NXP CTO谈“新摩尔定律”时代的创新：从快生活到优生活

几十年来，摩尔定律的生产力效益一直是半导体行业发展的驱动力，由此催生了超快速数字处理器、更宽带宽，以及大幅提升PC、手机等数据传输量大、存储量大的应用的生产力所需的超大存储器。然而，IC产业的经济学和社会的进步正给半导体行业带来革命性转变。

半导体产业正面临着双重挑战：一方面，利用先进CMOS技术开发SoC的成本飞涨；另一方面，体积的继续缩小将把摩尔定律推向末路。

同时，消费者所要求的附加价值不再是更多产的消费电子设备，而转变为成新型智能产品。全球老龄化趋势带来了对医疗设备和食品安全的需求。环保意识的提升需要智能“绿色”解决方案。交通领域，IC创新可确保安全，克服交通拥堵，还可为在路上的人们提供实时信息、娱乐和服务。

这些应用，以及许多其他应用，通常都是通过整合现有CMOS技术和“新摩尔定律“的技术而实现的。“新摩尔定律“的技术包括模拟混合信号、高压和超低功耗等。向多技术设备的转变还将影像设计和架构方法、建模和特性及系统架构。最终，现有的联合研发模式将发生改变，新的生态系统将形成。

从CMOS驱动的技术融合到技术多样化的革命性转变，为半导体制造商带来了新的差异化途径，以及更诱人的新业务机遇。

拥有多技术产品开发经验的厂商，以及恩智浦半导体之类的生态系统的驱动者，才能在这些新兴市场占据一席之地。

从生产力到优质生活的革命性转变

半导体产业是个相对年轻的产业，自摩尔定律首次预测硅片上晶体管的数量每18个月翻一番以来，半导体设备制造商一直追求的都是生产力收益。 事实证明，这一定律确实没错。生产率已经降低了晶体管的成本，以至于如今消费应用所需支付得起的SoC可能包括几亿个晶体管。这一巨大的生产力收益成就了今天我们随处可见的电子应用。

现在摩尔定律走向末路了么？回答是否定的，但是生产时晶体管的密度增加了，开发相应工艺的成本也随之增加。结果是，如今最成本经济的IC解决方案不一定基于市场上最小（也最昂贵）的CMOS技术。

航空业也上演了从性能到经济学驱动产品开发这一转变。革命型的协和客机（Concorde）数十年来速度不断加快，尽管最高时速打破记录高达每小时2000公里，还是没能成为空中客机的新标准。从巴黎飞到纽约，Concorde仅需3个小时，本以为Concorde将因此设定新的行业新标准。然而，经济学法占了单纯性能的上风：过度油耗造成机票价格上涨，高至到难以承受的地步，最终Concorde只能藏于博物馆。

航空业平均速度为每小时1000公里，这就是它的经济学平衡点，这一速度已经保持多年，迄今未变。

这是否意味着航空业创新的终结呢？恰恰相反。创新转向为乘客、机组人员和航线提供其他价值，而不仅仅是速度。飞机变得更安全，更舒适，更成本经济，油耗更低，噪音更低。

恩智浦预计半导体行业也会发生类似的转变，创新将从生产力转向优质生活收益。和航空业类似，对于生活（生命）来说，还有比速度更重要的事情。

因此，主宰半导体工艺技术数十年的摩尔定律仍将在少数高产量领域发挥作用。一旦物理功能与经济可行性交汇平衡，它将不复存在。

社会趋势推动新摩尔定律技术的发展

社会发展趋势为节能消费电子产品、和照明产品、医疗诊断设备、食品安全和交通管理系统领域提供先进IC的厂商带来了巨大的商机。

这些市场的成长并未因经济放缓而止步。因为多数芯片创新可带来可观的投资回报（ROI）；与降低能耗，减少医疗开支，减少交通拥堵带来的经济损失相比，产品成本很容易被扳平。这样，在半导体领域，真正由需求驱动的创新可以自己为自己买单。

创造定制化解决方案

如今市场越来越复杂，要求针对特定应用领域制定优化的解决方案。这就需要OEM、半导体厂商以及生态系统中的更多成员，进行更精诚的合作。

这将有助于加速创新，让 OEM 有更多机会构建差异化优势。从初期就开始协同合作，可以确保 IC 与 OEM 产品的完美整合，缩短开发时间与成本，尽早进入市场。

峰力听力（Phonak）与恩智浦的合作就是一个很好的例子。峰力听力采用恩智浦的超低功率无线技术，共同开发新一代的助听器。这种磁感应技术不仅功耗低，也不会与身体组织互相作用，有别于传统的射频无线电。由于峰力听力与恩智浦在研发阶段就进行了真正意义上的合作，才得以快速开发产品，也更容易进入市场。我们着重于提供定制化零件，并让客户更主动地参与研发过程，因此能够提供成功商用的产品，并藉此获得绝佳的市场机会。

游戏规则仍然是：创新

半导体市场竞争十分激烈，毛利持续下降，投入超过20%的销售收入的进行研发工作已经不再必要。不过出于成本考虑而暂缓创新，是行不通的。

我们很清楚，不论是先进的 CMOS SoC，或是渐行渐近的新摩尔定律的应用，创新都将继续扮演半导体行业的驱动力。要适应已截然不同的经济状况，就必须采取创新战略。

业界必须采取更灵巧的方式进行创新。创新不能恪守 CMOS 蓝图的既有路线，而必须通过现有及新兴技术有创意的结合，创造专为客户量身订制的智能解决方案。基于多重技术（新摩尔定律）的应用趋势有助于创新，并且不需要先进 CMOS技术昂贵的 开发成本。

采用更灵巧的创新方式，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，还意味着我们需要将合作扩展到更广大的产业生态系统，包括各个机构、大学、政府以及标准化组织。[!--empirenews.page--]

创新仍将是半导体产业成功的必备条件，只不过这不是唯一的出路。公司若愿意追随创新趋势，抽身于不顾成本及功耗极限地对速度的无尽追求，将有机会创造利润客观的技术，不仅受益于公司自身，并最终受益于整个社会。

恩智浦的新摩尔定律创新成果

恩智浦已经针对新摩尔定律的元件与 IC积极开展研发与销售工作。接下来我们将展示具体范例，阐释新摩尔定律法则如何推动技术开发，并藉此创造有趣的商业机会，最终为日常生活创造更高的价值。

消费性电子产品的电源供应效能

不论是在运行或待机模式下，全球而言，笔记本电脑、台式机等消费电子产品的电源供应单元都浪费了大量能源。

为解决这项问题，全球许多国家和地区都立法要求交流电源的功率模块必须随时维持高效运作，包括在待机时的低功耗模式下；此外还禁止使用传统变压器。要成本经济地达成上述节能目标，必须采用特殊技术，在运行模式中纳入智能功能，并从根本上提高定制化电源装置的能效。

恩智浦的GreenChip系列产品即是成功范例，不但符合能源之星（Energy Star。能源之星是一项主要针对消费性电子产品的国际性能源节约计划，1992年首先由美国政府推出，之后澳大利亚、加拿大、日本、新西兰、中国台湾、欧洲等地亦加入该计划）的规范，还减少了二分之一的电源供应损耗。我们结合了优化的架构与设计，并搭配特殊的半导体技术，从全功率到待机模式，都一样具备节能效果。摩尔定律应用的特点，就是将众多功能整合至单一 IC，不过在此并不适用。我们采用了不同的 IC 技术，以达成优化的整体性能：在主要控制器与功率因素校正上整合高压装置，与这些装置的接口采用高密度、高速、低电压控制智能接口。最后我们在输出控制器采用低至中压技术，以在二级高压电流的状况下控制同步整流器。恩智浦独特的技术解决方案，具备有史以来最出色的变压效率，远超过全球立法规范标准。

照明

由白炽灯转换为荧光灯 (CFL) 或灯管 (TL)，最高可节省 80% 的照明电力。目前已有部分有远见的国家打算全面禁止销售白炽灯。

传统的CFL 与 TL 的驱动电子使用分立的电源元件，不过目前面临这采用整合式解决方案的压力。对专业市场而言，效率与成本无疑是必要条件，不过各种设备需要智能控制功能，链接环境照明与空间检测，因此无线通信与控制成为重要因素。在低成本的 CFL 市场，IC 技术对于减少浪费、缩小体积，以及延长使用寿命而言，无疑具有相当大的吸引力。IC 驱动器也可以提供强化功能，例如发光相位控制、频率控制、PFC，并兼容传统的相位中断式调光器控制。恩智浦的CFL驱动器采用高电压 SOI（绝缘体硅芯片）技术制造，2个电源晶体管采用半桥式装置。这种技术可以简化设计，缩短上市时间，因此更容易整合复杂的管理电路和电源控制，而不必担心闩锁效应的风险。

LED照明解决方案具有体积小、电压适应力强、节省能源、可控制色彩与亮度，以及使用寿命长等特点。LED 照明成本低，并采用了高度整合的驱动器电子，因此有望广泛投入使用。

LED 灯与白帜灯的能效收益相近，但运行电压相对较低，因此可提供更有效的交流/直流转换，并具有输出与色彩平衡控制等功能。

目前市面上已有透过标准 TRIAC 调光调整亮度的LED产品。LED 驱动器与控制器的进一步发展，旨在继续降低能耗，减少发热以缩小产品体积，以及PFC（调整 25W 以上的谐波失真）。

恩智浦其他成功的应用领域，包括移动应用的 LED 闪光灯、液晶电视的 LED 背光调光技术，可大幅节省超过 50%能源。

智能汽车钥匙

如今的汽车钥匙具有自动锁死功能，并可通过单向通信进行远程接入。根据最新的开发成果，汽车钥匙已成为结合众多功能与特色的系统。车主可通过钥匙配备的LED，或是显示器以及双向通信功能，只要在操作范围内，就可以于远程检查车辆状态，例如上锁或未上锁。

钥匙的标准化接口采用近距离无线通信(Near-Field Communication; NFC)技术，可实现多种功能。举例来说，汽车位置、油量，或是胎压，都可显示在NFC手机上。如果手机包含 GPS 接收器，甚至可以帮助车主找到汽车。同样的标准化接口，也可增加安全元素（例如恩智浦 SmartMX），利用汽车钥匙进行付款。

汽车钥匙功能的扩展功能不胜枚举，可通过智能整合成熟的 CMOS、高电压、模拟、射频、MEMS、先进封装等现有技术而合实现。

冷链：食品安全与保存

全球每年浪费的易腐性产品，总金额高达 350 亿美元，其中包括食物、饮料、鲜花、药品、疫苗、血液以及化学品。

所谓的冷链，是指这类产品从生产、运输、储存到抵达消费者的供应链，全程冷藏处理并进行控制。

通过在产品上使用智能标记，可以避免许多的浪费。产品与容器上的 RFID 标签包含温度、湿度、O2/CO2 浓度、酸碱值，光线强度等各种传感器，若能实时监控这些数值，就可以在偏离安全值时启动警告。如果能早点发现产品快到保质期，就可以确保产品安全，避免浪费。智能标签使物流更符合成本效益，也减少了储存空间。

近距离无线通信 (Near-Field Communication; NFC)

NFC技术近年来逐渐引人注目，有越来越多的机构例如银行、交通运输业者以及手机制造商，都希望在自己的业务中引入这项技术。

不过由于业界尚未建立统一的标准，NFC在手机制造商与移动运营商中的规模应用尚待时日。

恩智浦是NFC的共同发明者，我们一直处在推动标准发展的前沿，并努力构建业界生态系统，以带动标准的发展，推动应用扩展。社会日趋复杂，消费者需要具备多重功能的设备协助简化生活。基于这一认识，恩智浦因此最近推出了首款标准化芯片，刺激市场发展。[!--empirenews.page--]

该新芯片使SIM卡成为 NFC 设备的核心部件，确保非接触式交易的安全，并承载 NFC 应用，以解决部分阻碍 NFC 发展的问题。不过恩智浦并不认为 NFC 的应用仅限于手机，因此我们与重要的 OEM 厂商合作，要将这项技术整合至笔记本电脑以及数字相框等更多不同的设备，以改进各种媒体的端到端（P2P）分享。

虽然 NFC 至今仍未成为主流技术，不过接下来的 12 个月，将是 NFC大展身手，发挥潜力的关键时刻。

医疗应用的超低功耗技术

医疗电子是半导体发展最快速的领域之一。恩智浦的超低功率解决方案基于磁感应无线电技术及 CoolFlux DSP，可支持最新的助听器产品。我们的芯片支持最高可达 298 kbps的数据速率，并具备双向通讯功能，支持立体声音频流和双耳处理等新型应用。集线器的使用可为MP3 播放器或移动电话配备无线连接功能，轻松与助听器连接。此外，相较于射频信号，短距离（50厘米以下）的磁感应无线电信号可节省更多能源；穿越身体组织时，信号强度的降幅也相当有限。磁感应无线电信号与人体组织的互相作用也远低于传统的射频讯号，因此可降低组织损伤的风险。

其他超低功耗医疗应用，包括监控生命功能的体内传感器、神经刺激与疼痛管理应用设备，以及心律管理设备。以上都是新摩尔定律技术提升生活质量，而不只是加快生活速度的成功典范。

智能电表

过去十年间，用于计量家用电力、煤气、水力及暖气的电机式设备，已逐渐更换为全数字电子仪表。这类仪表多半具有通信功能，可连接至自动读表 (AMR) 或先进读表基础建设 (AMI) 网络等所谓的智能计量网络。

这一市场的主要推动力是电表应用。AMR/AMI 可帮助电力供应商降低帐务成本，并能更有效的管理电网尖峰负载；这是影响电力行业成本与容量的关键因素。

目前市场对电子煤气表、水表及暖气表的需求已经开始成长。政府之所以推动智能仪表的应用，是因为消费者可因此更了解他们的能源消耗模式，这在降低能耗方面已经显现效果。此外，更好利用现有发电容量还可减少二氧化碳排放。

未来几年，智能仪表将发展为建筑控制的家庭网关，连接所有室内仪表（包括煤气表、水表、暖气表及电表），并可通过双向通信功能，提供保安或警报服务。

恩智浦正为这一不断成长的市场提供关键的半导体元件，包括专用的电子仪表微控制器、实时时钟、显示驱动器，以及逻辑 IC与分立器件等标准产品；恩智浦还为预付费电子仪表解决方案，以及短距无线通信的 IMS 波段收发器提供接触式与非接触式读卡器 IC。

车载信息通信系统

智能交通系统可大幅改善流动性，减少交通阻塞，并为可持续性发展做出贡献。欧洲在道路收费与税务系统的采用上意愿强烈。

政府的营收预期十分可观，特别是在目前经济状况下。道路收费基础设施建设，也可用于解决流动性与环保驾驶的挑战。

安全要求日渐增加，因此也需要更快速的应急反应。欧洲紧急呼叫中心 (The European Emergency Call; eCall) 是欧洲政府著名的创新方案，要求欧盟地区销售的所有车辆，都必须安装 eCall 功能。这些进展需要低成本的车用信息通信解决方案。为最大限度降低系统成本，需要采用全新的微型架构。恩智浦为应对这一需求，设计了第一代车用单元平台，称为ATOP 2.5G。这是一种多核心的交钥匙解决方案，应用于车载信息通信应用，结合了 GSM/GPRS、GPS、SRAM 、闪存、基于ARM7并支持 CAN、USB及多重序列的处理器间总线的微控制器供、符合银行标准（Bank Standards）安全级别的安全控制器 SmartMX，以及 NFC 标准的 RFID 接口。所有这些均集成在一个BGA 封装中，面积为 31x31毫米，高度则不到3毫米。

该器件不论是成本、尺寸、车内连接性还是能耗，都进行了优化。它配备了完全整合的标准软件，确保通过 GSM 认证，符合汽车行业标准与政府的质量的要求。

基站

移动通信是人类的基本需求，人们需要随时随地进行沟通。手机的惊人增长即是证明，手机并不仅仅应用于通话，手机上网也愈演愈热。这一成长与全球无线基础建设的快速扩张相辅相成。基站必须提升传输至客户的数据流容量（蜂窝容量）。这就要求3G与4G系统进行更复杂的信号调制，而这需要更高的输出功率。

能源消耗与二氧化碳排放不断困扰整个社会，因此基站也必须提升能源效率。不过这与上述更复杂的信号调制以及因此带来的更高输出功率的趋势互相冲突。

为满足这种冲突性需求，恩智浦正在开发应用于基站射频区的元件，覆盖数据转换器（DAC 与 ADC）、使用小型信号区块（混波器、LNA、VGA …）、射频功率晶体管等。恩智浦应用于功率放大器的RF-LDMOS技术，可为3G、LTE 以及 4G 等先进的复杂信号调制应用提供最优异的性能，并拥有最出色的能效。恩智浦还将推出 GaN 技术，进一步实现更卓越的性能。

此外，恩智浦正投资研发功率放大器架构，以进一步降低能耗。例如，恩智浦即将推出一种集成的先进放大器——集成的Doherty，这将是RF功率领域首款同类产品。

长远来看，随着互联网与手机电视点播等对带宽需求较高的应用的发展，基站的蜂窝容量将继续大幅提升。这将要求相位阵列基站等更先进的系统。恩智浦正在研究高性能构建模块，以打造此类基站。恩智浦坐拥所有相关的先进技术，势必在未来基站领域扮演领导者角色。