智能手机增速放缓
半导体下游市场的驱动力经历了几个阶段,首先是出货量为亿台量级的个人电脑,后来变成十亿台量级的手机终端和通讯产品,而从2010年开始,以智能手机为代表的智能移动终端掀起了移动互联网的高潮,成为最新的杀手级应用。回顾之前的二三十年,下游电子行业杀手级应用极大的拉动了半导体产业发展,不断激励半导体厂商扩充产能,提升性能,而随着半导体产量提升,半导体价格也很快下降,更便宜更高性能的半导体器件又反过来推动了电子产业加速发展,半导体行业和电子行业相互激励,形成了良好的正反馈。但在目前, 智能手机的渗透率已经很高,市场增长率开始减缓,下一个杀手级应用将会是什么?
物联网可能成为下一个杀手级应用
根据IHS的预测,物联网节点连接数在2025年将会达到700亿。
从数量上来看,物联网将十亿量级的手机终端产品远远抛在后面,很可能会成为下一波的杀手级应用。但物联网的问题是产品多样化,应用非常分散。我们面对的市场正从单一同质化大规模市场向小规模异质化市场发生变化。对于半导体这种依靠量的行业来说,芯片设计和流片前期投入巨大,没有量就不能产生规模效应,摊销到每块芯片的成本非常高。
除了应对小规模异质化的挑战, 物联网需要具备的关键要素还包括 :多样的传感器(各类传感器和Sensor Hub),分布式计算能力(云端计算和边缘计算),灵活的连接能力(5G,WIFI,NB-IOT,Lora, Bluetooth, NFC,M2M…),存储能力(存储器和数据中心)和网络安全。这些关键要素会刺激CPU/AP/GPU,SSD/Memory,生物识别芯片,无线通讯器件,传感器,存储器件和功率器件的发展。
物联网多样化的下游产品对封装提出更多要求
物联网产品的多样性意味着芯片制造将从单纯追求制程工艺的先进性,向既追求制程先进性,也最求产品线的宽度发展。物联网时代的芯片可能的趋势是:小封装,高性能,低功耗,低成本,异质整合(Stacking,Double Side, EMI Shielding, Antenna…)。
汽车电子的封装需求: 汽车电子目前的热点在于ADAS系统和无人驾驶AI深度学习。全球汽车2016年产销量约为8000万台,其中中国市场产销量2800万台,为汽车电子提供了足够大的舞台。ADAS汽车系统发展前景广阔,出于安全考虑,美国NHTSA要求从2018年5月起生产的汽车需要强制安装倒车影像显示系统。此外,车道偏离警示系统(LDW),前方碰撞预警系统(FCW),自动紧急刹车系统(AEBS),车距控制系统(ACC),夜视系统(NV)市场也在快速成长。中国一二线城市交规越来越严格也使得人们对ADAS等汽车电子系统的需求提升。ADAS,无人驾驶,人工智能,深度学习对数据处理实时性要求高,所以要求芯片能实现超高的计算性能,另外对芯片和模块小型化设计和散热也有要求,未来的汽车电子芯片可能需要用25D技术进行异构性的集成,比如将CPU,GPU,FPGA,DRAM集成封装在一起。
个人移动终端的封装需求: 个人消费电子市场也将继续稳定增长,个人消费电子设备主要的诉求是小型化,省电,高集成度,低成本和模块化。比如个人移动终端要求能实现多种功能的模块化,将应用处理器模块,基带模块,射频模块,指纹识别模块,通讯模块,电源管理模块等集成在一起。这些产品对芯片封装形式的要求同样是小型化,省电,高集成度,模块化,芯片封装形式主要是“Stack Die on Passive”,“Antenna in SiP”,“Double Side SiP等。比如苹果的3D SiP集成封装技术,从过去的ePOP & BD PoP,发展到目前的是HBW-PoP和FO-PoP,下一代的移动终端封装形式可能是FO-PoP加上FO-MCM,这种封装形式能够提供更加超薄的设计。
5G 网络芯片的封装需求: 5G网络和基于物联网的NB-IOT网络建设意味着网络芯片市场将会有不错的表现。与网络密切祥光的大数据,云计算和数据中心,对存储器芯片和FPGA GPU/CPU的需求量非常大。通信网络芯片的特点是大规模,高性能和低功耗,此外,知识产权(IP)核复杂、良率等都是厂商面临的重要问题。这些需求和问题也促使网络芯片封装从Bumping & FC发展到25D,FO-MCM和3D。而TSV技术的成功商用,使芯片的堆叠封装技术取得了实质性进展,海力士和三星已成功研发出3D堆叠封装的高带宽内存(HBM),Micron和Intel等也正在联合推动堆叠封装混合存储立方体(HMC)的研发。在芯片设计领域,BROADCOM、GLOBAL FOUNDRIES等公司也成功引入了TSV技术,目前已能为通信网络芯片提供25D堆叠后端设计服务。
上游晶圆代工厂供应端对封装的影响
一方面,下游市场需求非常旺盛,另外一方面,大基金带领下的资本对晶圆代工制造业持续大力投资,使得上游的制造一直在扩充产能据SEMI估计,全球将于2017年到2020年间投产62座半导体晶圆厂,其中26座在中国大陆,占全球总数的42%。目前晶圆厂依然以40
nm以上的成熟制程为主,占整体晶圆代工产值的60%。未来,汽车电子,消费电子和网络通信行业对芯片集成度、功能和性能的要求越来越高,主流的晶圆厂中芯和联电都在发展28nm制程,其中台积电28nm制程量产已经进入第五年,甚至已经跨入10Xnm制程。
随着晶圆技术节点不断逼近原子级别,摩尔定律可能将会失效。如何延续摩尔定律?可能不能仅仅从晶圆制造来考虑,还应该从芯片制造全流程的整个产业链出发考虑问题,需要 对芯片设计,晶片制造到封装测试都进行系统级的优化。 因此, 晶圆制造,芯片封测和系统集成三者之间的界限将会越来越模糊。 首先是芯片封测和系统集成之间出现越来越多的子系统,各种各样的系统级封装SiP需要将不同工艺和功能的芯片,利用3D等方式全部封装在一起,既缩小体积,又提高系统整合能力。Panel板级封装也将大规模降低封装成本,提高劳动生产效率。其次,芯片制造和芯片封测之间出现了扇入和扇出型晶圆级封装,FO-WLP封装具有超薄,高I/O脚数的特性,是继打线,倒装之后的第三代封装技术之一,最终芯片产品具有体积小,成本低,散热佳,电性能优良,可靠性高等优势。
先进封装的发展现状
先进封装形式在国内应用的越来越多,传统的TO和DIP封装类型市场份额已经低于20%,
最近几年,业界的先进封装技术包括以晶圆级封装(WLCSP)和载板级封装(PLP)为代表的21D,3D封装,Fan Out WLP,WLCSP,SIP以及TSV,
2013年以前,25D TSV封装技术主要应用于逻辑模块间集成,FPGA芯片等产品的封装,集成度较低。2014年,业界的3D TSV封装技术己有部分应用于内存芯片和高性能芯片封装中,比如大容量内存芯片堆叠。2015年,25D TSV技术开始应用于一些高端GPU/CPU,网络芯片,以及处理器(AP)+内存的集成芯片中。3D封装在集成度、性能、功耗,更小尺寸,设计自由度,开发时间等方面更具优势,同时设计自由度更高,开发时间更短,是各封装技术中最具发展前景的一种。在高端手机芯片,大规I/O芯片和高性能芯片中应用广泛,比如一个MCU加上一个SiP,将原来的尺寸缩小了80%。
目前国内领先封装测试企业的先进封装能力已经初步形成
长电科技王新潮董事长在2017半导体封装测试年会上,对于中国封测厂商目前的先进封装技术水平还提到三点:
SiP 系统级封装: 目前集成度和精度等级最高的SiP模组在长电科技已经实现大规模量产;华天科技的TSV+SiP指纹识别封装产品已经成功应用于华为系列手机。
WLP 晶圆级封装 :长电科技的Fan Out扇出型晶圆级封装累计发货超过15亿颗,其全资子公司长电先进已经成为全球最大的集成电路Fan-In WLCSP封装基地之一;晶方科技已经成为全球最大的影像传感器WLP晶圆级封装基地之一。
FC 倒装封装: 通过跨国并购,国内领先企业获得了国际先进的FC倒装封装技术,比如长电科技的用于智能手机处理器的FC-POP封装技术;通富微电的高脚数FC-BGA封装技术;国内三大封测厂也都基本掌握了16/14nm的FC倒装封装技术。多比和传统组态不一样, 不需要Web发布。 在运行的网页右键单击任意空白地方, 在d出的菜单中选择“查看参数”, 会d出一个二维码,用手机扫描二维码就可以查看智慧能源物联网云平台画面了 。 手机需要联网喔~wifi除了在电子消费市场狂飙突进,展锐5G技术 探索 和应用,于物联网(IoT)生态构建层面,布局更广、速度更快且相对前者的现状而言,竞争力更强。
9月16日,展锐和11家物联网模组和方案商签署5G合作协议。这显示出这家目前国内除了海思(Hisilicon)之外唯一拥有消费级(5G移动SoC)和工业级(物联网)芯片设计能力的芯片商,正在加快物联网应用生态的搭建速度。
从展锐对自身商业定位“数字世界的生态承载者”角度观察,不难发现,在5G时代,展锐更侧重底层数字通信技术的生态聚合对物联网的支撑能力。
整体上,展锐的商业定位由三大底座技术支撑:马卡鲁通信技术平台, AIactiver技术平台和先进半导体技术平台。
展锐正在两个方向——消费级5G SoC移动及基带以及工业级物联网芯片设计——与高通、联发科、海思和苹果等芯片商展开正面“竞合”。
展锐消费级5G SoC移动芯片设计水平和市场主流旗舰级顶尖竞品的差距,已从10年缩短至1年。在各类消费级终端出货量上,展锐的同比增幅因基数较低而显得璀璨夺目。展锐4G移动芯片也开始为荣耀和realme等主流智能手机商大规模采用。
除此之外,展锐在4G/5G技术的主场——物联网,斩获同样颇为耀眼。
根据市场研究公司Counterpoint近日发布的第二季度全球蜂窝物联网市场跟踪报告,展锐在物联网领域依然延续高速增长:2021年第二季度,展锐是全球前五大蜂窝物联网芯片厂商中唯一一家同比增速超过100%的玩家。
在NB-IoT、Cat1和5G等物联网全场景各个领域,展锐在高速推进,并于中国、欧洲、印度、中东和非洲和拉美等区域,蜂窝物联网芯片出货量均位列当地芯片供应商前三。
展锐高级副总裁、工业电子BU总经理黄宇宁说,“工业电子BU自2019年成立以来,顺应了工业与 社会 数字化转型中对连接和计算的刚需,整体业绩连年翻番。”
展锐CEO楚庆认为,5G技术专为“万物互联”而生。即使是智能手机,也是物联网的一部分,有别于工业物联网,智能手机终端属于C端消费级场景。
自2019年进入“5G”元年至今,物物连接的规模快速扩容。
据黄宇宁预计,2023-2024年,支持5G R17技术规范的RedCap(低容量:Reduced Capacity)特性设备将得以普及,这将进一步提供超高密度的连接容量,真正实现将“每一块石头都连上网”。
5G万物互联网络的价值和连接数量的关系是什么?
根据梅特卡夫定律(Metcalfe's law):网络的价值与联网数量的平方成正比。有别于一般的资源,分享使用的人越多,每个人得到的资源就越少。依靠连接构建的网络则恰恰相反,使用的人越多,网络的价值越大。
黄宇宁说,“可以想象,拥有30亿-50亿甚至 500亿个连接的网络价值能有多大?!”
超量的IoT连接,叠加“端边云”的智能计算,数字世界和物理世界的边界将被打破,数字化红利也将从消费领域扩展到 社会 的各个基础行业,包括5G在内的全场景通信技术,将完成从个人到工业体系再到整个 社会 的智能化升级。
当前,IoT蜂窝通信网络呈现出四代技术并存的局面。
2G/3G正在加速向4G/5G转网,4G阶段出现为物联网场景做“预热”的通信标准,如NB-IoT低功耗广域物联网和Cat1中速广域物联网等,这些标准的特性是“人联网”。
5G通信技术,是为物联网而生的首个通信制式,除了“人联网”,还实现了“物连物”。
在5G三大场景中,eMBB(Enhanced Mobile Broadband)最先实现商用,侧重追求极致大宽带移动通信体验;uRLLC(ultra-Reliable and Low Latency Communications)提供极低时延和高可靠性,是5G面向行业连接应用的关键手段;mMTC(massive Machine Type of Communication),即海量机器类通信,专为构建万物互联而生。
基于展锐在全场景通信技术领域长期的技术沉淀,展锐能为多样化的连接(尤其是工业级IoT)提供技术支撑:从十米到十万公里距离的连接,展锐有较为完整的商用连接技术和产品体系。
比如5G R15 eMBB场景,展锐研发了业内首款同时支持载波聚合、上下行解耦和超级上行等技术的5G调制解调器。
R15 eMBB实现了5G基本功能,保证5G“能用”:但是,虽然R15的网络传输速度在目前应用最广泛,但该版本只解决了传输数据的问题,做不到终端精度控制,这需要R16加以解决。
R16标准完善了uRLLC和mMTC特性,让5G从“能用”进化到“好用”,加速5G在工业、 汽车 、能源、医疗和公用事业等行业领域的规模应用,使5G成为推动经济 社会 数字化转型的重要抓手。
7月30日,展锐和中国联通完成全球首个基于3GPP R16标准的5G eMBB+uRLLC+IIoT(增强移动宽带+超高可靠超低时延通信+工业物联网)端到端的业务验证。
9月16日,展锐与联通数科联合官宣基于唐古拉V516(5G)平台,在5G物联网领域开展战略合作,共同面向5G工业互联网重大机遇,推进5G R16技术发展和商用加速向纵深落地。
展锐5G R16 Ready的关键特性,主要功能是实现了5G更好地支持垂直行业应用,为工业装备、钢铁制造、交通港口、矿产能源、医疗 健康 等领域带来数字智能技术变革。
除了5G,在中低速物联网技术应用场景,展锐也有所布局,如在公网对讲机领域,展锐份额接近80%,云喇叭市占率为70%,OTT(Over The Top)领域Wifi份额有60%,市占率第一,在快递车充电换电领域,展锐产品份额占比近60%。
与业内通行做法一样,展锐在构筑4G/5G物联网技术和应用体系时,也采取了与上下游合作伙伴联合的方式。
这种联合,就技术层面看,分为两层:一是在最新5G通信技术版本方面于中国联通单独合作;二则是基于成熟的5G通信技术版本,与更广泛的生态合作伙伴建立战略关系。
比如9月16日,除了官宣和中国联通在新一代5G通信版本R16方面的深度合作,展锐还与包括鼎桥通信、广和通、海信通信、通则康威、讯锐通信、移远通信和有方 科技 等11家物联网模组和方案解决商,基于唐古拉V510(5G)平台做了战略联合发布。
展锐唐古拉V510是已成熟商用的5G基带芯片平台,支持5G网络切片等多项5G前沿技术,可广泛适配全球移动通信运营商的网络,能满足5G发展阶段中的不同的通信和组网需求。
为物联网提供通信技术、算力和芯片,探究展锐的商业目标,不难发现,展锐希望围绕芯片应用平台构筑产业生态,通过提供算力和通信技术能力,改造产业链,进而拓展全新业务空间。
华尔街见闻了解到,展锐的产业目标是成为“全场景物联芯片解决方案技术服务商”,其商业定位确立为“数字世界的生态承载者”。
此项定位由三大底座技术支撑:马卡鲁通信技术平台, AIactiver技术平台和先进半导体技术平台。
据展锐高级副总裁夏晓菲解释,马卡鲁技术平台将调制解调器(Modem)、射频(RF)收发器及射频天线模块集成为统一的5G解决方案,在支持3GPP协议演进的同时,能针对5G典型高价值特性,开发网络驱动单元,以提供一栈式解决方案包。
马卡鲁技术平台的能力,主要集中在为港口、钢铁、矿区和制造等垂直行业客户,包括智能机、智能穿戴和AR/VR等消费应用,提供低时延、高精度和安全可靠的连接体验。
5G行业应用将分阶段实现商业化落地,这已是业界共识。夏晓菲说,“马卡鲁通信平台能在不同阶段支撑产业变革。”
华尔街见闻了解到,展锐马卡鲁通信技术平台的技术设计路径分三个阶段:2019年为5G元年,eMBB技术得以落地,5G FWA(Fixed Wireless Access:固定无线访问)/CPE(Customer Premise Equipment:信号转换器)和5G视频监控为典型的大带宽应用得到初步应用。
其次,5G To B应用逐步实现规模复制,同时更深入垂直行业。机器视觉、工业网关、AGV(Automated Guided Vehicle:自动导引车)小车及无人机等典型行业应用具备适应性高、通用性强等特点,有机会率先实现千万级规模复制。
以5G R16新版通信技术标准为代表,将有效满足智能电网/制造/交通/医疗等行业的差异化需求。此阶段具有更高性能、更广连接和更安全可靠的特性。
马卡鲁通信技术平台具备R16的技术能力,故而能推动5G技术真正进入生产核心环节,从而为工业40提供技术保障。
技术的演进永无止境。
虽然R16最先落地的三种能力——超低时延、超高可靠和更低能耗进一步夯实工业40的技术基础,R16的其他技术能力还没完全落地,但展锐已在参与推进R17版的技术标准制定。
华尔街见闻获悉,5G终端向末端节点渗透,需要更精简的终端解决方案。在3GPP R17讨论轻量版5G时,展锐认为合理的带宽范围是20MHz,这个主张已成功被标准采纳。
通过对工业I/O节点的带宽、时延、性能需求分析,展锐在天线数、MIMO(Multi Input Multi Output:无线扩容和增频技术)层数、BWP带宽等方面做了精确的精简,从而实现更高的灵活性。
同时,通过增强的非连续接收特性(eDRX:Discontinuous Reception),采用更长的休眠模式,让特定的物联网终端得到更高的续航能力。
通过这些关键技术,马卡鲁平台将彻底实现从网关到I/O节点的全场景覆盖,而这也是 AIactiver技术平台的能力,能实现5G技术对生产全流程的改造。
值得一提的是,今年2月展锐成为荣耀芯片套片供应商。
什么是套片?
单独的芯片无法在终端硬件体系中发挥作用,必须做成套片形式。这就涉及了展锐第三大技术底座——先进半导体技术平台。
这个技术平台的支柱是工艺制程和封装,展锐提供整体套片方案。
简单来说,套片包括SoC、射频和电源芯片(PMIC)等。根据芯片集成度、功耗和数模混合架构的不同需求做各类芯片组成,最终通过封装技术做成集成度更高、无线性能更优的解决方案。
华尔街见闻了解到,展锐正在持续投入SiP(System in Package:系统封装)技术。其成果是通过SiP技术,将LTE Cat1整个方案的尺寸,做到了一元硬币大小。
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