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  • 微电子所提出基于忆阻器的人工感受神经系统的具体方案

    当前，人类社会正由信息化向智能化演进。智能化社会需要高效智能的信息感知系统对感知到的巨量信息进行有效甄别、处理和决策，并对重复无意义的信息进行有效过滤。因此，基于生物感受神经系统的功能特性构建具备生物现实性的高效智能信息感知系统将成为一个重要发展趋势。 近日，中科院微电子所微电子重点实验室刘明院士团队构建提出了基于忆阻器具备习惯化特性的人工感受神经系统的实现方案，并利用习惯化这一生物学习规则构建了可应用于机器人自主巡航避障的习惯化脉冲神经网络。 研究团队基于Mott忆阻器和传感器构建了感受神经元，该神经元能够感知外界的模拟信号并转化成实时的动态脉冲信号，实现了对外界信号进行感知并传输的基本功能。感受神经元进一步通过突触器件与中继神经元相连接构建了习惯化感知系统。 该突触器件具有连续刺激下权值的习惯化演进趋势，进而影响感受神经元信号向中继神经元传输的效率，使中继神经元的输出呈现频率下降特性(即习惯化特性，如图a所示)。基于这一习惯化特性，团队进一步构建习惯化脉冲神经网络用于实现机器人避障功能。 测试结果显示，基于习惯化的学习规则所构建的所示忆阻器基人工感受神经系统能够有效提升机器人的避障效率。 该习惯化感受神经系统还可通过不同的传感器应用于不同的感知系统，如嗅觉、味觉、视觉、听觉等。通过实现生物现实的感知系统，有望实现更具生物智能的终端系统。 a、忆阻器基习惯化感受神经系统示意图及系统响应特性。b、忆阻器基习惯化脉冲神经网络在提升实现机器人避障效率上的验证

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  • 汽车CMOS芯片，百亿美元大市场

    今年8月，华为旗下投资公司哈勃科技投资有限公司宣布投资参股安防领域CMOS图像传感器隐形冠军—思特威(SmartSens)。这家成立于2011年的国内CMOS图像传感器芯片设计公司，避开了传统巨头垄断的手机市场，转而切入安防市场并快速占据市场领先位置。 就在华为宣布投资的几乎同一时间，思特威首次推出首款车规级图像传感器产品，同时亮相的还有面向智能交通监控的产品。如今，思特威再次宣布推出一款面向舱内应用(包括DMS)的车规级图像传感器产品，意味着这家华为系公司全面进军汽车行业。 一、百亿美元大市场 3年前，CMOS传感器刚刚经历一轮全球需求的爆发增长期，智能手机及其他移动终端、安放监控行业是主要的推动力。 如今，随着智能手机、传统安防监控领域步入低速增长期，CMOS图像传感器需要寻找一个新的高速增长行业。 目前，在全球汽车市场，安森美、索尼、三星、豪威占据市场主要份额。数据显示，去年全球汽车图像传感器约10亿美元市场。 按照未来三年车载摄像头配置数量变化(车内新增1-3颗、车外从之前的5颗逐步增加了8-12颗)，市场将持续受益智能化渗透率提升。 此外，高阶产品需求开始出现，从传统的100-200万像素逐步提升至500-800像素。而自动驾驶系统对于摄像头要求更加复杂，性能更高。 不过，相比于其他领域，汽车是一个极具挑战性的市场，对于企业来说，没有失败的空间。 作为思特威AT系列首颗车规级图像传感器产品，SC100AT具有高达140dB的超高动态范围，以极其出色的高品质明暗细节成像应对车内/外的强烈光线变化。 此外，SC100AT通过搭载思特威特有的PixGain HDR技术可实现出色的无拖尾成像，而低至0.58e-的读出噪声，更使其能够在低光照环境下输出清晰、细腻的夜视影像画面。 而此次新推出的适用于DMS系统的SC133GS CMOS 130万像素CMOS传感器，在低光驾驶环境下，超高灵敏度(QE @ 940 nm > 40%)能够读取近红外光。 结合120 fps帧速率和单帧HDR技术，提供实时图像清晰可见明暗细节，准确地捕捉最细微变化。 与此同时，思特威还在今年6月发布其专有的LED闪烁抑制(LFS)技术，帮助CMOS图像传感器有效减轻LED闪烁带来的危险，以支持ADAS及自动驾驶的特殊要求。 相比于其他同行已经推出的类似解决方案，思特威选择了一种更独特的方法，基于专有的QCell技术增加了传感器的灵敏度和动态范围，以适应昏暗或波动的照明场景。 为了强化汽车业务，思特威还在今年6月宣布收购位于深圳的Allchip Microelectronics(安芯微)，后者是一家专门为汽车应用提供CMOS图像传感器的公司。 思特威看中的是，到2025年，全球汽车市场摄像头模块将超过100亿美元的庞大市场。 二、智能化的基础 无论是镜头、模组还是CMOS，相比于车外ADAS的高性能(功能安全)要求应用，舱内DMS等应用要求相对较低，但同样对成本、尺寸、功耗等等有更高的要求。 比如，豪威在今年推出的全球首款汽车晶圆级摄像头CMOS传感器OVM9284，尺寸为6.5 x 6.5毫米，功耗比平均水平低50%以上。 OVM9284基于豪威公司的OmniPixel 3-GS全球快门像素架构，能在940nm波长下提供量子效率，在接近或完全黑暗的情况下可以获得最高质量图像。 集成的全视图像传感器(图像传感器、信号处理器和晶片级光学器件)，有3微米像素和0.25英寸光学格式，分辨率为1280 x 800。 这款计划在今年底量产的芯片级摄像头，规避了传统舱内摄像头尺寸过大的弊端，方便汽车制造商和DMS方案商更灵活选择安装位置以及与座舱其他组件的集成。 “DMS可能是ADAS之后的下一个增长市场，因为驾驶员分心正成为一个主要问题，相应的监管和法规也在陆续推出。”行业人士表示，这几年产业链上下游企业都在不断加码。 与此同时，摄像头也在成为智能化的重要元素。同时，视觉感知仍是adas及自动驾驶的重心所在。 以手机为例，2017年苹果在iPhone的发布会上，约有10%的时间“推广”摄像头;去年，时间占比接近50%，而不是其他手机功能。 如今，在汽车行业也是如此。搭载摄像头的数量，以及摄像头的像素也在成为新车智能化营销的重点之一。 不过，对于思特威来说，汽车前装导入周期较长，考虑到华为的投资入股，以及其在智能汽车领域进入量产阶段，后续想象空间不小。 此前，因为美国的出口禁令，使得索尼暂停了对华为手机的CMOS传感器出货。这意味着，在汽车行业，华为同样在通过投资参股的方式，扶持自有供应链体系。而持续的资本加持，正在加快思特威进军第二个“安防”市场。 随着车载摄像头搭载数量的快速增加，不仅使核心CMOS芯片性能要求增高，更加速了细分市场的竞争程度。

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  • 三星寻求强化与ASML合作，加速3nm芯片制程工艺研发

    近日，据外媒报道，在芯片制程工艺方面一直落后于台积电的三星电子，目前正在寻求加强与极紫外光刻机供应商ASML的合作，以加速5nm和3nm制程的研发。 2015年，由于苹果合同A9 芯片在 iPhone 6s的生存能力低于台积电制造的芯片，三星一直无法获得苹果A系列处理器的合同订单，苹果订单已移交给台积电。 尽管失去了苹果订单的三星仍收到高通等公司的订单，但三星在芯片加工处理方面也落后于台积电一段时间。台积电是第一个在同一过程中大规模投入生产的公司。 来自国外媒体的最新报道显示，在芯片加工技术上落后于台积电一段时间的三星被用来加速5nm和3nm工艺的研究和开发。 很难说三星能否超过台积电，加速5nm和3nm工艺的发展。 作为芯片加工工艺的领先制造商，台积电的5nm工艺于今年第一季度大规模投入生产，第三季度的收入约为10亿美元，预计第四季度将超过26亿美元。 在更先进的3nm工艺方面，台积电也在按计划推进，计划在2021年进行风险试产，在2022年进行大规模生产。 此外，台积电与世界上唯一的极端紫外光刻机供应商阿斯麦密切合作，他们获得了大量的极端紫外线光刻机。 在8月份的全球技术论坛上，台积电透露，世界上目前使用的极端紫外光刻机中约有一半，生产能力预计将占世界总量的60%。

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  • 聚焦ICT技术，华为帮助车企“造好”车、造“好车”

    汽车是工业的集大成者，挑战高利润大。吸引了很多业内业外的行业巨头纷纷想要加入造车队伍。通信电子以及互联网领域的巨头们都想在汽车行业分杯羹，索尼就为推销他们的汽车电子产品而专门造了一辆样车，谷歌、阿里、百度琢磨车机系统，LG更深入，直接造核心部件，动力电池。 当然，华为也杀进来了，车轮上的华为开始加速 华为有一个著名的压强战略，任正非曾用坦克和钉子来比喻：几十吨重的坦克能够在沙漠中突击，是因为它采用了面积比轮胎大得多的履带，由此使单位面积的承重减小不至于陷下去;而钉子虽轻，却能穿透硬物，在于极细的顶部拥有更强的压强。 压强战略在企业管理中的意义是，集中力量对准业务的城墙口，以达到力出一孔，利出一孔。 那么，专注ICT行业的华为杀进汽车领域是不是违背压强战略了?并不是，华为在汽车领域也是有所为有所不为，它要做的是把自己原有的能力整合到汽车行业。 华为的策略是聚焦ICT技术，在智能座舱、智能网联、智能驾驶、智能车云服务、智能电动等领域为车企提供智能网联电动汽车的增量部件，帮助车企“造好”车、造“好车”。 这正符合汽车加速智能化的趋势。用华为轮值董事长徐直军的话讲：“所有传统汽车涉及的部件，华为都不做;传统汽车走向智能网联电动车过程中，车辆所需要的部件和能力才是华为的主攻方向。” 并且，从去年开始，华为的汽车业务也开始执行压强战略。转折点是，去年5月底，华为成立智能汽车解决方案BU，汽车业务上升到集团战略层面。目前，该BU已经有4000多人的团队，仅今年内的投入就会达5亿美金，短期内不考虑盈利。 上个月北京车展前夕，华为专门开了一场智能汽车解决方案生态论坛，介绍汽车相关的战略和产品;在北京车展，华为在整车馆租了展台;车轮上的华为在加速。 华为的汽车布局：深淘滩，广撒网 华为智能汽车解决方案BU在组织上大致分为五个部门，智能座舱部门、智能网联部门、智能驾驶部门、智能车云服务部门和智能电动部门。 1、智能座舱部门的关键词是鸿蒙车机系统、鸿蒙车域生态、智能硬件。按照华为的说法，鸿蒙系统是一个面向全场景的分布式操作系统，它的两大特点就是全场景和分布式。 全场景指，鸿蒙系统可以运用在手机、平板、IOT等产品以及车机之中;分布式指运用鸿蒙系统的各设备之间可以互相调用硬件能力;打个比方，进入车内，手机播放的视频可以选择直接在车机屏幕上无缝切换，手机可以控制汽车内的音响，车机可以操控家里的智能家居设备，这样以来，各种设备之间就可以无感连接。 目前，华为的手机和PC已经能够实现分布式能力，华为手机的整个界面可以在华为PC上显示，设备联通后，在华为PC上就能操控手机，包括打电话。 不过，鸿蒙系统还未完全成型，鸿蒙车机系统也还在测试阶段。近期消费者真正能用到的是类似Apple CarPlay的华为HiCar轻量级系统，包括沃尔沃、比亚迪已经把华为HiCar作为一个产品卖点。 在华为上海全球旗舰店，摆放的一辆沃尔沃XC90就是用来演示HiCar的。上个月的华为开发者大会上，华为消费者BG CEO余承东表示，华为HiCar已经与超过20家汽车制造厂商、150多款车型进行了合作，合作应用超过30款，目标2021年超过500万台车预装华为HiCar。 鸿蒙车域生态好理解，就是鸿蒙在汽车领域的生态。华为的目标是，把手机的生态搬到汽车里，解决目前汽车可用APP服务欠缺的问题。 华为在北京车展已经发布了部分智能硬件，包括车载智慧屏、AR HUD等。 车载智慧屏就是华为版的汽车中控屏，目前还不知道具体的产品特点，据说不久后华为的一场发布会会详细介绍。你可能会问，AR HUD这东西跟华为之前的技术有关系吗?有的，毕竟华为都有AR眼镜的产品，这里面肯定有共通的技术，华为的AR HUD预计在2023年装车。 华为在智能座舱领域的目标是做到汽车生命周期内，可实现硬件即插即用、软件持续升级，保证用户座舱系统体验的平滑演进。 2、智能网联部门的产品包括4G/5G车载移动通信模组/T-Box、车路协同C-V2X芯片等，比如，刚刚上市的北汽新能源 ARCFOX αT就搭载了华为5G模组MH5000。 3、智能驾驶部门业务包含MDC智能驾驶计算平台、传感器两条产品线以及ADAS自动驾驶解决方案。MDC智能驾驶计算平台这条线，与英伟达、Mobileye的产品存在竞争关系。 华为的MDC主体由人工智能芯片NPU和通用计算芯片CPU组成，支撑汽车的计算和控制。不过，华为提供的MDC主要是支持车企实现自动驾驶，而自动驾驶更多就是以人工智能推理计算为主，把摄像头、激光雷达，毫米波雷达感知到的信息进行处理，然后进行推理，再向四个轮子发出指令。 华为的思路是，虽然自家的MDC完全可以满足整车的计算推理需求，但基于安全性的考虑，会设置三个域控制器，同时也有三个操作系统匹配，分别是鸿蒙车机系统、自动驾驶操作系统AOS、智能车控操作系统VOS，以支持座舱系统、MDC、车辆动态控制系统的安全冗余，互为备份。 上个月，华为发布了最新的MDC 210和MDC 610，分别提供48 TOPS、160 TOPS的算力，支持L2+、L3-L4级别的自动驾驶。之前，华为也已经有了MDC 300和MDC 600两款产品，目前MDC有四款产品，覆盖各种需求。 其中，MDC 600早在2018年就发布了，集成8颗华为昇腾310人工智能芯片，算力高达352 TOPS，支持L4级别自动驾驶;产品发布之时，华为与奥迪就公布了合作计划，奥迪Q7用MDC 600的高阶版本进行自动驾驶的道路测试。 非常具有前瞻性的是，MDC系列产品，物理尺寸保持一致，在智能汽车的生命周期里，可支持计算平台的平滑替代升级。 目前，华为MDC产品已经有50多个合作伙伴。比如，使用华为的MDC产品，Momenta、禾多科技在乘用车领域打造了HWP、AVP等高级别自动驾驶解决方案;希迪智驾，在商用车领域打造了智能重卡解决方案，新石器打造了无人配送解决方案;在作业车领域，元戎启行打造了港口集卡解决方案，慧拓打造了无人矿卡解决方案。 传感器这条线，华为有前视双目摄像头、超级鱼眼摄像头、毫米波雷达以及激光雷达。激光雷达方面，2021年底，华为第一代激光雷达将量产，到2024年，第二代华为激光雷达将量产，为全固态。 激光雷达量产之时，华为将把目前昂贵的激光雷达成本降至几百乃至一百美金。其实，传感器也是华为已有技术的拓展，毫米波雷达用到的技术与华为的5G毫米波技术同源。此外，这个部门也负责向主机厂提供整体的ADAS自动驾驶解决方案。 华为今年的目标是在城市道路上做到测试车辆自动驾驶1000公里无干预，力争2022年初将相关部件、系统正式装车。 4、智能车云服务。9月份，华为在智能汽车解决方案生态论坛发布了华为智能车云服务2.0，聚焦自动驾驶、高精地图、电池安全、OTA、V2X，包括四大子服务，自动驾驶云服务、高精地图云服务、车联网云服务和V2X云服务。 自动驾驶云服务帮助客户构建一站式自动驾驶数据驱动的闭环方案;车联网云服务包含三电云服务、OTA和智能增值服务等服务能力;高精地图云服务将打造高精度动态地图聚合平台;V2X云服务通过全新发布的云控平台为丰富的V2X业务场景赋能，构建智能网联云端大脑。 各项服务不再分别进行具体讲解。举两个例子，据华为介绍，八爪鱼自动驾驶云服务，提供数据服务、训练服务、仿真服务，三大服务贯穿自动驾驶开发、测试及商用优化的全生命周期，形成了以数据为驱动的自动驾驶闭环方案。 而三电云服务能力是华为基于基站、手机等电池领域积累，结合云计算、AI、大数据等技术推出，可以实现车辆状态云端可视、电池故障预警、热失控防控、电池健康状态精准评估、电池剩余寿命精准预测以及电池控制策略优化。 5、智能电动部门。不久前，华为在广州成立了华为电动技术有限公司，应该是三电部门的法人主体，但华为智能电动相关业务只有就已经有了。北京车展期间，华为展示了mPower整体解决方案，包括三合一电驱动系统、多合一电驱动系统、电池管理系统、车载充电系统模块等，某些产品已经运用在运营商充电站中。 很有看点的是华为的多合一电驱动系统DriveOne，号称业界首款超融合电驱系统，其集成了电动机、减速器、BCU(电池控制单元)、PDU(动力驱动单元)、DCDC(驱动电源单元)、MCU(微控制单元)、OBC(车载充电器)七大部件，做到了小巧紧凑，120千瓦(192马力)版仅重65公斤。包括比亚迪在内的主机厂已经在搭车测试，明年量产。 不造车的华为，可再造一个博世 连电机都做，可见华为涉水之深，难怪业界多次传出华为会造整车的传闻，但华为多次予以否定。徐直军之前解释：“未来汽车价值的构成70%不会发生在传统的车身、底盘等部件，而是在自动驾驶的软硬件、以及计算和连接等技术上。”换言之，从产业价值角度来看，华为没必要造车。 确实，华为不做整车，而为所有整车厂提供方案，从硬件、到软件，从底层的芯片、操作系统系统，到上层的系统模组、整体解决方案，从智能座舱系统、到智能驾驶系统、再到电驱电控系统、云服务等等，产品几乎囊括所有智能网联汽车的增量部分，丰富得不能再丰富。 放弃高成本、竞争激烈的整车行业，变为整车厂的供应商，华为既擅长又风险小、且每年足够有300-500亿美元的市场空间，假如顺利，华为将成为一个“新博世”。 从To B行业，跳到To C行业，成功的鲜有，但华为仍然实现了在消费电子领域从默默无闻到世界顶级的蜕变。

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  • 为什么晶体管在电路中常被用做开关？

    晶体管可以用作开关和放大器，并且在电路中起到很大的作用。那么我们如何连接晶体管，才能使其用作电路中的开关? 首先，为什么晶体管在电路中被用作开关? 有很多不同种类的开关，以下陈列的是各种开关：按钮开关，翘板开关，滑动开关，DIP开关，按键开关，拨动开关，刀开关，它们的功能与晶体管相同，它们在电路中连接到开关输出侧的负载，下面的电路使用单刀开关来打开或关闭负载(LED)。 如果以上这些开关具有相同的用途，那么为什么晶体管经常被用作电路中的开关呢? 原因是晶体管是电气开关。 与上面的机械开关不同，晶体管通过电流来导通或截止。机械开关，例如单刀开关，按钮开关，需要人工进行开关。但是，晶体管的开启和关闭不是通过人为干预，而是通过电流来控制。 两者都有自己的用途。机械开关通常在电子电路的外部使用，在这种情况下，人们需要控制各种功能，例如用于打开或关闭设备的ON-OFF开关，音量控制等。 当我们只想通过晶体管的通断状态来接通或关断器件时，就使用晶体管。作为晶体管完美地用作电气开关的主要示例，我们将在下面介绍。 如何将晶体管作为电路中的开关进行连接? 现在我们知道了为什么将晶体管用作开关，现在我们讨论如何连接晶体管以在电路中用作开关。 晶体管是三引脚器件，由双极结型晶体管(BJT)的基极，集电极和发射极组成。发射极是第一引脚，基极是中间引脚，集电极是第三引脚。 为了将晶体管作为电路中的开关连接，我们将将晶体管导通的设备的输出连接到晶体管的基极。发射极将连接到电路的接地端。集电极将连接到晶体管将导通的负载和电路的电源电压。 该电路中有几个不同的部分。检测运动的部分是PIR运动传感器。当此传感器检测到运动时，它将运动能量转换为电流。许多电子设备都这样做。它们将机械转换为电流。PIR运动传感器可以做到这一点。一旦检测到运动，便将电流输出到其引脚3的输出引脚。由于此输出为电流，因此可用于导通晶体管。 由于PIR运动传感器输出电流，并且晶体管是开关，因此它是与晶体管工作的理想开关。机械开关是人需要按下操作时使用的开关，晶体管是电流接通时的开关。因此，当我们希望电流控制电路中开关的状态时，可以使用晶体管。 当PIR传感器未检测到运动时，它不输出电流，因此晶体管不会导通。当晶体管的基极没有接收到足够的电流时，没有电流可以从发射极流到集电极为负载供电，在这种情况下，负载是电动机。 即使晶体管的集电极需要正电压(对于NPN晶体管)才能工作，它也不会仅仅因为有电压而导通。这是因为当晶体管没有接收到足够的基极电压时，它会充当开路。当晶体管开路时，没有电流可以流到地。因此，提供给直流电动机的+ 9V直流电压没有电势。电动机两端的电压均为+ 9V。只有当晶体管导通并且电流可以流到地时，才有确定的电位。 当运动检测器检测到运动时，它会从其输出引脚输出电流到晶体管的基极。该电流使晶体管导通，因此晶体管现在可以为其负载(即电动机)供电。在该电路中，晶体管充当开关和放大器。如果使用PNP晶体管，则将负电压提供给集电极。

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  • 英特尔在芯片业的制造难题无法轻易解决？

    在英特尔最近公布的2020财年第三季度业绩报告中显示，英特尔当季营收183.3亿美元，净利润为42.8亿美元。而台媒MoneyDJ援引MarketWatch的消息称，英特尔未对转型计划过多解释。 不过有分析人士称，英特尔的经营困境恐怕才刚开始，甚至美国银行分析师Vivek Arya认为，英特尔遇到的制造难题恐怕无法轻易解决，尤其是在高度竞争的芯片业。 原因在于，英特尔的庞大规模恐怕会让该公司在寻找晶圆代工伙伴时遭遇挑战。 Vivek Arya说，英特尔究竟要部份还是完全转型为IC设计商，目前仍不清楚。现在也不知道晶圆代工厂是否还有多余产能为英特尔制造晶体管，或愿不愿意在短时间内帮助竞争对手，待后者改善内部制程后撤单，最终留下一座空荡荡的晶圆厂。 另外，Jefferies分析师Mark Lipacis发表研究报告指出，若台积电同意在英特尔积极追赶时、以先进制程为英特尔打造CPU，那么台积电等于是在帮英特尔翻身，最终拱手让出AMD及Nvidia这两个高成长客户的订单。 从战略的角度来看，Mark Lipacis相信只有在英特尔放弃打造先进制程晶体管的前提下，台积电才会为英特尔代工CPU。 英特尔首席执行官鲍勃•斯旺针对延迟上市的7nm芯片指出，公司将在2021年初决定是采用自己的技术还是交由第三方代工生产7纳米芯片。

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  • 比亚迪半导体车规级MCU装车量实现重大突破

    近日在北京举行的第十六届北京国际汽车展览会零部件展中，比亚迪半导体携车用功率器件、智能控制IC、智能传感器、智能车载等多种技术和产品参展，全面呈现其在车规级芯片产品和技术上的强大研发实力及快速迭代能力，再次彰显其在电动车领域的领先地位。 早在2007年，比亚迪半导体就进入了MCU领域，从工业级MCU开始，坚持性能与可靠性的双重路线，发展到现在拥有工业级通用MCU芯片、工业级三合一MCU芯片、车规级8位MCU芯片、车规级32位MCU芯片以及电池管理MCU芯片等系列产品。截至目前，比亚迪半导体车规级MCU已经装车突破500万颗，工业级MCU累计出货超20亿颗，实现了国产MCU在市场上的重大突破。 自研车规级MCU全面覆盖 值得注意的是，在比亚迪半导体发布的汽车半导体产品官宣视频中，有一个小器件的身影——自主研发的MCU。MCU即微控制单元，是将CPU、存储器都集成在同一块芯片上，形成芯片级计算机，可为不同应用场景实施不同控制，可应用于电控系统、电池管理系统、充电逆变系统、整车热管理系统、ADAS、车身及其他附件。 MCU广泛应用于汽车的不同系统中 比亚迪半导体MCU芯片，在今年发布的高端旗舰车型比亚迪“汉”的前大灯、后尾灯、室内灯、空调控制面板以及后视镜控制等诸多应用场景中，均扮演了十分关键的角色，每一个功能实现的背后都离不开复杂芯片组的支撑。得益于自研MCU芯片的强大实力，比亚迪电动车的超凡智能化性能得以落地并具备持续迭代升级的能力。 MCU助力汽车智能化 作为汽车电子系统内部运算和处理的核心，MCU是实现汽车智能化的关键。据iSuppli报告显示，一辆汽车中所使用的半导体器件数量中，MCU芯片约占30%。这意味着每辆车至少需要使用70颗以上的MCU芯片。随着汽车不断向智能化演进，MCU的需求增长也将越来越快。 不断升级车规级MCU，引领电动车智能化发展 近几十年来，国内 MCU多集中在消费类领域。公开数据显示，中国车规级MCU市场占全球份额超过30%，但却基本100%依赖于进口。在过去很长的一段时间内，车规级MCU技术都掌握在国际巨头的手中，为国外厂商垄断，国产替代空间巨大。随着比亚迪半导体的入局和突破，逐步打开了国产工控和汽车级MCU芯片的大门。 相比消费电子领域，尤其是在汽车领域，车规级芯片存在研发周期长、设计门槛高、资金投入大和认证周期长等特点。做车规级MCU的难点，在于车载产品要求做到零失效，品质达到AEC-Q100 Grade 1，使用周期 15到20 年，技术难度远远大于消费电子类芯片。此外，车规级MCU仅仅是单个产品的资金投入就高达几千万甚至上亿人民币。因此，只有具备丰富芯片设计经验、全面产品质量管控、充足人力物力的公司，才有可能研发出满足汽车正常运行需求的MCU芯片。这也使得国内很多厂商对车规级MCU望而却步。 结合多年工业级MCU的技术和制造实力，比亚迪半导体实现了从工业级MCU到车规级MCU的高难度跨级别业务延伸，在2018年成功推出第一代8位车规级MCU芯片，2019年推出第一代32位车规级MCU芯片，批量装载在比亚迪全系列车型上，已累计装车超500万颗，标志着国产车规级MCU在市场上迈出了一大步。 比亚迪半导体还将推出应用范围更广、技术持续领先的车规级多核高性能MCU芯片。

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  • 国产云端AI芯片落脚的难点与机会

    数据中心在数字化、信息化推动社会和产业发生了巨大变革的过程中充当了重要的角色，随着人工智能在各行业的渗透，以及庞大应用场景使AI模式越加复杂，而其中数据中心的计算能力需要更高的要求与发展，而算力的核心就是芯片。 正是基于这个原因，近年来全球涌现出不少致力于AI芯片开发的企业，燧原科技就是其中之一。在成立之初，公司就瞄准了云端训练芯片市场缺口，并提出了“做大芯片，拼硬科技”的目标。 在这种愿景的驱动下，从2018年3月成立至今的短短2年半时间内，燧原科技就陆续发布了云端AI训练芯片“邃思DTU”、搭载该芯片的AI加速卡“云燧T10”以及基于OCP加速模组OAM的“云燧T11”。2020年9月，燧原科技再次迎来了里程碑式的突破——其第一代人工智能训练加速卡云燧T10和由其组成的多卡分布式训练集群已在云数据中心落地，正式进入商用阶段。 近日，燧原科技携“云燧T10/T11” 首次亮相第三届全球IC企业家大会暨第十八届中国国际半导体博览会(IC China 2020)，在本次大会期间，燧原科技的负责人和相关专家为我们介绍了AI芯片实现商用的过程中存在着诸多挑战，以及燧原科技作为一家初创企业又是怎样完成了云端AI大芯片的迅速商用化落地。 一、AI大芯片落地的难点 众所周知，新场景对算力的需求，使得AI芯片在设计、制造和封测等方面进行了升级，由此也促生了很多新技术，这不仅为大量初创企业带来了发展机会，也同样为他们带来了诸多的挑战。以芯片设计为例，设计企业需要在架构、IP、SoC等方面进行创新。而芯片越大，则意味着整个芯片设计难度也会呈指数级上升，这为设计企业带来了难题。除此之外，AI芯片要处理大量的数据，所以这类芯片对性能的要求就导致了它对先进工艺和先进封装方面也具有较高的要求。 而在解决了在这三个环节中的问题后，也仅仅是企业成功推出了相关产品，离实现商业化落地还存在着一段距离。 “量产是AI大芯片实现商用要翻越的一座大山”，燧原科技创始人兼COO张亚林表示：“在推出产品到实现量产的过程中，需要解决产品质量、性能功耗以及良率这三大核心问题。” 为了保证产品质量，燧原科技通过用验证方法学和验证覆盖率来确保芯片设计质量和制造质量。在性能功耗优化方面，则通过软硬件联合性能以实现端到端的性能调优，这包括三个部分，即进行芯片性能极限测试、硬件性能调优以及软件性能优化。在良率方面，存在着晶圆测试(CP)良率挑战、2.5D封装良率挑战以及分级良率挑战。对此，燧原科技选择了与产业链上下游伙伴共同合作来提高产品良率。 除了在技术层面上存在产业化应用的挑战外，与之相匹配的软件生态系统也是AI大芯片难以落地的另一重要因素。 为此燧原科技推出了计算及编程平台“驭算”。据介绍，该平台支持主流深度学习框架，并针对邃思芯片进行了特定优化。整个平台不仅包括传统的算子加速库，还为数据中心大规模训练集群提供高效灵活的调度机制。 (驭算软件架构) 二、大芯片背后的硬科技 实现量产是商业化过程中重要的一环，量产后走向市场并受到市场的青睐则是更重要的环节，而这就需要依靠产品的硬实力。 通过相关技术降低芯片成本，也是云端AI训练芯片硬实力的一种体现。其中，芯片架构的创新是实现算力普惠的一个重要因素。 借本次全球IC企业家大会的机会，燧原科技创始人兼首席执行官赵立东发布了燧原科技的芯片架构——“GCU-CARA”(通用计算单元和全域计算架构)。据赵立东介绍，该架构具有完全可编程、全模式计算、全精度计算和高并行度的特点。 据现场燧原科技专家介绍，GCU-CARA具有256个张量计算单元，每个计算单元支持1个32 bit MAC，支持所有精度输入以及混合精度运算。GCU-CARA拥有广泛的标量、向量、张量计算形式以及各种精度格式的支持，可以提供极其灵活的编程方式和张量切分/复用方式，从而支持最广泛的编程需求。 据悉，燧原科技GCU架构还包括GCU-CARE(计算引擎)、GCU-DARE(数据架构)、GCU-LARE(智能互联)、GCU-PARE(先进封装)四大核心技术，旨在为人工智能产业注入了新动能。 目前，燧原GCU已应用到云燧T10,T11产品以及数据中心AI训练系统和集群中。而今年云燧T10和由其组成的多卡分布式训练集群正式进入商用阶段，也从另一方面说明了燧原科技的硬实力受到了市场的认可。 三、燧原科技开启2.0时代 在云燧T10实现商用化落地的前四个月，燧原科技还获得了新一轮的融资，借助这轮融资，燧原科技得以从1.0跨越到了2.0时代。 张亚林表示：“在1.0时代，燧原科技实现了从0到1的目标，在这个阶段公司的工作重心是放在建设中国顶尖的工程化团队，完成产品研发和量产、实现产品热启动，并完成首个人工智能训练解决方案的商业化落地。” 已经实现商用的云燧T10和由其组成的多卡分布式训练集群是燧原科技完成1.0阶段任务的代表作之一。从上文AI大芯片的商用落地难处便可看出，仅靠一块芯片或是一种产品难以支撑云端服务器的使用。从目前市场情况来看，由AI芯片所组成的分布式集群在云端服务器发展的过程中起到了重要作用，针对这种商业诉求，燧原科技所推出的多卡分布式训练集群，就能够为普惠云端训练的实现提供助力。 “多卡分布式集群的建成并不是一件简单的事”，张亚林表示：“在这个过程中，燧原科技需要解决多卡之间连接问题，还需要考虑每个板卡的工作分配，使之在尽可能小的功耗下发挥出最高的性能。” (云燧T10商用化案例展示) 人工智能训练平台的商业化落地不仅为燧原1.0画上了完美的通关句号，还为燧原科技打开了通往2.0时代的大门。 “2.0时代，燧原科技将进行从1到N的发展”，据张亚林介绍：“在2.0时代，燧原科技会专注于建立市场销售和服务支持体系，迅速拓展业务。同时，公司还将加强国内外学术端的合作，引进高端人才，构建产业生态。” 在产品规划方面，作为一个务实的企业，实现商业化落地是燧原科技所追求的目标之一。以此为基础，燧原科技在进行芯片设计之初就瞄准了市场痛点，大大加速了产品的商业化进程。 张亚林表示：“未来，燧原科技也将以应用为导向，进行产品的拓展。在2.0时代，燧原科技还会持续产品的研发和迭代，构建云端训练和推理平台完整解决方案。为了实现这一目标，燧原科技将会在明年推出推理AI芯片。” 根据燧原科技的计划来看，公司将用3年时间来构建燧原科技2.0时代。 燧原科技之所以能够在短时间内得到如此迅速的发展，是因为云端AI训练芯片还处于起步阶段，算法和架构方面还有很大的上升空间。从云端训练芯片巨头英伟达的发展中看，2019年其数据中心业务营收达到30亿美元，AI训练卡则贡献了其中的20亿美元和最大利润。 而英伟达几乎垄断了云端AI训练芯片市场，一家独大的市场情况就导致了AI云端训练的成本很高。而燧原科技瞄准这块市场，就是期望能够提供可替代的解决方案来推动普惠算力的实现。 据张亚林介绍，燧原科技瞄准的是云端计算芯片的存量和增量两大市场。存量市场指的是目前已有的，并可进行方案替代的市场，例如云服务商等领域。增量市场则是未来通过技术迭代并进行方案替代的市场。 他表示：“在国外厂商已经构建了强大的优势之下，其他厂商要想进入这个市场首先就要适应已有的生态系统，通过提供可替代的解决方案是打入这个市场方法之一。这也是为未来突破国外厂商垄断所奠定的基础。” 从国内云端AI芯片竞争格局来看，由于现阶段国内致力于发展云端AI芯片的企业并不多，且在市场前景巨大的情况下，抢先争取相关人才和发展生态合作伙伴就成为了驱动企业未来发展的重要引擎之一。而这也是上文所提到的，燧原科技要在2.0时代大力发展的部分之一。 因此，燧原科技正在积极与全产业链的伙伴达成合作，联合伙伴孵化行业解决方案，深度参与AI产业联盟;积极建立生态，联合建立高校联合实验室;并开放底层能力，赋能定制开发，深度参与社区，贡献测评标准。 在算力即是生产力的今天，业界对普惠算力的需求日益高涨。在这种市场需求之下，在云端训练芯片这片蓝海当中，既是挑战又是机会，而燧原科技的成长也为国内云端AI芯片的商业化发展提供了选择。

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  • 二极管具体是什么样的？

    根据二极管只能单向导电的标志性性能特征，我们常常用“二极管”来形容那些看问题单向思维考虑，没有逆向思维，死钻牛角尖的人。那么“一根筋”的二极管具体是什么样的呢? 一、二极管是什么? 二极管是用半导体材料(一般由硅、硒、锗等)制成的一种电子器件。只允许电流由单一方向流过。 即给二极管阳极和阴极加上正向电压时，二极管导通。 当给阳极和阴极加上反向电压时，二极管截止。 因此，二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开。因为这一单向导电的特性，在各种电子电路中，其应用非常广泛，如LED灯中的发光二极管，调频收音机等; 二、结构组成 二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。由P区引出的电极称为阳极，N区引出的电极称为阴极。因为PN结的单向导电性，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。三角箭头方向表示正向电流的方向，二极管的文字符号用VD表示。 三、二极管的分类 1、按半导体材料，可分为锗二极管(Ge管)和硅二极管(Si管)。 2、根据其不同用途，可分为普通二极管、检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、变容二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、磁敏二极管、隧道二极管等。 3、按不同封装分类：可分为玻璃外壳二极管、金属外壳二极管、塑料外壳二极管、环氧树脂外壳二极管等。 4、按照管芯结构，可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。 a、点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过 较小的电流(不超过几十毫安)，适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。 b、面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流(几安到几十安)，主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。 c、平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。 四、常见二极管电路中的符号对照表 五、二极管的作用 二极管的作用有很多种：如整流、检波、稳压、钳位、开关、续流、瞬态抑制、发光、变容、测温、补偿等。 整流：将交流电转化为直流电，通常包括半波整流、全波整流(包括桥式整流)、晶闸管可控整流(具备调压功能)等。 检波：从高频调幅波信号中将调制的低频信号解调出来。常用于收音机中; 稳压：利用二极管的反向齐纳击穿时的稳压特性，获得稳定的电压。在稳压电路中串入限流电阻，使稳压管击穿后电流不超过允许值，因此击穿状态可以长期持续并不会损坏。 开关：利用其单向导电性，让特定方向、特定值的信号通过，起到单向开关的作用。 发光：常见为LED，即半导体发光二极管，用于高效率地将电能转化为光能。 变容：是利用PN结之间电容可变的原理制成的半导体器 ;变容二极管与反向偏压件，在高频调谐、通信等电路中作可变电容器使用，如使用于电视机的高频头中。

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  • 博世“芯”动力，碳化硅功率芯片和域控制器芯片

    在东海汽车测试技术中心举办的“2020年博世汽车与智能交通技术创新体验日”上，博世特别展示了其碳化硅和智能座舱域控制器解决方案。“博世，不仅是一家汽车零部件公司，同时也是半导体公司”。 从产品角度来说，博世半导体产品主要有三大类。一块是MEMS，这是博世最大的半导体版块，包括惯性、角速度传感器;压力传感器，用于自动驾驶，安全气囊系统包括汽车动力系统、悬架等。 除此之外还有两块，一是集成电路，也就是我们说的IC(integrated circuit)或者是ASICS，是专用系统芯片和传感器，用在特定的汽车应用中。(目前，这部分的产品主要还是对内使用。)另一块，博世功率半导体。 一、电动汽车发展“芯”动力，碳化硅SiC 博世中国汽车电子事业部市场经理王骏跃表示：“碳化硅会成为电动汽车未来发展的“芯”动力。这个“芯”，一方面是核心、很重要的意思，另外也是一个芯片的意思。因为碳化硅的大部分产品是以芯片的形式，加上各种封装，封装成分立器件或者模块的形式对外出售。所以从这个角度来说，我们称之为“芯”动力。” 从市场应用的前景来说，碳化硅在电动车中应用主要有逆变器、车载充电器、DC/DC直流转换以及充电桩上。 从整个市场规模的预测来看，2024年碳化硅市场规模大概可以到20亿美金左右。2018到2024年，市场规模年复合增长率大概在30%左右。 王骏跃认为 “碳化硅主要的应用或者说未来占据整个市场主流的产品会是模块，据预测，2023、2024年模块会开始进入相对成熟的阶段。2024年以后，碳化硅的模块量会有较大的突破，预计年复合增长率会比30%更高。” 博世于2019年10月在德国正式宣布其开始碳化硅相关业务。功率碳化硅半导体生产基地位于德国罗伊特林根，主要来生产碳化硅的晶圆以及MOSFET。 德国罗伊特林根生产基地主要涉及的产品主要有种，一是有不同结构的裸芯片产品，客户基于芯片进行封装成为模块后可以用在新能源车的逆变器当中。另一是可以提供分立器件MOSFET，它有两种封装的形式，一种是直插式的THT，如TO-247、263等等不同的封装形式，以及贴片式的SMD封装，主要是用在充电桩、车载充电以及DC/DC直流转换等。 裸芯片和MOSFET均可以提供两种电压型：一种是1200V，用于高性能逆变器和充电器;另一种是750V，用于标准性能逆变器和充电器。 在特性上，博世碳化硅可以做到更长的短路耐受时间(大概可以做到3微秒)，高雪崩稳定性。另外，应用双通道沟槽技术，可以实现较低的RDS(ON)，通俗来说就是导通电阻比较低，有助于降低能耗。结温温度会到175度，裸芯片200度。同时针对两款电压，裸芯片的RDS(ON)最低分别做到8毫欧和12毫欧。此外，博世基于150mm晶圆自主制造芯片，符合车规标准。 碳化硅MOSFET有两种技术趋势，一种是现在市场上比较主流的，我们称为叫平面型结构，基于这个结构产品的间距比较大，意味着器件的体积会比较大。如果做到系统里面，用多个器件，这个系统体积就会变得比较大。 而现博世双通道沟槽技术，可以保证在有较小的RDS(ON)同时，可以将这个间距做得更小，让系统实现小型化、轻量化。 博世碳化硅产品的技术路线图，裸芯片，预计2021年的年底会上市。分立器件MOSFET这块，大概会在2022年初上市，基于对于客户的需求的匹配。 二、“芯”动力，座舱域控制器 电子电器架构发展趋势  博世座舱域控制器实现了多个操作系统的集成，能够同时支持仪表、中控、副驾娱乐、HUD、空调、后排等多块显示屏，并且整合了驾驶员和乘员监控(DOMS)、360 环视(AVM)、及人脸识别(FaceID)、多麦克风输入、主动降噪等功能。这一强大而灵活的系统解决方案不仅保障了行车安全，也能极大限度地提升车内环境的用户体验。 随着用户功能需求提升，车载娱乐域使用的ECU越来越多，具有消费电子外观和体验的信息娱乐系统仍然是OEM的主要竞争优势。而通过将多个ECU整合为座舱域控制器可以降低整车成本(BOM)、减少布线、减轻重量，并且可以降低软件开发难度以及整车集成验证周期，达到更好的OTA能力。 主芯片选型层面，博世座舱域控制器搭载了高通 8155 芯片。 从芯片性能、高低搭配的平台化、本地支持等多方面考虑，博世选择了高通作为座舱域控制器的主芯片。“在博世汽车多媒体的设计里，电子屏是车机座舱内最大的人机交互系统，而高通8155芯片可以完美实现“一芯多屏”的设计构想。” 平台化设计层面，博世通过软硬件分离，兼容性规范，保证一套应用在多个硬件平台上兼容。博世领先且成熟的硬件平台化设计，精通软硬分离的合作开发模式并积累了大量经验，尤其是QC6155/8155。 三、“芯”动力，新未来 博世半导体领域的发展，历史悠久。据悉，博世从1970年开始就已经在做半导体相关的产品。从产品的角度来说，从最开始的ASICS，到传感器到功率半导体，以及到最新的碳化硅的功率半导体一步步演进。 从生产线的角度来说，最开始的6英寸的晶圆片，逐步发展到8英寸，以及2010年的时候，8英寸开始落地生产，2018年在德国德累斯顿，开始12英寸晶圆片的生产。 博世“芯”动力，座舱域控制器芯片和碳化硅功率器件在飞速发展着。因为过去，我们相信未来，同时，我们也期待博世“芯”未来。

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  • 半导体存储行业的“东亚模式”

    在半导体存储器领域，韩国双雄三星和海力士，日本的铠侠半导体(KIOXIA 原东芝存储)，再加上台湾地区的中小厂商，东亚地区就是存储器领域的超级存在。随着SK海力士收购Intel存储部门，行业的天平还会继续向东亚倾斜。 一、无敌的东亚存储圈 花费90亿美元，SK海力士一口气收购了英特尔NAND SSD业务、NAND元件和晶圆业务，以及其在中国大连的NAND闪存制造工厂。只要交割顺利完成，SK海力士就将成为全球第二大NAND闪存芯片供应商。 成立于1983年的SK海力士总部位于韩国首尔，专攻存储业务，根据IC Insights公布的2020上半年全球半导体厂商营收排名，位列第4名，紧随代工巨头台积电之后。 根据集邦咨询公布的数据，简单估算一下，SK海力士并购后在NAND领域的市占率将提升到23.2%，跃升至第2位。 最有意思的是，这个榜单的前三位将全部是东亚面孔，分别是三星、SK海力士和铠侠，其市占率总和将达到71.8%。 注意，NAND 仅仅是半导体存储器中的一个品类。在另一大品类DRAM中，SK海力士也是排名第二，仅次于三星。而整个市场基本由五大厂商所把持，分别是三星、SK海力士、美光、南亚科和华邦电子。除去硕果仅存的美系厂商美光，这个市场也完全掌握在东亚厂商的手中。 可怕的是，来自东亚的巨头们依然保有“饥渴感”，还在不断扩军备战，让整个行业的竞争惨烈程度不断加剧。 处于追赶者地位的SK海力士一直有很强的危机意识，希望能稳定在业内前三。根据日本媒体报道，SK海力士构想了一个大联盟的计划。除去收购Intel闪存业务，SK海力士还通过谈判获得了铠侠上市后取得15%股权的权利。铠侠一旦上市，SK海力士就有望成为其第3大股东。如果计划顺利，SK海力士将有实力同三星在NAND上相抗衡。 SK海力士近年来还持续推行扩张战略，不论NAND闪存还是DRAM，都持续投资新工厂，包括韩国利川新工厂、中国无锡工厂扩建等。一位业内人士就表示，收购英特尔在大连的工厂将为SK海力士的NAND闪存补充很多产能。 老大三星为了坐稳王座，更是不遗余力的加大投入。2020年2季度，三星的资本支出达82亿美元，同比增长了58%，其中的大部分就投向了存储器领域。 三星还加快了产能扩张的速度。中国西安生产基地和韩国平泽生产基地都在扩建。除了平泽的存储器工厂(P1)已投产先进NAND Flash和DRAM，于2018年投资建设的P2工厂也在2020年进行设备投资，生产第二代(1ynm)和第三代(1znm)10nm级DRAM，包括建设极紫外光刻(EUV)生产线。同时，三星还投资了8兆韩元(70亿美元)在5月开工建设NAND Flash产线，计划2021下半年开始量产先进的V-NAND芯片。 在IPO进程中的铠侠也不闲着，原本预定2021年9月动工的四日市工厂Fab7 厂房工程，也计划推前至2021年4月。目前铠侠已取得用地，而不论IPO的进度如何，都会积极推动建厂计画。 反观欧美系硕果仅存的美光，处在四面被围的局面中，即便明年将资本支出上调到90亿美元，在东亚友商面前依然掀不起风浪。而且，美光实现业绩的主要工厂都在东亚和南亚地区，如日本工厂主要负责生产DRAM，新加坡工厂主要生产NAND Flash，中国台湾工厂则负责封装，只有最新的3D Xpoint工厂设在美国的犹他州(Utah)。从某种意义上来说，美光也算半个东亚企业。 在这个资金密集、人力密集、技术密集的产业，东亚厂商短期内是无敌的存在。 二、产业转移 美国推动 存储行业有今天的局面，背后是产业转移的力量，当然也离不开美国的功劳。 图 半导体产业转移路径 日本是承接产业转移的第一批受益者。从上世纪50年代，索尼创始人盛田昭夫从美国引入晶体管技术之后，日本的半导体就进入大发展时期。到了70年代，为了补齐在行业短板，日本政府启动了”DRAM制法革新”国家项目。由日本政府出资320亿日元(3亿美元)，日立、NEC、富士通、三菱、东芝五大企业联合筹资400亿日元(3.8亿美元)。总计投入720亿日元(6.8亿美元)为基金，由日本电子综合研究所，和计算机综合研究所牵头，设立国家性科研机构——“VLSI技术研究所”。 这一为期4年的项目让日本获利丰厚，终于在1982年登顶全球DRAM第一的位置，并将大部分美国企业逼入困境，发明DRAM的Intel公司也因此退出这个领域。 美国惧怕日本在半导体技术上超越自己，逼迫日本签下《日美半导体协议》，使NEC等公司开始缩减产能，同时扶植韩国厂商来制约日本。 美国向韩国提供大量的资金支持用于研发和技术更新，同时持续的给予技术支持。 1990 年，三星开发出世界第三个 16M DRAM。进入 90 年代,韩国 DRAM 技术的国产化步伐加快,水平也有很大的提高,16M RAM、64M DRAM 相继在 1990 年、1992 年开发成功,256M 和 1G DRAM 接踵于1994 年、1995年问世，韩国终于在 DRAM 领域超过日本，摘下世界第一的桂冠。 日本企业让出了市场份额，但美国人没有料到的是，韩国企业却在美日交战中平地崛起。特别是2008年的金融危机，欧洲的奇梦达和日本的尔必达(日立、NEC等DRAM业务部组成)受到重创，韩国企业却逆势投资，终于成为行业新霸主。 韩国的奇迹崛起也在于不断效法日本。1981年，韩国政府为推动集成电路产业的发展，制定了“半导体工业育成计划”，加强了对集成电路产业技术的开发。政府还颁布了半导体产业的基础性长期规划(1982-1986)。正是得到了政府的直接刺激和承诺，三星、现代等企业才宣布大举参与超大规模集成技术水平的大规模芯片生产，特别是DRAM的开发。 韩国和日本的在半导体行业发展路径极为相似，不同的是，韩国企业坚定不移的信心和持续投入度更强。从三星创始人李秉喆以战略性眼光决定发展半导体芯片产业开始，再到后任会长李健熙的坚持，在家族式大财团模式下，无论全球市场如何波动，企业政策一直保持了连续性。特别是三次逆周期投资，更是奠定了三星今日的王位基础。 两国政府的推动也是左右行业发展的重要因素。日本有DRAM制法革新项目，韩国随后效仿，由电子通信研究所(KIST)牵头，联合三星、LG、现代与韩国6所大学，一起对4M DRAM进行技术攻关，1986-1989三年间，韩国政府共计投入 1.1亿美元，并且承担了研发项目中57%的研发经费。 当然，这两条还不足以说明韩日为什么会在存储器领域遥遥领先，因为美国和欧洲也有类似的做法。最终的答案可能就在于存储器本身。知名半导体行业专家莫大康认为，存储器是标准产品，设计上差异性不大，要靠规模取胜。谁能够在一个集成电路上集成更多稳定的存储单位，“能够制造出稳定的存储器”，是产业获胜的关键。而这恰恰是日本工匠哲学的基本要求。在稳定性得到保证之后，之后才是其他特性。韩国也继承了这一品质，因此才能将存储芯片做到极致。 三、东亚模式和技术进化 半导体存储器行业有今日的格局，可被视为“东亚模式”的最佳表现。 二战后东亚国家先后崛起，创造了一系列经济奇迹，人们将这一过程总结为“东亚模式”。 “东亚模式”本质上是一种“经济发展模式”。它是指出口导向型的工业化战略或外向型的经济发展战略。 “东亚模式”最显著的特色是强力政府加上具有强烈的经济建设意识和强大的导向作用。 “东亚模式”其特征表现为：东亚各国、各地区的经济增长和工业化是其致力于经济增长和现代化的政府理性地进行制度创新和制度安排并有效地予以实施的结果。 美国和欧洲为东亚各国开放了市场，使得其得以扩大出口，同时进口所需要的原材料，再加上政府的引导，促成了制造业的快速发展。 按照世界银行2019年公布的数字，全球制造业GDP最大的五个国家是中国、美国、日本、德国和韩国，其中东亚的中日韩三国都名列世界制造业五强之内。 东亚模式发展到经济高速增长的后期，有规划下的产业政策、科技型产业补贴和转型升级、进口替代，也是重要的特色。很多行业依赖于强势政府的产业规划和政府补贴而崛起，比如光伏产业、新能源汽车和半导体存储器行业。 这种模式为东亚地区带来了存储器产业的荣光，但未来是否依然有效，现在还不得而知。 可以看到的是，存储器行业在比拼产能的同时，也更加重视技术创新。Intel将大部分存储业务卖给了SK海力士，唯独保留了Xpoint单元。这也说明Intel依然看好3D闪存的未来。 对于SK海力士和三星来说，两者之间也在技术层面不断针锋相对。SK海力士于2018年成功开发了全球首款基于电荷撷取闪存(Charge Trap Flash，CTF)的96层4D NAND闪存，并于2019年开发了128层4D NAND闪存。而三星存储同样也在2018年5月推出了9X层的第五代V-NAND闪存颗粒，并在2019年通过独特的通道孔蚀刻技术，推出了功耗更低性能更快的1XX层的第六代V-NAND闪存颗粒。 可以预见，有了Intel闪存技术的加持后，SK海力士对三星的挑战还将进一步升级。对于中国存储产业来说，身处“东亚怪物房”也并非都是坏事。能近距离观察学习领先者的经验，又背靠巨大的市场，这都是我们的优势。

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  • 汽车半导体市场对高性能存储的应用要求

    随着新能源汽车产业和自动驾驶技术的推广，汽车半导体市场正迎来黄金发展时期。 有资料显示，对于 L1 到 L5 等级的自动驾驶而言，在 L1 时自动驾驶的半导体成本只有约 150 美金，到 L3 等级提升至 600 美金，上升到 L4、L5 等级，整车的半导体成本将会达到 1200 美金。而这个快速增长的市场中，存储产品和技术并不为主流媒体关注。 富士通电子元器件(上海)有限公司产品管理部总监冯逸新也在一次活动中表示：“随着新基建的部署，充电桩的普及将快速促进新能源汽车的普及，无论是桩侧还是车侧，未来都将催生更多的高性能存储应用需求。”该公司作为非易失性内存FRAM的市场主力提供商，正以满足汽车市场需求最佳的性能迎来市场增长的甜蜜期。 作为已经量产FRAM 20年之久，出货超过41亿颗的富士通，其自2017年开始先后推出多款可在高达125℃高温环境下运作的车规级FRAM产品，经过仅仅两年时间的市场推广，目前已成功打入了东风、金龙、宇通、上汽通用五菱、华晨宝马、一汽、御捷、江淮、奇瑞等整车厂的诸多Tier-1、Tier-2供应链。 富士通AEC-Q100 Grade 1车规级FRAM产品线 一、极高耐久性、可靠性和极低迟延，特别的存储器给特别的汽车应用 随着5G、车联网等概念的兴起，整车ADAS、车载娱乐等功能正逐渐成为新一代智能汽车的标配，而多传感器融合以及大屏、多屏显示赋能下的车载软硬件系统无疑需要搭载更多的车载存储器。 同时，这些存储器由于分布于各种不同类型的车载终端和硬件系统当中充当图像、视频甚至语音等数据内容的核心载体，其用量以及数据储存特性方面的需求往往大相径庭——或者经常进行数据擦写，或者需要更长的循环寿命，或者需要超高可靠性，等等。所以，要想成功打入车载存储市场，几乎没有一个完全的方案，独特性能满足特定应用场景存储需求的细分市场受到关注。 以新能源汽车中最核心技术之一VCU(整车控制单元)为例，VCU是整个控制系统的核心，通过采集电机及电池状态、加速踏板信号、制动踏板信号及其它执行器传感器控制器信号，可根据驾驶员的驾驶意图综合分析并做出相应判定后，监控下层的各部件控制器的动作。 它负责汽车的正常行驶、制动能量回馈、整车发动机及动力电池的能量管理、网络管理、故障诊断及处理、车辆状态监控等，从而保证整车在较好的动力性、较高经济性及可靠性状态下正常稳定的工作，可谓是汽车的大脑。 FRAM在整车控制单元VCU中的应用 “VCU系统需要以每秒一次的速度去记录汽车行驶的当前状态以及发生故障时的变速器挡位、加速状况、刹车和输出扭矩等信息，而采用FRAM可以通过更简单的软件进行存储与读取，同时保证高速和高可靠性。”冯逸新介绍道。 今年5月，富士通最新推出了车规级产品MB85RS2MLY，可在-40°C至+125°C温度范围内达到10兆次读/写次数，非常适合需要实时数据记录的应用(比如连续10年每天每0.1秒记录一次数据，则写入次数将超过30亿)，可谓具有极高的数据写入耐久性和可靠性。 这些特性对于作为新能源汽车另一大核心技术的BMS(电池管理系统)来说同样至关重要。BMS需要实时记录数据和存储数据，其系统将以每秒或每0.1秒的频率实时和连续地记录电池单元的重要数据(故障信息，健康状况SOH和电量计量SOC等)，同时监控电池的短期(最后几个充电周期60次/秒)和长期(整个电池寿命)电池性能。 据冯逸新介绍：“举个简单的例子，电池单元电量一般维持在30%~75%之间表示正常运作，如有不均衡的情况则需从别的单元补充过来，这时系统需要检测记录电池单元的电量、温度、电压、电流等等数据，而且单次监测记录的时间不能间隔太长。“ 因此，通过采用FRAM，汽车制造商能够大幅降低系统复杂度并提高数据完整性。事实上，FRAM的身影目前已经遍布诸如安全气囊数据储存(Airbag)、事故数据记录器(EDR)、新能源车CAN盒子(CAN-BOX)、新能源车载终端(T-BOX)、胎压监测(TPMS)、汽车驾驶辅助系统(ADAS)及导航与信息娱乐系统(infotainment)等新能源汽车关键电子系统。 车规级FRAM，是满足汽车电子可靠性和无迟延要求的最佳存储器选择 二、他山之石可以攻玉，FRAM这样应对充电桩存储痛点 今年3月，中国提出要求加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度，在随后披露的新型基础设施建设七大领域中，新能源充电桩名列其中。据《赛迪顾问》数据显示，截止2019年12月中国充电桩保有量达到121.9万台，车桩比约为3.4：1，远低于《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020)》规划的1：1，保守估计未来10年，中国充电桩建设缺口将高达6300万。 相比加油站，充电桩能够承载更多的信息，除电流外，还有信息流、资金流等等。作为车联网数据采集的重要端口，充电桩网络的大面积建成必将成为未来社会交通系统的重要信息平台。 因此，充电桩数据的记录和存储非常重要。作为给新能源汽车提供电能的配套产品，充电桩在运行过程中需要处理大量的参数，通过系统监测数据和事件信息，实现设备集中远程监控，为设备故障诊断提供必要的数据支持，也为电站综合管理提供全面的统计数据和各类统计报表。 为此，所有数据必须进行统一的采集、查看和分析，并提供设备运行状态实时监测、危险警告与通知、数据查询分析、设备运行总额和管理等功能。 “充电桩生产商需要挑选合适的存储产品予以应对，其数据存储的应用需求与智能表计非常相似。”冯逸新指出，“目前，FRAM存储器在智能电表行业已经作为标准存储器被广泛采用，其具备的三大优势是许多同类型存储器无法比拟的。”冯逸新所说的FRAM三大优势分别是高速写入、耐久性以及低功耗。与EEPROM对比，FRAM写入次数寿命高达10万亿次，而EEPROM仅有百万次(10^6)。 富士通FRAM写入数据可在150ns内完成，速度约为EEPROM的30,000倍。写入一个字节数据的功耗仅为150nJ，约为EEPROM的1/400，在电池供电应用中具有巨大的优势。 FRAM、EEPROM、FLASH主要参数对比 FRAM不仅能够进行高速写入，同样也能够实现高速擦除。以保障数据安全为例，若遇到黑客违法盗取及分析充电桩的机密数据，将导致大范围的信息泄露。对此，低功耗和高速的FRAM可以利用小型电池电源，瞬间消去重要数据，从而确保用户的信息安全。 这时，FRAM仅需0.1mA的工作电流，就能够在0.3ms的时间内擦除256bit的数据，相比EEPROM拥有显著的优势。 FRAM、EEPROM、FLASH工作电流与消去时间对比 三、满足差异化市场需求，打造全覆盖存储产品阵列 尽管FRAM比传统的Flash、EEPROM在读写耐久性、写入的速度和功耗等方面都更具有优势，但其同样有着成本较高、容量不高的不足。为此，富士通重点推出了可与FRAM产品形成市场互补的另外两大存储产品——可变电阻式随机存取内存ReRAM和纳米随机存储器NRAM，以满足更多差异化需求。 ReRAM可以实现对大容量EEPROM的完全替代。2019年8月富士通成功研发MB85AS8MT——这是全球最高密度8Mbit ReRAM产品，其采用SPI介面并与EEPROM相容的非挥发性记忆体，能在1.6至3.6伏特之间的广泛电压范围运作，在5MHz工作频率下仅需0.15mA读取资料。 “目前全球只有两家公司能够量产ReRAM,富士通是其中之一。”冯逸新说到，“EEPROM容量最大只有2Mb，且在一些情况下功耗太高。我们量产的4Mb、8Mb产品可以满足有这些需求的EEPROM客户，同时能保证价格与EEPROM 2Mb接近。” 富士通ReRAM推出时间 按照规划，富士通预计会在2021年前后带来16Mbit甚至32Mbit ReRAM产品，届时将进一步满足企业和客户对各种特殊应用的需求。 NRAM则兼具FRAM的高速写入、高读写耐久性(比NOR Flash高1000倍)，又具备与NOR Flash相当的大容量与造价成本并实现很低的功耗(待机模式时功耗几乎为零)，同时可靠性非常高，在80度时存储数据时限高达1000年，在300度时亦可达到10年。 谈到NRAM在车载存储的应用时，冯逸新指出：“目前的基于FRAM的车规级IC高温承受范围在125度，而NRAM却可以达到150度，因此，未来基于NRAM的IC身影将有望出现在汽车发动机中。”作为NRAM的第一代产品，富士通16Mbit的DDR3 SPI接口产品最快将于2020年底上市。 可以看到，通过打造完善的FRAM、ReRAM、NRAM三线产品阵列，富士通能够实现对于传统存储产品EEPROM和NOR FLASH的完全替代，届时势必引发存储行业的新一轮洗牌。 四、总结 可以预见，未来汽车半导体市场需求将产生极大增量，特别是2020年注定将是国内新能源汽车相关电子产品市场与技术变革的关键一年。未来汽车自动驾驶的发展注定越来越广，对数据处理和存储的要求将会达到非常高的程度。

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  • 看华为卷积运算芯片如何提高AI资源利用率？

    目前，深度神经网络技术已经成为人工智能领域的代表性算法，基于深度神经网络技术的字符识别、图像分类或语音识别等关键技术，已经广泛应用于搜索引擎和智能手机等产品中。 其中，当前最为有效且应用最为广泛的神经网络算法是卷积神经网络算法，简称“卷积运算”。在现有技术中，CNN算法的核心计算单元是乘加运算，乘法累加器阵列常用于矩阵乘法运算，而卷积运算可以转换为矩阵乘法运算。 因此业界广泛采用MAC(乘累加器)阵列为计算核心的专用加速硬件，例如：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等，以加速卷积运算的运算速度。 但是目前卷积计算也存在着一些问题，一方面，当MAC阵列中存在多个卷积窗口同时进行卷积运算时，这些卷积窗口分布在MAC阵列中的不同位置，使得MAC阵列的利用率非常低。另一方面，存在大量重复数据被从RAM输入到MAC阵列，这样会增加RAM的访问次数。 为了解决这样的问题，华为发明了将CPU、RAM和卷积运算芯片集成在同一数据总线上的AI芯片，2016年12月29日，华为发明了一项名为“卷积运算芯片和通信设备”的发明专利(申请号：201611243272.X)，申请人为华为机器有限公司。 根据该专利目前公开的资料，让我们一起来看看华为的这项新架构AI芯片吧。 如上图，为该专利中发明的硬件设备的示意性框架图，硬件架构中包括中央处理器100、双倍速率同步动态随机存储器(DDR SDRAM)200以及卷积运算芯片300。CPU用来控制卷积运算芯片启动卷积运算，DDR SDRAM用于向卷积运算芯片的数据缓存模块输入多个卷积数据和多个卷积参数，然后卷积运算芯片根据这些数据来完成卷积运算。 当得到运算结果后，就会将运算结果写回到DDR SDRAM事先设定好的内存地址中，并同时通知CPU完成运算，以从内存地址中提取结果数据。 如上图，为上面框架中的卷积运算芯片的结构示意图，这种卷积运算芯片包括数据缓存模块310、M*N乘法累加器阵列320、输出控制模块330和阵列控制模块340。 数据缓存模块用于向乘法累加器中的第一乘法累加窗口传输用于卷积运算的多个卷积数据和卷积参数，卷积参数由数据缓存模块根据第一卷积参数矩阵确定，而该控制器也是通过在运算器内集成这样的数据缓存器，从而减少了RAM的访问次数，进而减少了RAM的访问压力。 其中M*N乘法累加器是该运算芯片的核心运算部件，而这种M*N的结构设计方式也是为了进行卷积运算而特意设计的，其具体结构如下图所示。 可以看到，这种乘法累加器包括M*N个处理单元，并且每两行的处理单元之间还存在斜向的数据传输通道，这相比于传统的矩阵式数据传输通道，具有更加灵活的数据传输方式，可以更好的适用于AI芯片进行多种类型的运算。 第一乘法累加窗口可以将数据进行乘法运算，并接着进行加法运算以获得卷积结果，最后由输出控制模块输出卷积神经网络的运算结果，进而完成AI芯片中的任务。 在该专利中，为了尽可能地提高MAC阵列的利用率以及卷积运算效率，阵列控制模块会根据第一卷积参数矩阵的行数和第一卷积数据阵列的行数来确定第一乘法累加窗口的列数。 华为发明的卷积运算芯片，这种卷积运算芯片能够在提高阵列资源利用率的同时降低RAM访问次数，进而减小RAM的访问压力。例如华为发明的昇腾AI芯片也正是基于这样的技术之上，才能实现极高的算力，不管多么复杂的模型都可以轻松训练，且实现极低的功耗。

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  • 中科院突破5nm加工法，华为芯片将迎来曙光

    华为公司在10月22日晚上举行了全球线上发布会，推出了新一代的Mate 40系列，其中Mate 40搭载的麒麟9000芯片更是惊艳亮相，采用了5nm工艺制程，实现了集成153亿个晶体管，是全球首个突破150亿大关的芯片，比苹果A14多30%。 在华为CEO余承东的介绍中，麒麟9000芯片拥有八核的CPU，24核的GPU，两大一小NPU，还集成了华为最先进的ISP技术。但是由于美国的第二轮制裁，华为的芯片截止到9月15日就已经全面停产。也代表新一代全球最领先的麒麟9000芯片将会绝版，其中原因之一就是我们没有属于自己的光刻机。 一、中国为何需要光刻机 华为芯片被断之后，我们迫切需要解决的技术就是芯片制造技术，但是想要解决芯片制造技术就离不开光刻机。举一个很简单的例子，光刻机就是将设计好的芯片图纸“打印”出来的过程。 而光刻机越高端，打印出来的芯片性能也就越好。所以，想要实现芯片自研的发展，首先要具备一流的光刻机。一直以来，中国的芯片也都是需要依靠进口的，不管是华为系统还是安卓系统，我国手机中的芯片都是需要和其他国家合作才能进行下去的。进口其他国家的芯片，然后自己再次组装生产，这也导致我国会陷入尴尬的局面。 芯片作为产品绝对的核心部件，华为目前仅仅只能掌握芯片设计，旗下麒麟系列最顶级芯片都是需要采用5nm和7nm技术，而目前中方技术只能生产出14nm芯片，这距离全球顶尖水平还是有不小的距离，我们主要就是落后在芯片的生产设备光刻机上，而美国就是想要将这一优势放大转为胜势。 二、中科院“入局”光刻机 前不久，中科院决定“入局”光刻机，院长白春礼表示“面临美国在高科技产业的打压，我们就要把对方卡脖子的清单变成科研目标和任务”!光刻机从表面上看是个巨大的难题，但在短时间内中科院已经有了重大突破，目前传来最新消息，我们已经研发出5nm激光光刻加工方法，这项新技术的出现或将一举打破荷兰ASML的垄断局面! 关于中国科学院的决定，业内人士都纷纷评论：近年来光刻机、芯片这些资金密集且研发周期长的产业不断受到国家的重视，显然这次“国家队”的出手将会给半导体行业注入一针强心剂。 在中国科学院宣布入场光刻机之后，国内的好消息也是频频传来，　值得一提的是，中国的南京集成电路大学正式揭牌仪式，就在华为举行线上全球发布会的同一天。并且该校所有的科目学习都将围绕芯片来进行。还与华为和中心国际等公司合作，为国家培养集成电路人才。在这里将会源源不断地为中国培养相关人才，彻底在把中国的芯片产业给落实，未来再也不会惧怕美国的“卡脖子”了。 这一步一步走来，中国也在发挥出了自己的民族精神，不怕苦不怕累。中国在芯片领域也在不断前行，虽然缓慢，但是相信终归可以实现芯片爆发式增长，掌握自己的核心技术。

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  • 我国第一所芯片大学成立，称为南京集成电路大学

    在10月22日的华为Mate 40系列发布会最后，余承东表示，华为现在处在非常艰难的时刻。这令人十分痛心。艰难的不只是华为，还有中国芯片行业。美国正将黑手伸向越来越多的中国半导体企业，这都令人不得不提高警惕。 现阶段由于“中国芯”的缺失，正经历着史无前例的艰难困苦，但针对怎样打造出“中国芯”，我们一直在奋斗。 十月二十二日，我国第一所芯片大学——南京集成电路大学举行了揭牌仪式。其有别于其他大学更侧重于基础知识的传授，这所学校更重视专业技能的塑造以及综合实践的带教。而且该学校将与华为、中芯国际合作，向自己的建校初衷——塑造集成电路优秀人才前进，达到优秀人才的“质与量”的要求。 该大学为当今半导体优秀人才贫乏的现状雪中送炭，可以说，这是一所具备中国社会主义特色的芯片大学! 据报道，南京集成电路产业服务项目局长、东南大学专家教授时龙兴被任命为南京集成电路大学校校长。据时龙兴介绍，为了更好地培育集成电路人才，达到该人才培养的数量、品质和多元化规定，南京集成电路大学应时而生。各专业都将紧紧围绕集成电路技术开展设计方案，关键搞好“小而精”的芯片制造工作。 IC是一项漫长的工作，人才培养也是一项长期的投入，科技人员一定要能耐住性子和能坐冷板凳。现阶段的状况不清楚什么是科学、不重视科学研究、不尊重科学家，不能学会独立思考，那么谈何核心技术呢? 更特别的是，南京集成电路大学的“股东们”是公司、高等学校和科研院所，有别于传统的大学。它并不是由国家或省份创建的，而是依据产业的需要而开设的大学，探寻一种新的产业人才培养方式。 就人才培养来讲，南京集成电路大学采用的模式为“5+1+2”。企业员工、大学中即将毕业的学子和来源于不同科学研究组织的工作人员，都可以是芯片大学的生源。可以说，南京集成电路大学是与高等院校与公司连接、产教融合发展的开发平台。这样看的话，该大学的学生必须一定的基础知识，并不是从普通高中招生，也不是作为传统大学文化教育的填补。 除了办校愿景、招生方式和传统的大学不一样，它的师资、课程内容以及资格证书都不一样。南京集成电路大学师资是资深的工程设计师，或者是专家。经过这样的专家指导，那样塑造出的优秀人才更合乎公司的需求。 该大学将结合学生的缺点和企业的要求来设计课程，与传统大学的规范化输出不一样的是，它是一种人性化的学习培训。因此，在该大学毕业时，会拿到不一样的资格证书。从该芯片大学毕业得到的是实践考核的结业证，而从传统大学毕业则会拿到国家教育部授予的毕业证。 若南京集成电路大学的模式能够成功，这对国产芯片行业来说，是一个不错的消息。国产芯片有望迎来曙光。 比尔盖茨曾表示，美国对华为芯片断供的行为，会逼迫中国投身芯片制造行业，并最终实现芯片自给自足。如今看来，比尔盖茨所言非虚。中国如今正向着国产芯片自主、可控的方向，一步步迈进。 国产芯片并不能一蹴而就，还有很长的发展，应脚踏实地。

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