物联网的物的条件

物联网的要求有哪些
李松
一个努力上进的码农
来自专栏STM32学习分享
在“剖析物联网的要求—第一部分”中介绍了先进的工艺技术、低功耗设计技术、多核系统的功耗问题、内核间的通讯、串行存储器接口以及系统安全。第二部分， 我们将介绍 BLE 无线链路、模拟前端、智能触摸界面以及其他重要的物联网设计技术。
无线连接技术的发展：
基于物联网的设备连接仍处于起步阶段。这意味着，随着新应用程式的涌现，显著提高了微控制器（MCU）系统在速度、功耗、范围和容量方面的需求。该领域的潜在商机打破了在设计方面的局限性。蓝牙技术联盟最新（特殊利益集团）宣布，蓝牙50标准定位于电子产业对物联网市场需求的典型布局。内容指出，全新的 BLE 标准可提供两倍的传输速度、四倍的传输范围以及广播包的数据承载量是上一个版本的8倍。这些新的技术特性将极大地促进物联网设备与我们日常生活间的各种连接。MCU作为物联网设备的核心，必须与时俱进，紧跟协议的发展进程，支持新标准提供的各种特性。以下是即将推出的最新BLE标准的主要特性。
· 速度（传输更快）：蓝牙50传输速度上限为2Mbps，是之前42版本的两倍。
· 传输距离（通信距离更远）：有效工作距离可达300米，是旧版本的4倍之多。
· 低功耗（延长电池/设备工作时间）：协议优化大大降低了能源消耗，提升了其性能。
· 广播能力（更大的承载量）：协议优化将提升800%增长的数据广播包的承载量。
· 安全功能：高安全加密及认证，确保只允许经受权用户跟踪设备位置和安全配对。
扩充处理器容量、内存及功耗方面的性能不会凭空而来。对于许多应用程序而言，底层硬件（例如MCU）需要做出相应调整以适应这些特性。因此，生产商在设计下一代MCU时必须时刻紧记这些要求。例如，赛普拉斯 PSoC 6 BLE MCU（见图1）为物联网设计人员提供BLE 50所具备的这些功能。
尽管这些特点会增加MCU的负载，但也能为终端用户带来诸多好处：
· 性能（范围优势）：相比于基于物联网的其他协议，如Wi-Fi及ZigBee，BLE已经成为无线通信协议的首选。改进过的覆盖范围将确保蓝牙设备（如扬声器、智能门锁、灯泡等）可以在家里任意位置实现完全连接。这是真正实现智能家居的关键一步。BLE 50也有可能取代高功耗的Wi-Fi，控制智能家居设备。改进后的覆盖范围还能让智能手表等设备更方便地接收来自智能手机的即时通知。
· 低功耗（速度优势）：更快的转输速度提高了响应能力。对于那些非数据密集型物联网设备来说，更快的速度意味着会带来更低的消耗及更长的使用寿命。例如，将传输速度增加两倍，发送/接收时间减少近一半。这样就可以减少功耗，因为设备可以迅速进入低功耗模式。此外，更高的传输速度支持周期性的设备软件更新，这将是物联网应用的一个重要功能。
· 无线连接服务（广播容量优势）：广播容量的显著增加将使信息传输更加丰富和智能化，Beacon等无线连接服务将能够传输更多的信息。举例来说，Beacon可以传输实际内容，而不是通过URL指向内容。这可能将重新定义蓝牙设备传播信息的方式，因为它通过无需连接的物联网传输信息，而非蓝牙配对设备模式。这有可能让资产跟踪和智能垃圾管理等先进的应用更加智能地使用网状网络。
智能触摸界面：
正如第一部分中所讲到的，物联网设备跨越消费类、工业、汽车和商业应用领域。这些应用都能受惠于美观的的用户界面，且具备产品差异化，如触摸显示屏、按钮/滑块以及近距离感应。为了让用户享受最佳体验

深圳特区成立40周年之际，首届慕尼黑华南电子展在深圳国际会展中心举办。期间芯师爷专访了全球电子产业链的近20家领先企业、潜力企业的领袖及高管，特别推出“慕名而来·圳好”专题报道，与众多业内人士共同探讨全球电子产业趋势、中国半导体发展和技术创新等热点焦点话题。

本文为芯师爷专访极海半导体资深产品总监王超实录。王超，极海半导体资深产品总监，拥有近20年芯片原厂市场及产品规划经验，曾在ST（意法半导体）、NXP（恩智浦）等企业MCU部门长期任职。

珠海极海半导体有限公司（以下简称：极海半导体） ，是艾派克微电子旗下全资子公司。极海半导体具有20年的集成电路芯片设计经验，现产品涵盖32位工业级通用MCU，低功耗蓝牙芯片以及工业物联网SoC-eSE大安全芯片产品与方案。

采访实录

1、您对慕尼黑华南电子展的初印象是什么？

极海半导体资深产品总监王超：

慕尼黑华南电子展在深圳虽是首次开展，但其实在电子行业内闻名已久，慕尼黑电子展在行业内的影响力以及展会策划能力是值得信赖的。所以这一次就先祝本次电子展完圆满成功。

2、本次参展极海半导体带来了哪些新的产品展示？请介绍下它们的性能特色、主要优势等。

极海半导体资深产品总监王超：

关于新产品， 极海这次带来了两个系列产品，一是通用32位MCU系列；二是针对于高端工业物联网领域的大川GS系列

32位通用MCU系列中，极海推出了工业级扩展型APM32F072xB和工业级增强型APM32F051x8系列MCU新品。

这两款MCU采用全新的制造工艺，新增电容触摸功能和HDM CEC接口，可精准识别触控输入指令，满足高级控制应用需求，实现了比市场主流竞品低50%的超低运行功耗、高1倍以上的Flash擦写速度。

另外我们今年还推出了5款针对高端工业物联网领域的大川GS系列SoC-eSE大安全芯片。这个系列产品全系列产品都是基于国产平头哥玄铁CPU，支持双核、4核到7核的多核异构架构，符合国密二级标准，并采用国内领先水平的嵌入式eSE安全单元技术，具备全方位一体的安全防护能力，相比市面上较多的独立安全芯片方案，大川eSE单芯片SoC方案具有更高集成性、更低功耗和更高安全性。

3、极海半导体成立的契机是什么？目前极海半导体的产品布局是怎样的？

极海半导体资深产品总监王超：

极海半导体前身是艾派克微电子2015年成立的物联网芯片事业部，经过了4年的内部孵化，为顺应物联网的行业的蓬勃发展，于2019年12月正式成立为独立运营公司。

其实当公司业务做大，需要扩增规模进入下一个领域的时候，大多都会采用这种矩阵形式来经营管理，成立独立公司有助于子公司的业务灵活运营，便于激励和业绩考核。

目前母公司艾派克更聚焦于打印机及打印机周边芯片开发，极海的主营业务主要在打印行业以外，现 产品涵盖32位工业级通用MCU，低功耗蓝牙芯片以及工业物联网SoC-eSE大安全芯片产品与方案。

4、截止当前，极海半导体的MCU系列产品在技术和市场上有何新发展？

极海半导体资深产品总监王超：

在市场方面，极海 APM32系列MCU自2019年量产发布以来，已广泛应用于消费电子、智能家居以及医疗设备领域。且极海已经通过IEC61508认证拓展至工业领域， 与国内工业智能制造的标杆企业建立了密切合作 ，为工控核心设备提供高安全、高可靠性国产MCU产品方案。目前极海已经在定义和设计M4和M7内核的中高端MCU。未来，极海还将布局高价值、高门槛的车规MCU市场，实现MCU领域的全行业覆盖。

从技术上来说，极海的产品有以下几个优势：

1）稳定可靠 ：全系列产品工作温度覆盖-40 ~+105 ，ESD等级高达8KV，抗干扰性强，可满足严苛工作环境需求。

2）可移植性好 ：有助于客户降低芯片替代成本，缩短产品开发时间，加速产品上市。

3）安全性高： 已通过中国IEC61508和USB-IF认证，并支持工业级MCU+安全芯片产品组合，符合工业和车用高可靠性标准，目前正在申请德国相关认证。

4）定制能力强 ：基于极海多年的产品开发经验，极海能满足客户多种内核、多种架构的SOC的定制需求。

5、近两年国产MCU发展得比较快，市场出货量不断攀升，您如何看待现在的国产MCU市场？

极海半导体资深产品总监王超：

目前5G新基建、人工智能以及物联网万亿级市场的持续发展，为国产MCU带来了广阔的市场空间。另外，中美贸易战也催化了芯片国产替代进程，在内外因素的双重影响下，国产MCU迎来了新一波快速发展的机遇。

但值得注意的是，国产MCU虽然在加速发展，但目前来说主要集中在中低端应用领域，高端市场仍被国外厂商占据主导地位。

6、在未来的规划中，极海半导体的MCU将在哪些方面加强产品优势，增强市场竞争力？

极海半导体资深产品总监王超：

从极海来说，未来一方面将加大MCU芯片研发投入和技术创新力度，为客户提供更低功耗、高更性能、更高稳定性和性价比的产品。极海将在2021年年底推出基于M4内核的中高端产品，基于M7内核的芯片也在积极筹备中，意向客户们也可以找极海多交流。

另外， 针对高端工控领域，我们将推出工业级 MCU+安全 芯片的产品组合策略；针对消费电子领域，我们将提供基于 MCU+蓝牙、MCU+传感器、MCU+WIFI、MCU+认证 等方案，为市场提供更多面向不同场景的定制化方案。

7、 极海半导体的大川系列是安全芯片，您认为芯片设计该从哪些方面保障物联网的安全？

极海半导体资深产品总监王超：

极海大川GS系列安全芯片设计是从以下3个方面去保障物联网的安全性：

一是芯片的安全化+可靠容错设计 ：通过构建可信执行环境和可定制化的硬件机制，保障物联网安全资源的机密性和完整性。

二是采用高集成度的eSE嵌入式芯片设计 ：以安全子系统是作为单芯片内嵌模块，可实现多位一体的安全防护，这样能有效保障芯片器件自身安全以及物联网数据信息安全。

三是多核异构芯片设计 ：采用全国产平头哥玄铁CPU，可提供双核、4核至7核的灵活混编CPU内核设计，具备“业务应用加速与安全防护”双重优势，支持物联网特定领域的专用IP定制。

8、现在市场如何看待物联网的安全问题？

极海半导体资深产品总监王超：

随着物联网万亿级市场的持续发展，像用户的数据被窃取，终端的设备遭到非法地 *** 控等安全威胁也越来越多地暴露出来。这样一来保障物联网数据传输、设备连接过程中的信息安全，对于稳定有序的互联时代的发展至关重要。

尤其是国际贸易争端加剧，现在 越来越多的国内企业开始关注和重视物联网安全问题，并且急切 的 寻求安全的国产芯片替代方案。 所以极海除了刚才提到的大川GS系列安全芯片，未来还将不断推出专注于物联网安全的产品和方案。

9、您对明年慕展有什么期望？是否会继续参会？

2021年我们会继续支持慕尼黑华南电子展。同时也期待我们在展会上能不断提升品牌知名度，收获更多优质客户。

2017年中国半导体封装测试技术与市场年会已经过去一个月了，但半导体这个需要厚积薄发的行业不需要蹭热点，一个月之后，年会上专家们的精彩发言依然余音绕梁。除了“封装测试”这个关键词，嘉宾们提的最多的一个关键词是“物联网”。因此，将年会上的嘉宾观点稍作整理，让我们再一起思考一下物联网时代的先进封装。
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。

---