下一代芯片革命讓世界更快、更好、更智能

　　半導體、醫藥、消費電子行業(yè)公司--比如應用材料公司(Applied Materials)和恩智浦(NXP)--正在制造將改變我們身體、環(huán)境或交通方式的設備。

　　我們周?chē)氖澜绮痪脤⒈荒切┯绊懳覀兩羁臻g、我們的身體、以及影響我們聲光體驗的設備所吞沒(méi)，這些設備的動(dòng)力來(lái)自半導體與微型發(fā)動(dòng)機的創(chuàng )新結合。諸如給智能手機充電、煮雞蛋之類(lèi)的簡(jiǎn)單任務(wù)，以及復雜如掃描結直腸癌或為長(cháng)距離飛行無(wú)人機提供動(dòng)力等都將被改變。

　　通過(guò)將刺激信號轉變?yōu)槎M(jìn)制數據，傳感器賦予機器感知光線(xiàn)、高度、濕度的能力。即將來(lái)臨的革命將充滿(mǎn)反其道而行之的所謂致動(dòng)器。通過(guò)將二進(jìn)制數據轉換為某種形式的力量，比如光線(xiàn)、電磁波，甚至能夠推動(dòng)物體的物理壓力，致動(dòng)器能夠讓機器使我們的世界簡(jiǎn)單化。

　　致動(dòng)器像之前的傳感器一樣，是科技上下求索的部分成果，目的是為了讓機器做越來(lái)越多的事情，效率越來(lái)越高，有史以來(lái)最高效的信息設備微處理器即是其典型體現。

　　斯坦福大學(xué)機械工程系副教授薩福(Paul Saffo)表示，我們花了五十年時(shí)間打造計算機的大腦(微處理器)，現在應該給這些大腦相應的肌肉影響我們的世界了。

　　“大家可以隨便看看任何笨重的東西，然后把它做得又小又便宜，”薩福說(shuō)。“未來(lái)便是我們如何用更少的東西做更多的工作。”

　　于是整個(gè)工業(yè)都將被重新塑造。比如，化石燃料市場(chǎng)將遭受新的挫折，因為電動(dòng)汽車(chē)用一塊簡(jiǎn)單的充電板電可充電，其方式就像座充給Apple Watch充電一樣。

　　生命科學(xué)市場(chǎng)也將不得不適應新的世界，在這個(gè)世界口服一粒膠囊便可進(jìn)行檢查和治療。配備致動(dòng)器的機器人能夠十分精確地移動(dòng)部件和進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電，從而將承擔更多制造任務(wù)。

　　在這個(gè)更快、更好、更智能的世界里，致勝者將是應用材料之類(lèi)的公司，這是全球最大的半導體制造設備公司，正在開(kāi)發(fā)利用創(chuàng )新材料更高效地動(dòng)用能源的辦法。Integrated Device Technology公司(IDT)之類(lèi)歷史較老的模擬芯片公司將因其掌握電能運動(dòng)的能力而獲得新的重要性。新近上市的明星公司，比如無(wú)線(xiàn)能源公司Energous，隨著(zhù)其產(chǎn)品成為現實(shí)將獲得優(yōu)勢。造就致動(dòng)器革命的更多公司尚未上市。

　　拿微波爐這樣的笨設備來(lái)說(shuō)吧。在芯片制造商恩智浦亞利桑那州辦公大樓的一間會(huì )議室里，幾臺微波爐放在一起做演示。負責該公司新興應用部門(mén)及射頻烹飪的維薩(Dan Viza)希望通過(guò)烹飪一個(gè)雞蛋來(lái)顯示公司芯片的神奇功能。

　　你不能在微波爐里烹飪雞蛋。因為微波爐發(fā)射微波的磁控管力量太大，會(huì )使雞蛋爆炸。維薩的電器看起來(lái)就像一臺傳統微波爐，但安裝了一個(gè)功率放大器，即恩智浦銷(xiāo)售多年的芯片。該芯片用在移動(dòng)蜂窩基站中向你的手機發(fā)送射頻信號。

　　在微波爐中，功率放大器就是利用微波輻射刺激食物分子的致動(dòng)器。但它能夠持續改變微波輻射強度，和磁控管的統一輻射不同，當食物比較嬌嫩時(shí)能夠調低輻射強度。最后烹飪出來(lái)的雞蛋變了形，裝在小盤(pán)子里。咬一口會(huì )發(fā)現雞蛋硬，不好吃，但也并非嚼不動(dòng)--介于煮雞蛋和蒸雞蛋之間，但完全可以吃。

　　維薩及其同事、恩智浦射頻芯片業(yè)務(wù)經(jīng)理哈特(Paul Hart)表示，如果功率放大器能夠烹飪一個(gè)雞蛋，那它也能烹飪整頓飯。他倆把它稱(chēng)之為“高分辨率烹飪”設備。維薩說(shuō)，磁控管以要么打開(kāi)要么關(guān)閉的方式提供微波輻射，但利用恩智浦的芯片就能夠控制微波輻射，為不同溫度區間的食品分配熱源，為蔬菜、肉類(lèi)、面包等你放進(jìn)去的食品適用不同的加熱方式。

　　這本身不是什么新技術(shù)，多年來(lái)恩智浦一直在出售功率放大器。但直到2014年，該公司才能夠以完全符合家電制造商標準的方式制造一臺足以高效地將電力轉化為熱量的設備。

　　和恩智浦的芯片不同，一些致動(dòng)器需要半導體材料實(shí)現突破。前途最光明的突破之一是由氮化家化合物做成的半導體材料。在將電子運動(dòng)轉變?yōu)橄蛲廨椛涞哪茉捶矫?，這種材料比硅有效得多。

　　氮化鎵(GaN)獲得了越來(lái)越多的追隨者?？偛课挥诩又莞ダ锩商氐膭?chuàng )業(yè)公司Soraa利用該技術(shù)開(kāi)發(fā)了發(fā)光光譜大大拓寬的新型LED燈泡。在這種燈泡的照射下，色彩顯得比典型LED燈照射下更加豐富。

　　對于GaN的熱情，很少有人比得上加州創(chuàng )業(yè)公司Efficient Power Conversion (EPC)聯(lián)合創(chuàng )始人兼CEO李都(Alex Lidow)。他的團隊正在推廣令人震驚的大量創(chuàng )新。其中一項是以色列公司Check-Cap開(kāi)發(fā)的結直腸癌檢測藥丸。結直腸癌是美國癌癥第二大死因，五十歲以上的美國人都建議進(jìn)行結直腸癌篩查，但40%的人沒(méi)有進(jìn)行篩查。Check-Cap CEO丹澤爾(Bill Densel)稱(chēng)，篩查很有效果，能挽救性命，但過(guò)程很不舒服，令人尷尬，所以人們不去。

　　EPC的GaN芯片放在藥丸里，由病人吞服，無(wú)需禁食。藥丸進(jìn)入體內之后，隨著(zhù)組織暴露于X光之下，GaN芯片檢測到從結直腸壁反彈的光子。這些光子可用來(lái)生成結直腸的360度輪廓圖。該光子數據發(fā)送到病人穿戴的無(wú)線(xiàn)接收器。

　　平均兩三天后藥丸從體內排出，病人把無(wú)線(xiàn)接收器交給醫生分析。向結直腸內壁突出的息肉，以及那些不規則的東西，我們在看輪廓圖的時(shí)候便一覽無(wú)余，丹澤爾這樣解釋息肉和腫瘤探測。這項檢查預計花費約六百美元，而結腸鏡檢查就需1200美元或更多，還不包括麻醉費用。

　　Check-Cap正在準備一系列臨床研究，最終在2018年進(jìn)行美國食品藥品管理局審批研究，預計可在明年完成。該公司今年8月進(jìn)行了注冊直接公開(kāi)募股，現金充足，能夠用到明年。值得一提的是，Check-Cap仍然是一家處于發(fā)展階段的公司，股票市值只有2300萬(wàn)美元。

　　EPC正在與另一家未披露名稱(chēng)的公司合作，開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)供電人工心臟，不再向患者身體接入各種金屬線(xiàn)。

　　另一項用途以色列創(chuàng )業(yè)公司BlueWind Medical(Rainbow Medical子公司)正在開(kāi)發(fā)。該公司制造一種神經(jīng)刺激設備包圍神經(jīng)末梢，通過(guò)對突觸產(chǎn)生小的電場(chǎng)來(lái)調節痛感。該設備可由患者通過(guò)體外無(wú)線(xiàn)控制器開(kāi)關(guān)減輕痛感，一天最長(cháng)可用八小時(shí)，定將成為止痛藥的替代品。

　　不過(guò)，很少有東西像李都所想的那樣富余遠見(jiàn)，他認為筆記本電腦電源線(xiàn)將成為歷史。“十年內，我們將開(kāi)始看到電源線(xiàn)的消失，”他說(shuō)。我不知道誰(shuí)會(huì )喜歡電源線(xiàn)。

　　EPC與絕大多數無(wú)線(xiàn)電源制造公司往來(lái)，其中之一為上文所提IDT。該公司制造“磁性電感器”部件，通過(guò)向磁線(xiàn)圈送電，能源可傳輸到與之接觸的另一線(xiàn)圈。這就是Apple Watch的充電方式。迄今為止IDT賣(mài)出了7000多萬(wàn)無(wú)線(xiàn)充電器芯片，是業(yè)內老大。

　　IDT首席技術(shù)專(zhuān)家Sailesh Chittipeddi認為，電感器大有用武之地，銷(xiāo)量會(huì )達到數億規模。

　　在傳感器方面，汽車(chē)是一個(gè)重要試驗場(chǎng)。汽車(chē)裝備的電子產(chǎn)品越來(lái)越多，比如特斯拉的17英寸視頻儀表盤(pán)和車(chē)載攝像頭。所有這些都使得芯片的電線(xiàn)連接增多。Chittipeddi表示，各部件之間的電線(xiàn)連接幾乎占到整車(chē)重量的三分之一。

　　Chittipeddi說(shuō)，汽車(chē)側視鏡控制可由電感器而非電線(xiàn)供電;汽車(chē)制造商正在盡可能地采用無(wú)線(xiàn)技術(shù)以設法降低成本。

　　目標更宏偉的是無(wú)需接觸便可運行的磁共振。Lidow的公司正與包括波士頓WiTricity在內的眾多團隊合作。WiTricity公司創(chuàng )始人是麻省理工物理學(xué)教授索爾亞契奇(Marin Soljacic)，解決了調諧磁線(xiàn)圈以更加高效地傳輸能源的辦法。

　　WiTricity CEO格魯森(Alex Gruzen)表示，公司與一家大型筆記本電腦制造商就即將實(shí)現的無(wú)線(xiàn)充電能力達成協(xié)議，并與汽車(chē)制造商合作以實(shí)現千瓦級電力無(wú)線(xiàn)傳輸。“設想一下你的車(chē)庫地面上有一塊襯墊，汽車(chē)停在上面便可自動(dòng)充電，距離汽車(chē)底盤(pán)一兩英尺無(wú)線(xiàn)充電，” 格魯森說(shuō)。

　　對有的人來(lái)說(shuō)，IDT和WiTricity的接觸式充電或短距離充電還不夠遠大。無(wú)線(xiàn)和半導體業(yè)界資深人士經(jīng)營(yíng)的Energous認為，通過(guò)利用類(lèi)似恩智浦微波爐技術(shù)的射頻電源，可在最遠達15英尺的距離對房間內的設備無(wú)線(xiàn)充電。

　　這種充電方式不如有線(xiàn)充電快速，但如果你周?chē)砻娴教幎记度雮鬏斣O備，能夠持續使用，那么快速也就沒(méi)有必要。Energous CEO雷佐尼(Ateve Rizzone)表示，在這種情況下，從你駕車(chē)到坐在辦公室，再到在家休息的時(shí)間，你的可穿戴設備或手機都會(huì )源源不斷地獲得電力，持續滿(mǎn)電運行;設備電力耗盡，急急忙忙找插座的時(shí)間將減少。

　　也有持懷疑態(tài)度者，其中部分是專(zhuān)業(yè)人士，比如TechInsights子公司Chipworks科技情報部副總裁莫里森(Jim Morrison)。莫里森認為，無(wú)線(xiàn)電源至少還要等五年，它太超前，目前根本不具成本效益。

　　還有Seeking Alpha網(wǎng)站，網(wǎng)站上一些博士論文式的文章反駁Energous的技術(shù)主張。

　　雷佐尼謹慎表示，“賣(mài)空者已成為一個(gè)問(wèn)題。他們非常聰明，綜合了很多聽(tīng)上去振振有詞的精確數字，造成一定程度的擔憂(yōu)，但我們將繼續克服這些問(wèn)題。”事實(shí)上該股今年累計上漲了一倍多，自2014年3月上市以來(lái)累計上漲56%。“因為最終該技術(shù)是實(shí)實(shí)在在的，是安全的，我們將獲得聯(lián)邦通信委員會(huì )的批準，”雷佐尼說(shuō)。

　　雷佐尼說(shuō)，利用Energous技術(shù)的首批產(chǎn)品是接觸式充電器，定于明年一季度出貨;無(wú)線(xiàn)充電距離在一個(gè)房間的非接觸式充電器將隨后于明年末出貨。

　　從射頻烹飪到體內的GaN藥丸再到無(wú)線(xiàn)充電，所有這些技術(shù)都將被其產(chǎn)品組裝方式推動(dòng)或阻礙。組裝這些產(chǎn)品則是應用材料公司的一項工作，該公司是向英特爾和其它芯片制造商提供有關(guān)工具的全球最大供應商。比如，汽車(chē)具有圖像投射到儀表盤(pán)之上的“平視”顯示器。“平視”顯示器用了很多微型鏡面，這些鏡面像無(wú)數個(gè)小型機械構件，具有名為微機電系統的移動(dòng)部件。

　　汽車(chē)制造商希望這類(lèi)微型鏡面與推動(dòng)鏡面的控制電路制造在同一塊硅板上，因為如此將節省電力。但迄今為止還不可能做到這樣。

　　應用技術(shù)公司已經(jīng)找到了利用硅鍺化合物集成二者的辦法，并表示已做好向客戶(hù)演示的準備。

　　應用技術(shù)公司首席專(zhuān)家那拉馬蘇(Om Nalamasu)表示，這種創(chuàng )新通常將提高材料工程在打造創(chuàng )新設備中的作用;上世紀80年代末，大部分半導體產(chǎn)品用了六七種元素，如今要用到元素周期表中的一半。

　　作為機器肌肉的致動(dòng)器與作為其耳目的傳感器結合將如何?這將極大造福人類(lèi)，尤其是在醫療領(lǐng)域，不過(guò)機器本身也將獲得最大的優(yōu)勢。

　　對人類(lèi)來(lái)說(shuō)，傳感器可探測人的腦電波，將思想轉換為使致動(dòng)器移動(dòng)四肢的信號--也許在脊柱或神經(jīng)受損的情況下，類(lèi)似于科學(xué)家霍金(Stephen Hawking)通過(guò)轉動(dòng)眼球在計算機上打字類(lèi)似。

　　更切實(shí)的前景在于，被無(wú)線(xiàn)充電解放的電動(dòng)汽車(chē)將通過(guò)傳感器自動(dòng)導航到最近的充電站，無(wú)需人工插上插頭充電。這類(lèi)連續充電系統將使得高容量電池沒(méi)有必要，從而增強交通工具中電力動(dòng)力與汽油動(dòng)力的競爭力。這顯然還將促進(jìn)無(wú)人駕駛汽車(chē)的進(jìn)展。

　　與之類(lèi)似，內置致動(dòng)器以操縱物體的機器人甚至可承擔更多的工廠(chǎng)工作。由于地面充電站通過(guò)射頻傳輸向飛行中的無(wú)人機傳輸電力，無(wú)人機可飛行更遠的距離。

　　投資者迷戀于因傳感器而實(shí)現的手機應用(比如跟蹤健身計劃、監測用戶(hù)所處位置天氣和發(fā)現附近公司的應用)的經(jīng)濟潛力。不過(guò)這些投資者將被接下來(lái)的傳感器--致動(dòng)器震驚。致動(dòng)器改變日常環(huán)境的能力將使得我們周?chē)氖澜缦袷謾C內的世界一樣五彩繽紛，這對投資者來(lái)說(shuō)甚至更加有前途。