無線芯片在高集成化中尋找機(jī)遇與困惑

摘要：本文從多個(gè)角度介紹了在無線芯片日益高集成化的趨勢(shì)下，各種無線技術(shù)集成在一起帶來的市場(chǎng)發(fā)展新機(jī)遇以及遇到的具體問題，力求從多個(gè)公司的角度探討無線芯片未來發(fā)展的主要方向。
關(guān)鍵詞：無線芯片；功能集成；Wi-Fi；藍(lán)牙；

　　連接性是未來電子產(chǎn)品最值得期待的特性，幾乎所有的電子產(chǎn)品消費(fèi)者都希望能夠通過無線連接與其他設(shè)備進(jìn)行互動(dòng)，因此，未來每個(gè)電子產(chǎn)品都有一個(gè)射頻收發(fā)模塊將成為無線芯片最主要的市場(chǎng)推動(dòng)力，在這樣龐大的市場(chǎng)機(jī)遇面前，并不是每個(gè)公司都可以分一杯羹，隨著無線技術(shù)的成熟，無線市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)遠(yuǎn)比以前更為激烈和復(fù)雜。

集成化趨勢(shì)

　　無線半導(dǎo)體市場(chǎng)在早期以手機(jī)半導(dǎo)體為主，基帶是最早無線芯片的核心，TI正是以此奠定多年無線半導(dǎo)體老大的地位，隨著基帶技術(shù)的成熟和普及，NXP、Skyworks、ADI和MTK等公司的產(chǎn)品與TI在質(zhì)量上不相上下，基帶市場(chǎng)逐漸飽和并形成均勢(shì)的格局，而隨著無線網(wǎng)絡(luò)和無線連接技術(shù)的普及，其他無線標(biāo)準(zhǔn)芯片逐漸成為無線市場(chǎng)的主力，并且催生了一系列新興無線半導(dǎo)體廠商。

　　目前，無線半導(dǎo)體的主要應(yīng)用領(lǐng)域是便攜消費(fèi)產(chǎn)品（手機(jī)依然是其中最主要的載體），這就注定要持續(xù)面臨低功耗和低成本要求，與此同時(shí)，不同的接入標(biāo)準(zhǔn)也逐漸吸引消費(fèi)者，因此將不同的標(biāo)準(zhǔn)引入到單一設(shè)備，特別是手機(jī)中，就成為未來無線半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的主要方向，并由此開始了高集成化在無線半導(dǎo)體技術(shù)中的關(guān)鍵角色。

圖1　無線連接成為便攜設(shè)備新需要

　　博通（Broadcomm）公司是倡導(dǎo)無線芯片高集成化的主力軍之一，作為一家以通信技術(shù)起家的Fabless公司，博通公司大中華區(qū)總經(jīng)理梁宜認(rèn)為，未來無線市場(chǎng)將是以高集成度取勝的領(lǐng)域，對(duì)于博通來說，意味著需要將多種無線技術(shù)集成在一顆芯片上，并且在每個(gè)技術(shù)上都需要保持技術(shù)優(yōu)勢(shì)才能取得競(jìng)爭(zhēng)的勝利，因此企業(yè)在集成化技術(shù)上的實(shí)力和全面技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)將是未來無線半導(dǎo)體企業(yè)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力。如果按博通公司的業(yè)務(wù)劃分，無線和手機(jī)應(yīng)用已經(jīng)占據(jù)公司1/3以上的市場(chǎng)份額，梁宜認(rèn)為，博通產(chǎn)品在市場(chǎng)上取勝的關(guān)鍵之一就是博通一直在IC設(shè)計(jì)的集成度上優(yōu)勢(shì)明顯。

　　博通公司認(rèn)為無線半導(dǎo)體未來一個(gè)重要的需求是Mobile與Wireless技術(shù)的整合，特別是將Wi-Fi、Bluetooth、GPS、FM等多種無線技術(shù)整合到盡可能少的芯片中，為單一設(shè)備提供多種連接方式將廣受市場(chǎng)的歡迎。由于多種無線技術(shù)工作在相近的頻段，并且射頻電路有許多相似之處，這就為集成提供了更多的可能性。與博通持相同觀點(diǎn)的還包括另外兩家領(lǐng)先的無線半導(dǎo)體廠商，CSR和Atheros。

　　Atheros公司是以標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝設(shè)計(jì)無線射頻芯片為主，并且在高性能和低功耗結(jié)合角度取得很大成功。該公司GPS業(yè)務(wù)拓展總監(jiān) James Horng肯定地認(rèn)為，未來通信半導(dǎo)體產(chǎn)品如果不能做成單芯片，將缺乏足夠的成本競(jìng)爭(zhēng)力，在未來五年內(nèi)，Bluetooth+Wi-Fi+GPS將成為絕大多數(shù)可連接無線設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置，至少?gòu)姆庋b成本來看，單芯片與多芯片相比就有了足夠的成本優(yōu)勢(shì)，更何況還能降低功耗、縮減體積。

　　依靠藍(lán)牙技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)發(fā)展起來的CSR公司則在應(yīng)用角度更為貼近市場(chǎng)需求，該公司中國(guó)區(qū)總經(jīng)理吳松如將無線集成技術(shù)的范圍延伸到更多技術(shù)，他認(rèn)為NFC（近距離通信）和FM調(diào)頻收發(fā)技術(shù)同樣將會(huì)在未來的個(gè)人電子設(shè)備中與其他無線技術(shù)集成到一起。隨著智能交通的發(fā)展，個(gè)人NFC特別是無源NFC技術(shù)將會(huì)在便攜電子產(chǎn)品（比如手機(jī)）中獲得廣闊的應(yīng)用前景，毫無疑問，如果能將NFC和其他無線技術(shù)融合在一起，將是個(gè)極有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。

　　雖然在市場(chǎng)上，這幾家公司彼此存在許多競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域，但對(duì)于無線技術(shù)相近的看法正是幾家公司取得成功的原因之一。博通最初主攻網(wǎng)絡(luò)通信，CSR則是藍(lán)牙起家，Wi-Fi是Atheros成功的基礎(chǔ)，三家公司在技術(shù)上各有擅長(zhǎng)，不過都強(qiáng)調(diào)出色的射頻設(shè)計(jì)是決定產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。隨著無線技術(shù)的發(fā)展，三家公司已經(jīng)步調(diào)一致地將未來維系在Bluetooth+Wi-Fi+GPS為基礎(chǔ)的無線半導(dǎo)體單芯片集成產(chǎn)品領(lǐng)域。另一個(gè)相同的地方是，三家公司都認(rèn)為GPS技術(shù)若要取得大范圍應(yīng)用，未來必須將芯片成本降低到1美元以下。

面臨的問題

　　集成化作為未來無線半導(dǎo)體的趨勢(shì)，意味著要將更多的無線技術(shù)集成到同一顆芯片中，這不僅對(duì)IC設(shè)計(jì)能力提出挑戰(zhàn)，同時(shí)面臨很多其他的問題。

　　博通公司的梁宜認(rèn)為，無線技術(shù)的集成面臨最大的問題并不是如何把這些電路集成到一顆芯片上，而是在于集成之后如何工作，這其中抗干擾能力是面臨的最大挑戰(zhàn)。特別是在集成度不斷增加之后，確保不同標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)在工作時(shí)的相對(duì)獨(dú)立和減少其他技術(shù)對(duì)其的干擾就成為一個(gè)亟待解決的問題。如果不能有效解決不同電路之間的干擾問題，那么集成就失去了應(yīng)有的意義。

　　CSR公司的吳松如談到這個(gè)問題時(shí)認(rèn)為，集成之后的一個(gè)重點(diǎn)問題是射頻和天線，特別是不同無線技術(shù)雖然射頻端電路有很多相似的地方，但在天線部分還存在很多不同，比如藍(lán)牙技術(shù)的天線短但是要求功率較大，而FM技術(shù)的天線則要求環(huán)形長(zhǎng)天線，這就造成即使芯片可以集成多功能但天線將成為未來設(shè)計(jì)的制約因素。

　　Atheros公司的Horng則把無線集成技術(shù)未來的瓶頸定位在射頻設(shè)計(jì)上，隨著集成度的提高和制程的進(jìn)步，無線半導(dǎo)體留給模擬部分的面積越來越緊湊，65nm工藝對(duì)射頻設(shè)計(jì)而言并沒有什么優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閿?shù)字技術(shù)可以輕易縮小，模擬部分則面臨很多困難，這也是65nm射頻產(chǎn)品效率不高的主要問題。

　　除了這些技術(shù)上亟待解決的問題之外，無線半導(dǎo)體的集成還面臨許多應(yīng)用上的困惑。博通公司梁宜就明確指出，無線半導(dǎo)體雖然集成是大趨勢(shì)，但如何規(guī)劃集成技術(shù)的產(chǎn)品路線圖有很大的學(xué)問，必須充分考慮到市場(chǎng)的需求和實(shí)際設(shè)計(jì)特別是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的定位，否則，一味追求高集成度而融合更多無線技術(shù)可能適得其反。

圖2　多功能產(chǎn)品對(duì)無線連接的需求

　　誠(chéng)然，在單芯片中集成更多的無線技術(shù)可以降低總體成本，但集成技術(shù)越多意味著設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)越大，其成本比少集成一兩種技術(shù)還是要高一點(diǎn)的，因此集成也需要滿足成本和功能之間的平衡。另外，由于集成之后面臨著共用射頻電路的問題，因此集成在一顆芯片上的多種無線技術(shù)必然不能同時(shí)應(yīng)用，這就促使經(jīng)常或者偶爾需要同時(shí)開啟的業(yè)務(wù)必須盡可能保持在不同的芯片之上；而且還必須解決多種技術(shù)同時(shí)應(yīng)用的干擾問題，這要求在芯片設(shè)計(jì)時(shí)必須合理考慮不同標(biāo)準(zhǔn)之間的抗干擾條件的不同。上述這些問題意味著，即使集成更多無線技術(shù)是未來無線芯片發(fā)展的最主要趨勢(shì)，但集成不是簡(jiǎn)單地將無限多的技術(shù)統(tǒng)統(tǒng)扔進(jìn)一顆芯片，依然要在性能、成本和功耗等前提下實(shí)現(xiàn)有效地多種標(biāo)準(zhǔn)集成。