通信芯片四大發(fā)展趨勢(shì)

    據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)協(xié)會(huì)(WSTS)日前發(fā)布的一份預(yù)測(cè)報(bào)告顯示，世界半導(dǎo)體市場(chǎng)未來(lái)三年將保持兩位數(shù)的增長(zhǎng)，這份報(bào)告還表明，全球半導(dǎo)體業(yè)之所以能夠復(fù)蘇，通信產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展功不可沒(méi)，近年來(lái)通信集成電路IC芯片的需求大幅度增長(zhǎng)，給全球半導(dǎo)體業(yè)注入了新的活力。在最近兩年里，三網(wǎng)融合的大趨勢(shì)有力地推動(dòng)了芯片業(yè)的發(fā)展，通信芯片在移動(dòng)通信、無(wú)線Internet和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)的發(fā)展，開(kāi)始超過(guò)了PC機(jī)芯片的發(fā)展。IDC的專家預(yù)測(cè)，通信IC芯片，尤其是支持第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的IC芯片，將成為21世紀(jì)初全球半導(dǎo)體芯片業(yè)最大的應(yīng)用市場(chǎng)。

　　據(jù)美國(guó)國(guó)際市場(chǎng)調(diào)查公司Dataquest的資料顯示，1996年，全球通信設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為1673.54億美元；1998年達(dá)2132.79億美元；2000年達(dá)2574.62億美元。1996~2000年的年平均增長(zhǎng)率為11.4%。據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)預(yù)測(cè)，到2000年底，全球通信業(yè)總值將達(dá)1～1.2萬(wàn)億美元的規(guī)模，并將首次超過(guò)世界汽車業(yè)的總產(chǎn)值。這個(gè)數(shù)字表明， 2000年，由于全球通信業(yè)的迅猛發(fā)展，全球通信業(yè)年收入將突破萬(wàn)億美元大關(guān)，將會(huì)進(jìn)一步刺激全球半導(dǎo)體通信IC芯片業(yè)的更快發(fā)展。國(guó)際商務(wù)戰(zhàn)略一項(xiàng)研究顯示，全球通信IC 芯片市場(chǎng)銷售額將從1998年的283億美元增至2005年的904億美元。2000年通信業(yè)將繼續(xù)成為全球發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)。

　　中國(guó)通信IC芯片近年來(lái)發(fā)展也很快，據(jù)CCID 微電子研究部發(fā)布的一項(xiàng)市場(chǎng)調(diào)查和預(yù)測(cè)顯示，2000～2003年中國(guó)通信類整機(jī)應(yīng)用IC 芯片的市場(chǎng)規(guī)模將保持較快的增長(zhǎng)速度，2000年通信類整機(jī)用IC芯片的市場(chǎng)需求量為15.02億塊，比1999 年增長(zhǎng)21.62%，預(yù)計(jì)到2003年通信類整機(jī)用IC芯片的市場(chǎng)需求量將達(dá)68.77億塊。

　　在國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體芯片園地里，通信IC芯片正在向著體積小、速度快、多功能和低功耗的方向發(fā)展。

小巧玲瓏

　　美國(guó)模擬器件公司(ADI) 日前新研制成功世界上第一款用于無(wú)線通信手機(jī)的完全基于 (RAM)的基帶芯片組。這款小小的SoftFone芯片組，體積小巧，僅像火柴盒一般大小，能夠使移動(dòng)電話廠商和終端用戶輕松定制、選擇功能。 這種芯片組的功耗較小，成本也比較低，因而極具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。SoftFone芯片組完全基于RAM，GSM移動(dòng)電話廠商可利用普通硬件平臺(tái)裝入不同版本的軟件，以支持從高端到低端的全系列手機(jī)。ADI的這款SoftFone芯片組將于今年8月初大批面市。

　　為了進(jìn)一步縮小通信芯片的體積，科學(xué)家們正在研制一系列的采用非硅材料制造的芯片，例如砷化鎵(GaAs)芯片、鍺(Ge)芯片以及硅鍺(SiGe)芯片等。 這些非硅通信芯片的體積更小巧，能夠用來(lái)制造輕、薄、短、小的通信設(shè)備。

　　為了使通信終端設(shè)備做得越來(lái)越小，在數(shù)字蜂窩電話中，芯核RISC處理器構(gòu)成一個(gè)高集成度子系統(tǒng)的一部分?；鶐Р糠?，即RF 部分在通常的情況下集成一個(gè)RISC微控制器、一個(gè)低成本DSP、鍵盤、存儲(chǔ)器、屏控制器和連接邏輯。ARM公司的ARM7 TDM1十分適合于這種應(yīng)用，其每兆赫僅消耗1.85mW，相對(duì)低的 13MHz 速率與GSM900系統(tǒng)中的微控制器同步。RISC芯核在芯片上僅占4.9m2的面積，可以在較低的電壓下工作，因而片上存儲(chǔ)器的功耗往往低于片外存儲(chǔ)器。ROM的功耗也小于SRAM。在可能的情況下，采用空載模式更能節(jié)省功率。在一般情況下，片上必需包括一個(gè)鎖相環(huán)為DSP提供時(shí)鐘信號(hào)。

　　高集成度在DSP芯片中也應(yīng)用得很廣泛。 為用低功耗的小型器件進(jìn)行高水準(zhǔn)的調(diào)制和解調(diào)算法作業(yè)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出包含有DSP內(nèi)核電路的單片算法IC。在21世紀(jì)初的幾年內(nèi)，隨著微細(xì)化工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，在更多地采用0.25μmCMOS工藝之后，集成度將會(huì)得到進(jìn)一步的提高，而電壓和功耗將會(huì)進(jìn)一步降低，從而能夠?qū)⒂糜趨f(xié)議處理的CPU內(nèi)核電路也全部集中制作在一枚小小的芯片上。 Texas Instruments(TI)公司日前新推出的TMS320C6203產(chǎn)品，有250MHz、300MHz兩種型號(hào)，執(zhí)行速度高達(dá)2900MIPS，是目前世界上速度最快的DSP產(chǎn)品。這款芯片集成了7Mbits內(nèi)存，是目前在單機(jī)芯DSP里集成的最大內(nèi)存，采用18m2的BGA封裝，能夠節(jié)省插件板/系統(tǒng)空間，適用于3G無(wú)線基站、電信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)備。

　　使通信芯片實(shí)現(xiàn)微型化的另一種有效的途徑，是在半導(dǎo)體通信芯片制造工藝中采用更先進(jìn)的光刻技術(shù)，科學(xué)家們讓光透過(guò)掩膜形成一個(gè)影像，利用透鏡使這個(gè)影像縮小，并且巧妙地利用這種投影光，把芯片電路的輪廓投射到涂有一層硅的光刻膠上面，通過(guò)對(duì)透鏡的改進(jìn)，縮短光的波長(zhǎng)，并且改進(jìn)光阻材料，就可以把芯片電路蝕刻得更加細(xì)致入微，更加精確，從而制造出集成度更高、體積更小的通信芯片，使用這種芯片的移動(dòng)通信設(shè)備將變得更加便攜。

快如閃電

　　第三代移動(dòng)通信正在崛起，3G與第一代以及第二代移動(dòng)通信技術(shù)最大的不同，在于3G需要面向Internet和數(shù)據(jù)通信。因此，對(duì)新一代的手機(jī)IC芯片提出了更好的要求，要求手機(jī)IC芯片具有更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理能力，必需擁有更廣闊的存儲(chǔ)空間，用來(lái)存儲(chǔ)從網(wǎng)上下載的各種數(shù)據(jù)信息。此外，還要求新一代手機(jī)中被處理的信息不再僅僅是語(yǔ)音和指令，而是更復(fù)雜的多媒體信息，因此，要求新一代手機(jī)IC芯片必需擁有更高速的數(shù)據(jù)處理能力，要求其速度快如閃電。

　　為了使新一代手機(jī)擁有更大的存儲(chǔ)能力和更快的數(shù)據(jù)處理能力，將會(huì)提高手機(jī)的功耗，而要達(dá)到大數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)、 高速處理和功耗不增加這三種要求 ，新一代手機(jī)應(yīng)當(dāng)采用嵌入式flash（快閃）存儲(chǔ)技術(shù)、高性能的DSP和降低電池電壓等各種手段。

　　高速接口IC，用于通信網(wǎng)絡(luò)的中繼傳輸和幾個(gè)通信系統(tǒng)之間的高速傳輸，傳輸速度已經(jīng)按照ITU規(guī)定的SHD實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。除了與光纜接口的激光器驅(qū)動(dòng)電路和光接收電路等光電變換電路之外，其它的諸如幀同步、 糾錯(cuò)以及傳輸總線的多路分離等，都需要利用目前已經(jīng)向著微細(xì)化發(fā)展的CMOS 技術(shù)的高集成度;將其制作在一枚小小的芯片上。目前，以0.35μmCMOS技術(shù)制作的通信接口IC，能夠以2.4Gbps的速度進(jìn)行各種傳輸信息的處理，IC。

　　藍(lán)色巨人IBM和北方電訊(Nortel) 公司的科學(xué)家們還聯(lián)合研制出了一款制造材料既非硅、也非鍺的新型芯片，這就是SiGe芯片，它是由硅(Si)和鍺(Ge)兩種材料的混合物制造而成的，稱為SiGe混合物半導(dǎo)體芯片。 根據(jù)這兩家公司的合作協(xié)議，Nortel公司負(fù)責(zé)為幾種高速通信應(yīng)用程序?qū)ｉT設(shè)計(jì)這種新型SiGe芯片，而IBM公司則負(fù)責(zé)專門生產(chǎn)這種芯片。 這種SiGe芯片是目前其他一些非硅半導(dǎo)體芯片諸如砷化鎵芯片的有益的補(bǔ)充，SiGe芯片能夠有力地支持研發(fā)更復(fù)雜、高速的通信新產(chǎn)品。與砷化鎵芯片比較，SiGe芯片有著其明顯的優(yōu)勢(shì)，SiGe芯片的集成度更高，體積更小，功耗也更少。此外，SiGe芯片還有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，它可以用現(xiàn)有的硅芯片生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行加工，而不必另外添置其它的加工設(shè)備，從而能夠有效地降低生產(chǎn)成本，與其他的非硅芯片更具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
　　
　　美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)工程學(xué)院在最近研制成功一種新型光學(xué)芯片，這種芯片可以大大增加數(shù)據(jù)高速公路的信息容量，使上網(wǎng)用戶獲益匪淺。這種芯片是目前高速光電子信號(hào)檢測(cè)的世界紀(jì)錄保持者，它可以接收速度高達(dá)24Mbps的以激光脈沖傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，而目前絕大多數(shù)同類產(chǎn)品能夠處理的數(shù)據(jù)傳輸速度，僅為11兆位/秒。這所工程學(xué)院新推出的光學(xué)芯片，在同一種半導(dǎo)體疊層中集成了光檢測(cè)儀和放大裝置，不必采用會(huì)增加混合光感接收器制造成本的連接電線。這種芯片的電路包括一個(gè)可檢測(cè)輸入光束的P 型光電二極管和一個(gè)放大高速信號(hào)的異結(jié)雙極晶體管。這種芯片是在密執(zhí)安大學(xué)固態(tài)電子實(shí)驗(yàn)室采用一種半導(dǎo)體工業(yè)最常用的單步分子束外延生長(zhǎng)工藝研制成功的。雖然目前這種光學(xué)芯片的成本還比較高，但是，一旦這種制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，那么，光學(xué)芯片的成本和價(jià)格就會(huì)大大降低，屆時(shí)，光學(xué)芯片就會(huì)在電子業(yè)界和通信業(yè)界得到廣泛的應(yīng)用。

功能多樣

　　歐洲最大的半導(dǎo)體制造廠商Philips半導(dǎo)體公司日前推出新型的GSM GPRS芯片組，以便實(shí)現(xiàn)基于GSM移動(dòng)電話系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸，為移動(dòng)通信Internet和個(gè)人多媒體服務(wù)熱潮推波助瀾。這種芯片組基于Philips并購(gòu)的 VLSI 技術(shù)公司的OneC基帶控制器，這是目前業(yè)界最高集成度的GSM解決方案，它將成為利用 GPRS進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男乱淮苿?dòng)電話的核心。這種綜合GPRS方案的射頻部分是由Philips開(kāi)發(fā)的新型雙帶RF芯片組構(gòu)成的。GPRS OneC 和Philips以及第三方的RF方案相容，成為一款面向3G的新產(chǎn)品。Philips的下一代將會(huì)集成更多的新功能，例如GPS、MP3以及Bluetooth等，并且直接面向UMTX、WCDMA以及CDMA-2000等3G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。

　　Philips公司推出的兩款多功能電話通信芯片TEA1118以及 TEA1118A，可以應(yīng)用于可視電話、傳真電話一體機(jī)和室內(nèi)無(wú)繩電話基地臺(tái)等。TEA1118 芯片具有各種DECT應(yīng)用方案的多種語(yǔ)音電路功能，TEA1118A芯片也具有各種CTO/CT1模擬室內(nèi)無(wú)繩電話所需的DTMF撥號(hào)插入和噪聲控制等多種功能。內(nèi)置撥號(hào)和接口的低壓芯片TEA110A，則屬于TEA1112A的低價(jià)產(chǎn)品，采用DIP14/SO14兩種封裝，能夠?yàn)椴辉O(shè)發(fā)光二極管掛上/ 掛下指示與傳聲器噪聲抑制功能的電話提供具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)能力的解決方案。TEA111X系列的芯片產(chǎn)品則采用高密度雙極處理技術(shù)生產(chǎn)而成，可以使新型電話的設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。

　　AMD公司新推出兩款最先進(jìn)的手機(jī)用flash存儲(chǔ)器芯片:32MB的Am29BDS323和64MB的Am29BDS643，這兩款芯片都采用AMD公司創(chuàng)新的同步讀/寫結(jié)構(gòu)、高性能爆發(fā)模式接口以及超低電壓技術(shù)。

　　這兩款芯片可以在40MHz～54MHz的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行運(yùn)作，最適宜用于新一代的移動(dòng)通信手機(jī)，能夠支持多種創(chuàng)新的功能，例如上Internet的功能、PDA、視頻數(shù)據(jù)分流傳輸以及MP3等功能。Am29BDS323芯片的存取時(shí)間為20ns，而Am29BDS643芯片的存取時(shí)間僅為13.5ns，比其他的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品快，這種高速存取功能可以大大減少讀取flash代碼以及數(shù)據(jù)所需的等待狀態(tài)次數(shù)，從而確保微處理器可以充分發(fā)揮其性能。Nokia公司由于采用分組無(wú)線通信服務(wù)(GPRS)、EDGE以及第三代無(wú)線通信技術(shù)的新一代手機(jī)需要支持高速的數(shù)據(jù)傳輸，因而需要得到先進(jìn)的flash芯片的支持，而AMD公司推出的這兩款flash能夠滿足這種需求。

　　為了研制出多功能的移動(dòng)通信便攜式終端設(shè)備，要求通信芯片具有更高的集成度，從而將多種芯片集成到一塊芯片上，成為一體化芯片。Agere Systems公司（原Lucent Technologies微電子部），集中力量專攻通信設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)，成績(jī)斐然，這家公司曾經(jīng)創(chuàng)造了年銷售通信芯片30億美元的業(yè)績(jī)，其中，一體化多功能芯片占58%，居該公司所有產(chǎn)品銷售總額的12%。Agere最近還新推出了一款由11 個(gè)芯片組集成為一體的多功能移動(dòng)電話。另外一家業(yè)界巨頭TI ，最近幾年將其研發(fā)重點(diǎn)進(jìn)行了重新定位，加大了研發(fā)DSP及其他多功能通信芯片的力度，在研制開(kāi)發(fā)新款多功能通信芯片方面表現(xiàn)不俗，十分引人注目。

功耗不斷降低

　　長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們一直致力于研制能夠顯著地降低能耗的產(chǎn)品。最近，一種新推出的利用反向計(jì)算的方法設(shè)計(jì)的微處理器芯片可以大大降低耗電量。這種設(shè)計(jì)方法將導(dǎo)致功能強(qiáng)大的微處理器問(wèn)世，這種微處理器可用于諸如掌上型計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話和便攜式計(jì)算機(jī)等電流驅(qū)動(dòng)的裝置中，并且可以大大延長(zhǎng)這類裝置的運(yùn)行時(shí)間。美國(guó)麻省理工學(xué)院負(fù)責(zé)反向計(jì)算項(xiàng)目的著名科學(xué)家邁克爾. 弗蘭克在最近指出:“在不使用昂貴制冷系統(tǒng)的情況下，我們的研究已經(jīng)接近了高速微處理器所能散發(fā)熱量的物理極限”。弗蘭克和他的同事們認(rèn)為，除非散熱問(wèn)題能夠得到完美的解決，否則“摩爾定律”就將變得不再適用了。他們還指出，反向計(jì)算所涉及的技術(shù)，是解決微處理器散熱問(wèn)題的最佳方案。在反向計(jì)算中，每個(gè)運(yùn)算周期后存儲(chǔ)在微處理器中的信息并沒(méi)有完全被擦掉，擦掉信息時(shí)微處理器是不會(huì)發(fā)熱的，而是保留了某些信息，供下一個(gè)運(yùn)算周期使用?？茖W(xué)家們制造的理論模型表明，制造出只消耗相當(dāng)于目前微處理器1%電能的功能強(qiáng)大的微處理器是完全可能的。加州大學(xué)信息學(xué)學(xué)院的一個(gè)研究小組最近宣布，他們已經(jīng)研制出世界上第一塊利用某些反向計(jì)算技術(shù)的微處理器芯片。

　　Motorola公司半導(dǎo)體部新推出的FLEX芯片組，提供了處理FLEX 協(xié)議所需的所有器件，加速了專業(yè)人員設(shè)計(jì)的尋呼機(jī)產(chǎn)品投放市場(chǎng)的速度。FLEX 協(xié)議是開(kāi)發(fā)高速尋呼機(jī)de facto標(biāo)準(zhǔn)，它向?qū)I(yè)人員提供一組共同的規(guī)則，確保尋呼機(jī)的使用能夠跨越不同尋呼臺(tái)站的設(shè)備。 Motorola FLEX 芯片組包括 : 68175FLEX 字符數(shù)字芯片，68181FLEX漫游芯片，68175FCB FLEX開(kāi)發(fā)和新款模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片68176， 它能夠?qū)?8176模擬/ 數(shù)字芯片插在 FLEX 開(kāi)發(fā)板上 ，并且將 900MHz 射頻接收器連接到68175FLEX字符芯片或者68181漫游芯片上。ADC把由RF接收器檢測(cè)到的4級(jí)聲頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為2位數(shù)字信號(hào)，以供系統(tǒng)其余部分使用。 Motorola提供的68176芯片具有更寬的工作電壓范圍、較低的電源電壓和比其它ADC芯片更低的成本，深受廣大用戶青睞。