“超越手機”，東芝電子中國面向IoT布局芯片

　　從手機到“超越手機”

　　當前，智能手機等移動(dòng)設備在半導體的消耗量占壓倒性的多數(如圖1)。從手機近十年的發(fā)展歷程可見(jiàn)，原來(lái)是功能性手機，現在把原來(lái)PC等同的運算能力、云服務(wù)、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)、AI智能功能，已經(jīng)加入到了智能手機里(如圖2)。從另一個(gè)角度看，手機把類(lèi)似于人的五官的感知，諸如攝像頭、多軸傳感器等也匯總進(jìn)來(lái)。如果再加上執行器件，就會(huì )像人的肌肉一樣，可以形成機器人。

　　因此，隨著(zhù)智能手機的進(jìn)一步發(fā)展，越來(lái)越高的性能、低功耗、小型化、高性?xún)r(jià)比，可以廣泛應用到物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機、機器人等各種各樣的領(lǐng)域，即”超越手機”(beyond mobile)。

　　圖1 移動(dòng)設備引領(lǐng)半導體發(fā)展

　　圖2 移動(dòng)設備發(fā)展的示意圖

　　超越手機

　　為此，在近日舉辦的2018“慕尼黑上海電子展”期間，東芝電子元件及存儲裝置株式會(huì )社數字營(yíng)銷(xiāo)統括部總監吉本健、東芝電子(中國)公司副總經(jīng)理野村尚司、存儲器戰略業(yè)務(wù)企劃統括部總監中藤俊輔、存儲&電子元器件解決方案市場(chǎng)統括部總監譚弘先生介紹了東芝的“超越手機”規劃及展示的重點(diǎn)產(chǎn)品。

　　*VR(虛擬現實(shí))。從智能手機平臺進(jìn)入到其他領(lǐng)域的時(shí)候，會(huì )產(chǎn)生接口不一致的地方。例如VR主要是使用高清晰度的小型顯示設備，其實(shí)這是從智能手機顯示屏發(fā)展而來(lái)的，智能手機原來(lái)使用的是MIPI DSI(顯示屏串口接口協(xié)議)(如下圖)。但是VR主要從PC轉變來(lái)的，采用了大量的高清圖像，因此主要使用HDMI接口方式。因此圖像接口方式的制式統一是目前碰到的困難之一。再例如，智能手機的平臺和設備進(jìn)入到多媒體電視、安防監控領(lǐng)域的時(shí)候，也遇到同樣的問(wèn)題，非高清晰度的圖像接口并不具備大型的HDMI的接口。

　　為此，東芝推出了與接口互相轉換的橋接芯片，例如把MIPI CSI(攝像頭串行接口)接口轉換到HDMI相關(guān)的接口。

　　*智能家居

　　2017年智能音箱的發(fā)展迅猛，前提是需要在家庭的各個(gè)地方能組成智能網(wǎng)絡(luò )，且需要低功耗、小封裝的設備，而且能夠通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊，以實(shí)現語(yǔ)音和數據的傳輸，這是藍牙的應用場(chǎng)景之一。

　　為此，東芝推出的藍牙芯片TC35678整合了控制芯片，可實(shí)現很低的功耗(如下圖)。而且新的藍牙芯片不像過(guò)去那樣只能點(diǎn)對點(diǎn)通訊，現在已能組網(wǎng)(例如ScatterNet組網(wǎng))。芯片尺寸也越來(lái)越小，可以放到非常小的設備上。再有，可以實(shí)現長(cháng)距離傳輸，東芝的藍牙5方案最遠可以傳到600 m。而且，東芝的藍牙4.2版本最高電流只有3.3 mA，相當于能夠在鈕扣電池供電情況下使用3-4 年。

　　圖3 東芝BLE的部分產(chǎn)品及方案、規劃

　　2018年1月，東芝推出了基于第五代版本的藍牙技術(shù)的藍牙芯片，主要有兩個(gè)特點(diǎn)：①通訊距離可以實(shí)現近600 m，大大超越了以前的產(chǎn)品。②能夠支持寬溫度控制狀態(tài)，像這種非常惡劣的工作狀態(tài)都能實(shí)現，可以應用到車(chē)載或者工業(yè)上的極端要求的環(huán)境。

　　東芝另一個(gè)有趣的產(chǎn)品是語(yǔ)音控制方案：ApP Lite應用處理器——TZ2100。當前的智很多智能音箱產(chǎn)品必須要聯(lián)網(wǎng)才能識別語(yǔ)音命令。而東芝的ApP Lite方案可以不聯(lián)網(wǎng)，且識別的時(shí)間控制到0.3-0.4 s以下，而且可以根據不同場(chǎng)景進(jìn)行編程配置(下圖)，例如在廚房油煙機開(kāi)啟下識別語(yǔ)音。

　　*FlashAir集成了存儲、WiFi和網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器

　　東芝專(zhuān)利的FlashAir前兩年就有展示，今年新的方案不僅僅是Flash卡和Wi-Fi結合起來(lái)，而且整合了網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器(Webserver)的功能。即“Flash存儲、Wi-Fi、Webserver”三合一，用在有SD卡槽的終端設備上，實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)的應用(如下圖)。

　　*介于FPGA和ASIC之間的FFSA

　　FFSA介于FPGA和ASIC之間。FPGA的初期投入比較少，開(kāi)發(fā)靈活而快，但一旦投入量產(chǎn)，成本和功耗非常高。ASIC的研發(fā)周期較長(cháng)，而且先期的一次投入費用較高。因此可以用FPGA設計電路，需要降低成本的時(shí)候，再轉到FFSA上。據悉，部分國內外大型網(wǎng)絡(luò )路由器廠(chǎng)商和筆記本用固態(tài)硬盤(pán)控制器廠(chǎng)商已采用了FFSA。

　　*自動(dòng)駕駛

　　ADAS(高級輔助駕駛)與自動(dòng)駕駛成為熱點(diǎn)話(huà)題。東芝推出的圖像識別芯片能夠支持L3級駕駛。另外，歐盟2018年版的防碰撞標準——NCAP(新車(chē)碰撞測試) 2018(必要條件)提出，要能夠實(shí)現夜晚情況下檢測行人、自行車(chē)、橫向穿越的物體等。東芝新的Visconti 4芯片符合歐盟第四代的碰撞標準，已開(kāi)始量產(chǎn)。

　　Visconti 4與前代產(chǎn)品相比，處理速度進(jìn)一步提高，有8個(gè)圖像識別核心，可以實(shí)現8種不同的功能，處理時(shí)間縮短一半，可以降到50 ms以?xún)取?/p>

　　現在有一種趨勢，廠(chǎng)商把人工智能(AI)的算法做進(jìn)去。東芝在設計和研發(fā)的下一代的芯片當中，已經(jīng)加入了AI功能。其實(shí)在圖像處理、自動(dòng)駕駛等方面，和每個(gè)國家地區的場(chǎng)景、路況有非常緊密的關(guān)聯(lián)。東芝在推出基本核心產(chǎn)品以后，會(huì )對路況進(jìn)行進(jìn)一步的識別和訓練，以適合全世界各個(gè)市場(chǎng)。

　　那么，東芝的方案與英偉達有何區別呢?英偉達是通過(guò)GPU加速的方式進(jìn)行圖像識別。用GPU+GPU，就是把很多GPU加在一起來(lái)進(jìn)行圖像處理，其架構下面是很多GPU，然后在軟件層把算法加進(jìn)去，用運算量/軟件的算法進(jìn)行圖像的識別。從媒體公開(kāi)發(fā)布的信息來(lái)看，英偉達方案的功耗是500 W，但如果用Visconti來(lái)做，只有1~2 W。為何有這樣巨大的功率差?因為Visconti把算法集成到硬件的加速器上，以硬件為主來(lái)實(shí)現圖像識別。對于新能源車(chē)/電動(dòng)汽車(chē)，續航里程是非常關(guān)鍵的指標。所以在節省功耗方面，東芝的Visconti可以做更大的貢獻。

　　目前的Visconti 4是第四代產(chǎn)品。Visconti 的前幾代已獲采用，例如，第二代2015年已經(jīng)開(kāi)始通過(guò)日本的電裝量產(chǎn)，搭載在整車(chē)上，在日本、美國、歐洲市場(chǎng)上銷(xiāo)售。新的Visconti 4，整車(chē)廠(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)。

　　*車(chē)載網(wǎng)絡(luò )

　　隨著(zhù)自動(dòng)駕駛和車(chē)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來(lái)越多的傳感器/攝像頭搭載在車(chē)身上，帶來(lái)的挑戰是數據的傳輸需求越來(lái)越高。如果用車(chē)內的電纜進(jìn)行傳輸，會(huì )達到幾公里的長(cháng)度、幾十公斤的重量。為了解決這個(gè)矛盾，業(yè)內推出了新車(chē)專(zhuān)用的以太網(wǎng)。與現有的車(chē)載用的車(chē)身數據通訊系統、通訊的標準相比，車(chē)載的專(zhuān)用以太網(wǎng)的數據帶寬和傳輸效率有非常大的提高。

　　為此，東芝推出車(chē)載以太網(wǎng)橋接的芯片——TC 9560系列。

　　*新能源車(chē)用光耦

　　東芝的光耦是非常有特色的產(chǎn)品，連續十幾年占有世界光耦市場(chǎng)第一。東芝的光耦有17年以上給整車(chē)廠(chǎng)供貨的經(jīng)驗，在目前為止已經(jīng)有3億顆銷(xiāo)售到市場(chǎng)上，特點(diǎn)是低功耗(如下圖)。隨著(zhù)最近新能源車(chē)的大力推廣，車(chē)載光耦的市場(chǎng)越來(lái)越大，特別是在電池管理、電機驅動(dòng)部分，都廣泛使用到車(chē)載光耦來(lái)隔離信號。在國外的混動(dòng)車(chē)里，東芝約占60%~70%的份額。東芝三年前在中國市場(chǎng)開(kāi)始首推車(chē)規光耦。東芝已與本土很多整車(chē)廠(chǎng)商直接合作，有些測試已經(jīng)開(kāi)展一年多了，預計今年會(huì )有銷(xiāo)售量較大的知名車(chē)型上市。

　　圖 東芝車(chē)規級光耦消耗電流較低

　　*機器人

　　手機如果配上執行的部分，可以形成機器人的應用。東芝有豐富的電機控制經(jīng)驗和基礎，結合東芝的電機控制的芯片，整合到所需要的設備的驅動(dòng)部分、應用部分，就可以實(shí)現各種應用。

　　例如，全球最新發(fā)表的狗形智能寵物，就用到了東芝馬達的驅動(dòng)芯片，來(lái)實(shí)現執行和運動(dòng)。

　　*電源器件

　　2017年?yáng)|芝曾在慕尼黑上海電子展推薦過(guò)東芝的無(wú)線(xiàn)充電方案。在無(wú)線(xiàn)充電三大聯(lián)盟里，東芝加入了兩大聯(lián)盟。2017年?yáng)|芝推出了15 W左右的充電產(chǎn)品。隨著(zhù)iPhone X搭載無(wú)線(xiàn)充電裝置，現在無(wú)線(xiàn)充電設備已經(jīng)是百家爭鳴。東芝在無(wú)線(xiàn)充電的領(lǐng)域能夠提供從低功率，到中功率(15 W)以上的產(chǎn)品芯片。

　　東芝有特色的智能功率模塊(IPD)主要應用于家電的變頻電機的領(lǐng)域。公司把驅動(dòng)電機所需要的IPD驅動(dòng)模塊、二極管以及控制回路，封裝在一個(gè)模塊里面，稱(chēng)之為叫IPD，特點(diǎn)是600V貼片封裝，低損耗，能夠非常方便供家電用戶(hù)使用到變頻電機的控制上(如下圖)。

　　*存儲器及硬盤(pán)

　　東芝發(fā)布了最新的BICS FLASH™。隨著(zhù)智能手機、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)各方面的應用，對存儲的需求越來(lái)越大。整個(gè)世界對閃存的需求，每年的復合增長(cháng)率在40%左右。到2020年預估存儲的需求量是2016年的4倍以上，所以整個(gè)市場(chǎng)對存儲的需求會(huì )越來(lái)越高。

　　為了跟上不斷快速增長(cháng)的閃存需求，東芝積極在閃存生產(chǎn)領(lǐng)域進(jìn)行投資。2017年2月東芝已經(jīng)發(fā)布了建設最新的四日市工廠(chǎng)的第六棟，今年可以正式投產(chǎn)。今年第六棟第二期也將建成，接下來(lái)也會(huì )逐步投產(chǎn)。

　　東芝的四日工廠(chǎng)提供了全球產(chǎn)能的40%左右。除了東芝的四日工廠(chǎng)，在日本的巖手也新建一座閃存的新工廠(chǎng)，已經(jīng)開(kāi)始建設了。

　　從閃存工廠(chǎng)生產(chǎn)出來(lái)的芯片，進(jìn)入到各種存儲設備。從智能手機到再到其他應用，現在新的產(chǎn)品不斷推出。新的UFS和e-MMC的產(chǎn)品也推向市場(chǎng)。為了進(jìn)一步在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域引入新的產(chǎn)品，東芝推出了無(wú)線(xiàn)SDXC卡“FlashAir™”，集成了Wi-Fi技術(shù)和網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器(Webserver)功能，把它變成了一個(gè)與物聯(lián)網(wǎng)相連的產(chǎn)品。

　　關(guān)于SSD產(chǎn)品，今年準備投入市場(chǎng)的新產(chǎn)品是面向數據中心、企業(yè)級的東芝SSD產(chǎn)品，分為兩個(gè)系列：CM和PM。PM的接口是SAS，高性能。CM是最新的NVMe接口方式，主要是面對服務(wù)器和數據中心的產(chǎn)品。

　　圖 東芝近幾年的存儲器SSD及規劃

　　XG5和BG3是面向消費級市場(chǎng)的SSD產(chǎn)品，采用了東芝的最新的64層BiCS FLASH TLC芯片。

　　硬盤(pán)產(chǎn)品(HDD)方面，東芝是全球三大供應商之一，2016年是23%的市場(chǎng)份額，最近2017年還在不斷增長(cháng)。東芝希望不久后，硬盤(pán)份額能夠超過(guò)30%。

　　針對數據中心大容量數據存儲需求，東芝推出全球首個(gè)大容量14 TB CMR HDD(如下圖)。 

        它內部有九片磁片構成，中間不是用空氣，而是充的氦氣，來(lái)降低磨損動(dòng)作。這是東芝專(zhuān)門(mén)針對中國市場(chǎng)需求推出的產(chǎn)品，因為中國是全球監控攝像頭最大的生產(chǎn)商和出口制造基地。專(zhuān)門(mén)針對監控行業(yè)的硬盤(pán)產(chǎn)品，能夠同時(shí)服務(wù)于16路的視頻攝像頭，這樣一個(gè)專(zhuān)用監控的硬盤(pán)。

　　那么Flash未來(lái)的發(fā)展，是繼續增加層數，還是有其他的方式嗎?中藤俊輔稱(chēng)，目前東芝的量產(chǎn)產(chǎn)品是64層，接下來(lái)會(huì )量產(chǎn)最新的96層的3D的Flash閃存。同時(shí)現在正在開(kāi)發(fā)100多層的3D，會(huì )在不久的將來(lái)投入量產(chǎn)。當然無(wú)限制疊加芯片也是不可能的，我們也在預研開(kāi)發(fā)一些其他方案的存儲芯片。

　　目前TLC是市場(chǎng)的主宰，QLC出現以后，業(yè)界充滿(mǎn)了爭議。東芝SSD仍采用了TLC的技術(shù)，東芝如何看待QLC的SSD的發(fā)展前景?中藤俊輔解釋道，現在主要還是TLC，當然東芝也推出了一些QLC的產(chǎn)品和樣品。整個(gè)來(lái)講TLC和QLC這兩個(gè)產(chǎn)品，它的可靠性和讀寫(xiě)次數還是有較大的差異。在企業(yè)的服務(wù)器和數據中心的服務(wù)器當中，根據客戶(hù)的應用，其實(shí)對數據的存儲壽命和參數有不同的要求。QLC價(jià)格相對有優(yōu)勢，但是性能和可靠性，和TLC相比還是有比較大的差異。因此，QLC比較適合使用存儲不是經(jīng)常使用的數據，它的讀寫(xiě)次數有一個(gè)使用需求——不是熱數據的存儲，這比較適合。

　　今后可能會(huì )分成兩個(gè)市場(chǎng)，一個(gè)要求高性能的，但是對價(jià)格稍微高一點(diǎn)的市場(chǎng)。另外一個(gè)對性能要求不是很高，要求低成本的，可能是QLC SSD的市場(chǎng)。

　　那么車(chē)載存儲如何布局?中藤俊輔指出，現在東芝在車(chē)載市場(chǎng)是以車(chē)規用的e-MMC為主，今后會(huì )以UFS潮流向前發(fā)展。如果整車(chē)廠(chǎng)或者客戶(hù)需要更加大容量的車(chē)規的存儲，可能要選用UFS產(chǎn)品。選擇車(chē)規的Memory(內存)，其實(shí)Memory的控制器是一個(gè)關(guān)鍵的部分。東芝會(huì )和控制器廠(chǎng)商(注：含東芝內部生產(chǎn)的控制器)共同合作和整車(chē)廠(chǎng)進(jìn)行推進(jìn)。 目前為止，東芝主要是和Tier 1(汽車(chē)一級供應商)為主的客戶(hù)合作，2017年開(kāi)始與更多的整車(chē)廠(chǎng)進(jìn)行交流，進(jìn)行包括認證等合作，建立一個(gè)生態(tài)圈系統。

　　圖 車(chē)載存儲器市場(chǎng)長(cháng)期項目

　　結論

　　總之，當智能設備逐步超越手機的范疇，進(jìn)入到物聯(lián)網(wǎng)(IoT)或整個(gè)世界時(shí)，東芝布局了許多重點(diǎn)芯片產(chǎn)品來(lái)支持這些應用，例如連接類(lèi)芯片、圖像處理芯片、馬達驅動(dòng)芯片、電源和功率器件、存儲器等。