MCU可10年不换电池?日本最大的半导体厂商瑞萨是如何做到的?

MCU可10年不换电池?日本最大的半导体厂商瑞萨是如何做到的?,第1张

在6月12日在日本京都召开的2019年度"VLSI和电路技术专题研讨会上,瑞萨展示了业界首款基于65nm SOTB技术的嵌入式2T-MONOS(双晶体管-金属氧化氮氧化硅)闪存的相关测试结果。基于SOTB的新技术已在瑞萨R7F0E嵌入式控制器中所采用,该控制器专门用于能量采集应用。

2003年由日立和三菱电机合并成立了瑞萨电子。

2010年4月1日,NEC电子和瑞萨电子合并,成为了全球第一的MCU供应商,也是SoC系统晶片与各式类比及电源装置等先进半导体解决方案的领导品牌之一。在成立之时一跃成为全球第三大半导体公司,仅次于英特尔和三星

然而瑞萨电子合并后的几年路走的并不顺,从成立时的全球半导体老三的位置一路挣扎,在2014年跌出了全球前十。

2016年,瑞萨开始下注 汽车 行业,并以32亿美元收购Intersil,引入了模拟与混合信号芯片产品线,盈利才逐渐上来。2017年,瑞萨占据了全球20%的MCU市占率。

去年9月11日,瑞萨宣布以约67亿美元收购美国模拟芯片大厂IDT,这个收购被认为是为了应对 汽车 领域的老对手NXP的威胁。在智能手机市场增长下滑的今天,预计 汽车 市场将是未来半导体厂商最大的细分市场。然而在2018年,意法半导体(STMicroelectronics)、英飞凌(Infineon)和NXP的 汽车 业务收入均出现增长,而瑞萨(Renesas)的 汽车 业务收入却较2017年有所下降。

与最接近的竞争对手相比,瑞萨是唯一一家在2018年 汽车 业务营收出现下滑的供应商,这不仅让人感觉到一丝意外

瑞萨电子中国董事长真冈朋光认为,瑞萨在2018年已经预计到了市场需求疲软的现状,同时也根据需求下滑进行了相对应的措施,如调整工厂产能。此外这不仅仅是瑞萨电子一家企业的事情,还需要跟代理商和销售渠道不断的加强沟通。"我们的客户对市场的未来也比较谨慎。因为不由厂商控制的情况太多了,比如现在的中美贸易摩擦的问题,没有人能预计到,但就是发生了。"真冈朋光认为,中美贸易摩擦这种不可控的事情发生,对瑞萨的客户影响是很明显的,因此瑞萨需要不断调整自己去适应市场的变化。

目前对于瑞萨来说,最重要的事情是尽快适应与IDT的并购,以及实现"1+1大于2"的效果。

据IDT的财报,近些年其毛利率在60%以上,2014—2018年复合增长率更是高达14.8%,而且其技术和产品恰好符合瑞萨电子下注的 汽车 业务,其数据中心与通信基础设施也会为瑞萨开辟更大的市场。2019年瑞萨与IDT的收购案终于达成,瑞萨也一跃成为日本最大的半导体公司。

目前瑞萨全球销售额7600亿日元,全球19000员工。从财报来看,瑞萨电子收入7570亿日元。

"面向 汽车 电子的半导体产品是瑞萨的代表业务。从应用领域来看, 汽车 领域销售额约占总销售额的一半,很难找到一辆完全不使用瑞萨电子产品的 汽车 。"——这是瑞萨电子中国董事长真冈朋光在今年举行的CITE中国信息博览会上的发言。

汽车 市场当然是瑞萨最重要的市场之一。根据srategy Analytics2018提供的数据,瑞萨电子在2017年的 汽车 MCU/SOC市场份额众,包括动力总成、xEV、车身、底盘与安全、信息 娱乐 &仪表相关的车用芯片均排名第一。

此外,2017年瑞萨发布了一个ADAS及自动驾驶平台Renesas Autonomy,同时发布的还有R-CarV3M SoC,该芯片配有2颗ARM CortexA53、双CortexR7锁步内核和1个集成ISP,可满足符合ASIL-C级别功能安全的硬件要求,能够在智能摄像头、全景环视系统和雷达等多项ADAS应用中进行扩展。除了R-Car系列产品外,瑞萨也有针对雷达传感器的专业处理器芯片如RH850/V1R-M系列。

应该说R-Car系列是瑞萨进军自动驾驶的切入点。此前推出的第三代产品R-CarH3/M3已经具有L2等级的自动驾驶需求。只不过作为一家日系公司,瑞萨在自动驾驶领域的布局显得异常低调。

作为日本最大的半导体厂商,瑞萨的目标绝不仅仅是 汽车 市场,物联网市场也是瑞萨的布局重点。

5月28日,瑞萨电子2019产品及系统方案研讨会——厦门站正式召开。在此次活动上,瑞萨不仅展示了自己的多款嵌入式解决方案,还首次展示了IDT的多款物联网解决方案,以及融合了瑞萨与IDT双方技术的系统级解决方案。

瑞萨切入物联网领域,在今年重点推广的主要有两大技术:DRP技术和低功耗的SOTB技术。

提到瑞萨在物联网领域的布局,不得不提到瑞萨在今年重点推广的DRP技术和低功耗的SOTB技术。

DRP技术,简单来说就是本地的嵌入式AI解决方案,可以取代以往的云端AI计算能力。

在商汤、旷视等各大AI芯片厂商以及Nvidia、Intel、高通等传统半导体厂商纷纷布局嵌入式AI的今天,瑞萨的DRP有什么亮点呢?

据了解,瑞萨独有的DRP技术,是一种动态可编程的处理器,可以按照不同的时间把动态逻辑编程,这特别适合应用在图像处理等应用上。DRP中有AI -MAC,有大量的计算单元,可以来实现卷积运算。

此外,相比目前市场上的通用的嵌入式AI芯片,如MCU、DSP、FPGA,瑞萨DRP可以做到10~100倍的强大处理能力,而功耗则降低很多。据了解,这个DRP的主频只有60Mhz,而处理能力则比A9 MCU要快13倍。

SOTB技术,则是一种极低功耗技术,可以让MCU的电流消耗降低到传统电流的十分之一。简单来说,这种技术让不需要电池的模式成为可能。

由于采用了无掺杂的晶体管,对比传统的平面式晶体管的淤积特性变化,可以在超低电压下进行稳定的 *** 作,比如0.5伏左右。如果传统的MCU采用3V的纽扣电池供电,可能一个月后就没电了。

如果采用STB技术到MCU,由于本身需要的电流非常低,可能3μA就够了,这个功耗几乎可以忽略不计,可以实现无间断的工作。再配合低功耗的DRP嵌入式AI方案,整个系统就可以做到低时延、安全、低功耗。瑞萨电子也强调,其超低功耗的产品可保证设备10年左右不换电池,这是其技术优势所在。

陈建明部表示,SOTB技术的推广将分三步走,第一步主要是替换需要更换电池的各类MCU应用;第二步预计到2021年在蓝牙BLE中增加带SOTB功能的MCU。比如智能家电、智能楼宇等。第三步则将SOTB和E-AI技术共同加入进来,做成完整的解决方案,在农业、智能交通等领域都可以用到。

在6月12日在日本京都召开的2019年度"VLSI和电路技术专题研讨会上,瑞萨展示了业界首款基于65nm SOTB技术的嵌入式2T-MONOS(双晶体管-金属氧化氮氧化硅)闪存的相关测试结果。基于SOTB的新技术已在瑞萨R7F0E嵌入式控制器中所采用,该控制器专门用于能量采集应用。与非SOTB 2T-MONOS闪存(约需50μA/MHz读取电流)相比,新技术实现的读取电流仅6μA/MHz左右,等效于0.22 pJ/bit的读取能耗,达到MCU嵌入式闪存最低能耗级别。这项新技术还有助于在R7F0E上实现20μA/MHz的低有效读取电流,达到业界最佳。

值得一提的是,能量收集技术的迅猛发展,使智能穿戴设备的自我供能有望成为现实。比如手环、耳机等可穿戴设备目前受限最大的就是功耗问题,而瑞萨下一步将在蓝牙BLE中增加带SOTB功能的MCU,很明显穿戴产品将大大受益。

我们有理由展望不久的未来,采用瑞萨的SOTB技术的能量采集系统将在智能手表等穿戴类设备中大显神威。

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 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。

自中兴、华为事件发生后集成电路的地位不断提升, 社会 与资本对集成电路产业的认识也不断加深。发展集成电路产业的初衷确实是为了实现国产替代、自主可控,虽然这种思路没错但格局着实有点狭隘。当然如果将中国集成电路产业放到实现国家战略安全的地位,对产业的认识也会更深刻一些。

顶层设计的确瞄向了国家战略安全这一方向,但落脚到这个产业中,产业和资本的高度还是无法达成统一,因为各自的诉求不同。以中微公司创始人尹志尧为代表的产业从业者固然可以做到十年磨一剑,将刻蚀设备做到全球一线水平,但狂热资本的不断涌入,更多的是看到科创板、注册制等的实施带来的短期套利空间,毕竟相比以往如今上市的门槛和难度大幅降低。

集成电路是一个技术密集型、知识密集型和资本密集型的产业,如果放到国产替代和国家安全的角度还是一个政策密集型的产业,如果将这四种重要的要素实现深度整合,当然是最理想的状态,但如果这四种要素中任何一个对集成电路产业的理解与认知出现偏差甚至误区,则会出现很大的问题,20年前的"汉芯一号"造假事件如此,武汉弘芯项目烂尾也是如此。

武汉弘芯一开始就对这个行业的理解有所误区,比如一开始就定下的不切实际的目标。武汉弘芯项目原计划投资1280亿元,主要投资目标是建成一条月产能3万片的14nm逻辑工艺生产线、月产能3万片的7nm及以下逻辑工艺生产线以及相应的晶圆级先进封装生产线,但在2017年国内最好的晶圆代工厂中芯国际刚搞定28nm HKMG工艺不久,直到2019年才在梁孟松的带领下搞定了14nm FinFET工艺。

2017年全球晶圆厂中有能力量产14nm及以下FinFET工艺的也就台积电、英特尔、三星和格芯,其中台积电和三星将技术节点推进到10nm,格芯是12nm,英特尔是14nm++ FinFET工艺,与格芯的12nm相当:

行业龙头也刚推进到14-10nm,武汉弘芯一开始就要上马14nm,就当是国内集成电路的产业基础,可能吗?

2017年国内技术达不到,资本目的不纯,政府对集成电路产业认知较浅,武汉弘芯项目如何推进?

可惜了蒋尚义的一腔热血。

武汉的集成电路产业基础还是相当薄弱,更没法与江苏和上海这两个产业集聚地相比,将之比喻为荒漠中的绿洲也不为过。

按申万行业分类,目前在A股上市的湖北半导体企业有盈方微和台基股份两家,其中台基股份主要从事大功率半导体器件的生产与销售,是一家功率半导体企业。但盈方微在湖北荆州,台基股份在湖北襄阳,均不在武汉。

在新三板上挂牌的湖北半导体企业是思存 科技 (839113.OC),公司主要研发与销售多种类别的Wi-Fi模块及相关解决方案。公司在技术上得到高通的支持, 2019年营收与净利润分别达到2.50亿元和0.08亿元,业务规模与盈利能力较弱。

东芯通信(430670)是位于合肥市的一家从事LTE基带芯片研发、销售及提供解决方案的供应商,但目前由于4G网络已经成为过去,公司业绩也一落千丈,2019年营收仅有0.15亿元,净利润亏损0.12亿元,已经连续四年亏损。

过去的终究要过去。

在光模块及光芯片领域武汉具有一定优势,光迅 科技 、华工 科技 具有较强的技术实力,其中光迅 科技 是国内少有的业务涉及光芯片、光器件和光模块产业链的企业,而且公司依靠大股东烽火集团旗下的烽火 科技 ,产品可以很好的切入终端。但是在目前火热的高通量光模块领域公司相比中际旭创和新易盛有所滞后,相比已经研发出1000G光模块的华为以及Finisar等国外巨头差距更是明显:

合肥与武汉在存储器领域的竞争优势相当明显。武汉长江存储在3D NAND领域已经形成一定规模,技术上4月份推出的X2-6070是业内首款128层QLC规格的3D NAND,拥有业内已知型号产品中最高单位面积存储密度、最高I/O传输速度和最高单颗NAND闪存芯片容量的存储器件。技术上与海力士、三星、铠侠等差距也就1-2代,如果公司能及时推出196层甚至256层3D NAND,技术上的差距已经相当小了。另外武汉新芯(XMC)除了Nor Flash等存储器件,自有晶圆厂也可以为客户提供55nm制程的低功耗逻辑和射频等工艺。

在DRAM领域合肥长鑫实现了重大突破,公司现有产品主要有DDR4内存芯片、LPDDR4X和DDR4模组,而且在中低端消费电子领域实现商业化。不过目前三星、海力士等已经将技术延伸到DDR5,在技术上还有一代的差距。

在半导体设备领域领域,武汉精测电子和合肥芯碁微是具有代表性的企业。精测电子是从事TFT-LCD/OLED等平面显示信号测试技术研发、开发、生产与销售的企业,在平面显示信号测试领域位于国内领先水平。不过公司目前将业务向半导体检测延伸,未来公司有望形成平面显示+集成电路检测双主业格局。

合肥芯碁微主要从事以微纳直写光刻技术为核心的直接成像设备及直写光刻设备研发、制造及销售,但目前公司的直写光刻机主要用于PCB,在平面显示领域有一定布局。由于技术自身局限,合肥芯碁微的直接成像技术还不能很好的应用于硅基半导体器件深亚微米节点的制造。

综上所述,从目前集成电路产业布局来看,除了长江存储和合肥长鑫的存储器件,武汉和合肥的集成电路产业发展水平总体逊于江苏和上海,但以光迅 科技 为代表的光模块企业、以精测电子、合肥芯碁微为代表的设备制造企业在个别领域具有一定规模。

除了合肥长鑫,合肥的集成电路产业亮点不多,但如果从产业链布局来看,合肥的产业基础要略好于武汉。

集成电路产业链主要分为设计、制造和封测,目前武汉和合肥在设计领域存在明显短板。武汉昊昱微电子是从事功率半导体及模拟半导体设计的企业,公司基于CMOS、BiCMOS、BCDMOS等工艺开发了HYM533低功耗8位四路DAC、音频功放IC等器件;合肥比较具有代表性的设计企业有合肥芯谷微电子、合肥恒烁半导体等设计企业,而且这些企业由"最牛风投机构"合肥市政府投资,部分设计企业颇具特色,但相比圣邦股份、兆易创新等企业,差距太明显。

在封测领域合肥的基础要好得多,而武汉则一片空白。封测领域合肥目前拥有合肥合晶和合肥速芯两家封测企业,其中成立于2000年的合肥合晶覆盖TO、SOT和DIP封装技术;成立于2018年12月的合肥速芯是集成电路行业咨询公司摩尔精英旗下封测企业,拥有QFN、BGA、SiP等封装技术:

当然合肥速芯的竞争力还来自于摩尔精英在集成电路行业中的资源整合能力,这一点可能是合肥合晶所不拥有的。

在制造领域武汉和合肥均有晶圆厂,其中合肥长鑫和长江存储各有一座300mm晶圆厂,主要是这两家企业均采用了IDM模式,这也是三星和海力士等存储器龙头的典型模式。除此以外PowerChip和XMC(武汉新芯)分别在合肥和武汉拥有一座300mm晶圆厂,产能较小,而且主要以成熟节点为主。

合肥集成电路产业的优势是打通了设计、制造和封测,武汉虽然有武汉新芯这样的晶圆代工厂,但封测还有短板。

当然在光模块等领域武汉有独特的竞争优势。

有人曾将中国半导体投资者归纳为无知者无畏型、无耻者无畏型和既无知又无耻型三类,其中无知者无畏型主要是地方政府,出于各种目的往往会出现"义和团"式的"造芯运动",典型代表就是武汉弘芯这个烂尾项目。无耻者无畏型主要是产业内企业"杠杆"式的"堵芯",怀着撞大运的心理借着主业的成功赌博式发展集成电路这个副业。既无知又无耻型就是那些暴躁狂热的资本,他们对产业规律视而不见,搞跨界投机式的"骗芯"。

一级市场如此,二级市场同样炒作投机之风盛行,最典型的就是中芯国际上市前后的炒作以及半导体板块的暴涨暴跌,让一众投资者吃了闷瘪。

集成电路行业是一个大投资、重积累、长周期、慢回报和高风险的行业,科创板和注册制的推出只是解决了一个资本顺利退出的通道,但产业本身特征是无法在资本加持下能改变的,如果只是抱着投机甚至赌或骗的心态闷头扎入集成电路行业,可能自己怎么没的都不知道。

65nm制程的SoC芯片设计及流片成本2850万美元,16nm的设计及流片费用高达1.06亿美元,足可以让很多中小型设计企业倒闭好多次了。


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