本土企業(yè)合力推動(dòng)，中興通訊誕生NB-IoT芯片

作者 / 迎九 《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要：中興通訊公司近日發(fā)布了其首款NB-IoT芯片：RoseFinch7100，多家本土公司參與了合作，例如制造采用了中芯國(guó)際的55nm極低功耗工藝55IILL RVt，成都銳成芯微公司提供了低功耗模擬技術(shù)，杭州中天微系統(tǒng)公司提供了CK802高安全、低功耗的CPU內(nèi)核，各家代表介紹了打造這款超低功耗、高安全芯片的合作過(guò)程及產(chǎn)品特點(diǎn)。

RoseFinch7100問(wèn)世

　　不久前，在2017中國(guó)國(guó)際信息通信展覽會(huì)期間，中興微電子公司在京隆重發(fā)布該公司首款NB-IoT芯片——RoseFinch7100，特點(diǎn)是安全和超低功耗。安全方面，號(hào)稱(chēng)是中國(guó)第一款自主研發(fā)的TEE(Trusted Execution Environment)安全框架的物聯(lián)網(wǎng)芯片。功耗方面，靜態(tài)功耗只有2μA，而通常標(biāo)準(zhǔn)NB-IoT芯片是5μA。

　　另外的特點(diǎn)是安全和開(kāi)放，有多達(dá)30個(gè)外圍接口，有配套FOTA的CS(服務(wù)器/客戶(hù)端)整體解決方案，良好的平臺(tái)定制的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境SDE。

本土伙伴助力

　　RoseFinch7100是中興微電子與多家合作伙伴的結(jié)晶，其中大多是本土伙伴。例如制造采用了SMIC(中芯國(guó)際)的55nm極低功耗工藝55IILL RVt。在靜態(tài)功耗管理方面，采用了成都銳成芯微公司的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超低的NB-IoT芯片2μA。安全方面采用了杭州中天微系統(tǒng)公司的安全技術(shù)，應(yīng)用了CK802高安全、低功耗的CPU。

　　那么，業(yè)界通常采用某著名國(guó)外公司的超低功耗核和安全內(nèi)核，中興微為何找了本土公司?中興微市場(chǎng)總監(jiān)周晉先生稱(chēng)，中興微也曾于2016年找到一家外國(guó)公司，說(shuō)2017年9月要商用，這家外國(guó)公司直接說(shuō)不可能。所以中興微找了杭州中天微，最后大家就干出來(lái)了，做出了全球領(lǐng)先的、低功耗TEE芯片。有時(shí)國(guó)外公司不愿意干，或者拖拖拉拉，他們覺(jué)得無(wú)所謂，但中國(guó)人很著急，中國(guó)人物聯(lián)網(wǎng)沖在很前面，慢肯定不行。

　　另外，本土合作伙伴的技術(shù)也很不錯(cuò)，也要給本土公司機(jī)會(huì)。很多低功耗物聯(lián)網(wǎng)的小技術(shù)也很重要，你做不到就沒(méi)法活。那么我為什么要用你?如果我現(xiàn)在告訴你功耗一樣，大網(wǎng)有人幫你維護(hù)，你可以省維護(hù)的錢(qián)，那就有人愿意做。這個(gè)事情只有在中國(guó)會(huì)發(fā)生，所以中國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)很有前途——我們能力已經(jīng)在那了，不要覺(jué)得中國(guó)芯片企業(yè)沒(méi)有能力。所以中興微電子就要把大家團(tuán)結(jié)起來(lái)，深入行業(yè)，把能力聚合在一起，把事情做起來(lái)。

　　那么，目前的芯片是55納米，下一步要做到28嗎?周晉稱(chēng)：只有適合的才是最好的。SMIC在55nm做了深入詳細(xì)的研究，工藝上把靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗做到最好的平衡，但是別的工藝不一定可以做到，有可能28納米的睡眠功耗不是更好。

SMIC的極低功耗工藝

　　中芯國(guó)際的張平先生介紹了RoseFinch7100使用的極低功耗工藝。首先要考慮超低功耗，由于NB-IoT不是高速的，針對(duì)這個(gè)應(yīng)用會(huì)有1MHz~2MHz的速度就夠用了，還需要Embedded NVM(嵌入式非易失存儲(chǔ)器)，根據(jù)需求可以采取不同的Embedded的方式。另外還需要連接/多接口的功能等。

　　針對(duì)此，SMIC開(kāi)發(fā)了55ULP 0.9V ULL工藝，SMIC曾有55LL 1.0V的RVt，這次做到了0.9V，在整個(gè)動(dòng)態(tài)功耗和靜態(tài)功耗上都有非常大的進(jìn)步，面積增加不大。

　　就我們工藝靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗的比較，動(dòng)態(tài)功耗往下做動(dòng)態(tài)非常低，Leakage(漏電)也一樣非常低。為什么功耗可以這么低?因?yàn)閯?dòng)態(tài)功耗會(huì)降到0.9V。SMIC怎么做到0.9V?需要對(duì)工藝進(jìn)行調(diào)整，這并不簡(jiǎn)單，因?yàn)槊恳粋€(gè)工藝平臺(tái)厚度都是固定的，做到低功耗需要對(duì)接工藝的調(diào)整。功率與操作的平方成正比，所以操作降低會(huì)使動(dòng)態(tài)功耗降得很低。

　　第二是Leakage。如果做到28nm制程，實(shí)際上下面的漏電會(huì)越來(lái)越多，所以在55nm這邊可以看到，漏電的水平是最好的水準(zhǔn)。

銳成芯微的模擬技術(shù)助力休眠電流2μA

　　銳成芯微總經(jīng)理向建軍先生介紹道，NB-IoT項(xiàng)目就像在造一輛車(chē)，在保證車(chē)品質(zhì)情況下，加一箱油別人能跑五千公里，銳成芯微的任務(wù)是可不可以讓車(chē)跑到一萬(wàn)公里?

　　NB-IoT方案大多數(shù)是電池供電，所以壽命是很重要的。功耗決定了使用壽命，因此有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：成本和功耗。

　　銳成芯微在NB-IoT整個(gè)系統(tǒng)中提供模擬方案，從電源到低功耗邏輯，包括RTC和低功耗，銳成芯微與中芯國(guó)際、中興通信用了幾個(gè)月的時(shí)間定制了I/O。

　　現(xiàn)在對(duì)于2G模式下，沒(méi)有休眠模式，關(guān)機(jī)電流約是50μA，但是對(duì)于NB-IoT，就像有一個(gè)人在家里值守，你跟他說(shuō)兩點(diǎn)讓他起來(lái)看看有沒(méi)有快遞，因此有一些系統(tǒng)應(yīng)用是需要工作的。通過(guò)系統(tǒng)的優(yōu)化和模擬設(shè)計(jì)(注：模擬有很大一部分是一直要開(kāi)啟的)，測(cè)試出來(lái)今天的結(jié)果：休眠電流2μA。如果用3600mAh的鋰亞電池，可以使用超過(guò)十年，如果19000mAh鋰亞電池，每天30次也可以使用五年以上，30mAh鋰離子電池也可以用15天。

中天微幫助實(shí)現(xiàn)TEE安全技術(shù)

　　RoseFinch7100號(hào)稱(chēng)是中國(guó)第一款自主研發(fā)的TEE(Trusted Execution Environment)安全框架的物聯(lián)網(wǎng)芯片，其中用了中天微的CPU。中天微副總經(jīng)理李春強(qiáng)稱(chēng)，該公司擁有七款功耗、性能不同的CPU系列，RoseFinch 7100采用的是CK802高安全、低功耗的CPU。CK802做了很多安全措施，且根據(jù)用戶(hù)需求，用戶(hù)可以配置不同層次的安全級(jí)別。CK802里首先面對(duì)低功耗領(lǐng)域做了二十幾項(xiàng)安全措施，主要用來(lái)防護(hù)軟件的攻擊、物理攻擊，面向物聯(lián)網(wǎng)做了TEE安全技術(shù)，基于TEE安全技術(shù)實(shí)現(xiàn)整套物聯(lián)網(wǎng)的安全框架。

　　物聯(lián)網(wǎng)安全實(shí)現(xiàn)的技術(shù)鏈條長(zhǎng)、挑戰(zhàn)大、涉及面廣，在設(shè)備端要對(duì)設(shè)備進(jìn)行防破解，還要防止它被刷機(jī)，防止物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器偽造、接入到設(shè)備里，還要實(shí)現(xiàn)安全升級(jí)。數(shù)據(jù)通路要保證數(shù)據(jù)加密，讓偽造的設(shè)備不能接入云端。另外，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是面向低成本低功耗的應(yīng)用，而且它的應(yīng)用領(lǐng)域非常碎片，需求都不一樣，采用的芯片和接入方式也都不一樣，這就更加加大了安全實(shí)現(xiàn)的挑戰(zhàn)。總之，安全是技術(shù)性和專(zhuān)業(yè)性非常強(qiáng)的工作。一般的公司沒(méi)有安全背景，要實(shí)現(xiàn)安全挑戰(zhàn)是很大的。因?yàn)樽罱K需要一整套軟硬件磨合、云端一體的安全體系來(lái)呈現(xiàn)給我們的終端廠家，終端廠家才能快速做出它們的產(chǎn)品，保證設(shè)備節(jié)點(diǎn)上的安全，數(shù)據(jù)通道的安全，云端的安全。通過(guò)采用全局安全架構(gòu)，RoseFinch 7100已經(jīng)把這些安全方面都做到了。

小結(jié)

　　NB-IoT已被業(yè)內(nèi)期盼很久，如今中興微的RoseFinch7100終于問(wèn)世。這是與眾多本土企業(yè)合作的結(jié)晶。這看似偶然，實(shí)則必然——本土企業(yè)的快速反應(yīng)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)本土企業(yè)的技術(shù)實(shí)力也在提升。RoseFinch中文名是朱雀，是中國(guó)古代四大神獸，傳說(shuō)可以飛上九重天，愿中興微和本土伙伴一起努力，使RoseFinch7100翱翔于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的廣闊世界!

　　參考文獻(xiàn)：

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　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第11期第26頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。