。

除了上述的例子,还有非常多的应用,都是藉由整合现有 CMOS 技术与“新摩尔定律 (More-than-Moore)”技术而实现,例如模拟/混合信号(Analog/Mixed-Signal)、高电压 (High-Voltage),以及超低功耗 (Ultra-Low-Power) 等等。这种朝向具多重技术装置的演进趋势,也将影响设计与架构方法、开模(modelling)与规格以及系统架构的开发工作。目前的协同合作研发模式将会改变,并产生全新的半导体生态系统(eco-system)。

由原本以 CMOS 领军的技术融合,大幅转变为技术多样化的发展趋势,不但提供半导体制造商与众不同的新方法,也提供备受欢迎的商业创新方案。
拥有多重技术产品开发经验的公司,以及恩智浦这类知名半导体产业领导者,都已作好准备,要在新兴市场大显身手。

从注重产能到注重高质量生活的典范转移

半导体相对上属于年轻产业,因此半导体装置制造商的发展目标,一向都是提升产能,因为摩尔定律率先预言,固定面积硅芯片上的晶体管数目,每 18 个月会增加一倍。这项定律至今都完全正确,而产能比率也让晶体管的成本下降,因此造就价格实惠的系统单芯片,应用于今日的消费者产品,其中可能包含数亿个晶体管。产能的大幅提升,也造就生活周遭大量的电子应用装置。 
我们是否将见证摩尔定律走入历史?答案必然是否定的,不过由于制造过程中的晶体管密度增加,因此相关的制程开发成本也随之提升。因此今日最具成本效益的 IC 解决方案,已不再是目前可用最精密(也是最昂贵)的 CMOS 技术。

此外以航空业作为对比,也反映了同样的变化趋势,带动发展的驱动力由性能转变为经济效益。经过数十年对飞机高速度的追求,革命性的协和号客机虽然创下 2000 公里/小时的破记录,但是仍无法成为空中客运运输的新标准。协和号客机由巴黎至纽约只需要花费 3 小时,这也是各界预期协和号成为新标准的原因。可是经济效益因素的影响力,似乎超越了飞行性能:协和号的耗油量非常大,造成票价过高,鲜为一般旅客所接受,因此最后命运就是成为博物馆的展示品。

航空业发现 1000 公里/小时的平均速度,是经济上的平衡点,因此多年来这项标准并未改变。

这是否代表航空业已不再创新?相反地,创新工作领域已重新调整,转而针对乘客、机组员,以及航空公司增加价值,而不仅限于速度。飞机变得更安全、更舒适、更符合成本与燃油效益,飞行也更为安静。

恩智浦预见半导体产业未来将出现类似过程,创新领域将由生产力转移至生活质量的提升。就像航空业一样:生活比速度更重要。

因此数十年来主宰半导体制程技术的摩尔定律,将仅应用于有限的高容量领域。不过如果达到体积或经济可行性的界限,就是摩尔定律消失的时候。

社会发展趋势推动新摩尔定律 

对提供先进 IC 的公司而言,社会趋势的发展创造了重要的市场机会,例如消费性电子产品与照明设备的节能趋势、医疗诊断设备、食品安全及交通管理系统的需求等。

经济衰退并未妨碍上述市场的成长,因为大部分的芯片创新成果,都提供优异的投资报酬。通常只要透过节能、降低医疗成本,以及降低交通阻塞对经济的伤害,就能轻易赚回产品成本。利用这种方式,以实际需求为依归的半导体创新,通常能够得到合理的回报。

创造客制化解决方案

目前有越来越多复杂的市场需求解决方案,在特定应用领域发挥最佳成效。原始设备制造商 (OEM)、半导体厂商,以及广大的生态系统业者,需要采取更密集的合作方式,才能创造上述成果。

这将有助于加速创新,让 OEM 有更多机会与众不同。初期的协同合作,也可以确保 IC 与 OEM 产品完美整合,缩短开发时间与成本,尽早进入市场。 
Phonak采用恩智浦的超低功率无线技术,共同开发最新型的助听器,可说是这种合作方式的成功范例。这种磁感应技术不仅功率低,也不会与身体组织互相作用,有别于传统的射频无线电。由于Phonak与恩智浦确实协同合作执行研发工作,才能快速开发产品,并轻易进入市场。我们着重于提供客制化零件,并让客户能够扮演更主动的角色参与研发过程,因此能够提供可行的商业产品,并拥有绝佳的市场机会。

这场最终竞赛的名字是:创新

半导体公司处于高度竞争的市场,毛利持续下降,因此无法再投资 20% 以上的销售营收进行研发工作;不过为了成本考虑暂缓创新,这是行不通的。
我们了解不论是先进的 CMOS 系统单芯片,或是未来对超越摩尔定律技术的应用,创新都将持续推动半导体产业,因此目前所面对的挑战,就是要因应已然改变的经济现实,采取自己的创新策略。

业界必须要更有智慧,执行创新工作。创新不能遵循 CMOS 蓝图的既有路线,必须以创意为依据,才能合并现有及新兴技术,创造专为客户量身订做的智慧解决方案。多重技术(新摩尔定律)的应用趋势有助于创新,并且不需要非常昂贵的先进 CMOS 开发成本。

采用更聪明的创新方式,也代表我们可以与客户合作,创造量身打造的解决方案,并可降低成本,加速上市时间。采用更聪明的创新方式,也代表我们需要加速与广大的产业生态系统协同合作,包括各个机构、大学、政府以及标准化组织。

创新在半导体产业,仍将是成功基础的必备条件,只不过不再只有一种方式。公司若愿意追求创新,放弃对速度无止尽的追求,以及不考虑成本或功率限制的作法,将有机会创造利润丰厚的技术,最终达到提升整体社会的目标。