通信芯片四大發(fā)展趨勢

    據世界半導體貿易統計協(xié)會(huì )(WSTS)日前發(fā)布的一份預測報告顯示，世界半導體市場(chǎng)未來(lái)三年將保持兩位數的增長(cháng)，這份報告還表明，全球半導體業(yè)之所以能夠復蘇，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(cháng)，給全球半導體業(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(xiàn)Internet和無(wú)線(xiàn)數據傳輸業(yè)的發(fā)展，開(kāi)始超過(guò)了PC機芯片的發(fā)展。IDC的專(zhuān)家預測，通信IC芯片，尤其是支持第三代移動(dòng)通信系統的IC芯片，將成為21世紀初全球半導體芯片業(yè)最大的應用市場(chǎng)。

　　據美國國際市場(chǎng)調查公司Dataquest的資料顯示，1996年，全球通信設備市場(chǎng)規模為1673.54億美元；1998年達2132.79億美元；2000年達2574.62億美元。1996~2000年的年平均增長(cháng)率為11.4%。據國際電信聯(lián)盟(ITU)預測，到2000年底，全球通信業(yè)總值將達1～1.2萬(wàn)億美元的規模，并將首次超過(guò)世界汽車(chē)業(yè)的總產(chǎn)值。這個(gè)數字表明， 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)一步刺激全球半導體通信IC芯片業(yè)的更快發(fā)展。國際商務(wù)戰略一項研究顯示，全球通信IC 芯片市場(chǎng)銷(xiāo)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)將繼續成為全球發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)。

　　中國通信IC芯片近年來(lái)發(fā)展也很快，據CCID 微電子研究部發(fā)布的一項市場(chǎng)調查和預測顯示，2000～2003年中國通信類(lèi)整機應用IC 芯片的市場(chǎng)規模將保持較快的增長(cháng)速度，2000年通信類(lèi)整機用IC芯片的市場(chǎng)需求量為15.02億塊，比1999 年增長(cháng)21.62%，預計到2003年通信類(lèi)整機用IC芯片的市場(chǎng)需求量將達68.77億塊。

　　在國內外半導體芯片園地里，通信IC芯片正在向著(zhù)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(xiàn)通信手機的完全基于 (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(huà)廠(chǎng)商和終端用戶(hù)輕松定制、選擇功能。 這種芯片組的功耗較小，成本也比較低，因而極具競爭優(yōu)勢。SoftFone芯片組完全基于RAM，GSM移動(dòng)電話(huà)廠(chǎng)商可利用普通硬件平臺裝入不同版本的軟件，以支持從高端到低端的全系列手機。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、小的通信設備。

　　為了使通信終端設備做得越來(lái)越小，在數字蜂窩電話(huà)中，芯核RISC處理器構成一個(gè)高集成度子系統的一部分?；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(pán)、存儲器、屏控制器和連接邏輯。ARM公司的ARM7 TDM1十分適合于這種應用，其每兆赫僅消耗1.85mW，相對低的 13MHz 速率與GSM900系統中的微控制器同步。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，因而片上存儲器的功耗往往低于片外存儲器。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。

　　高集成度在DSP芯片中也應用得很廣泛。 為用低功耗的小型器件進(jìn)行高水準的調制和解調算法作業(yè)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出包含有DSP內核電路的單片算法IC。在21世紀初的幾年內，隨著(zhù)微細化工藝技術(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，從而能夠將用于協(xié)議處理的CPU內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，執行速度高達2900MIPS，是目前世界上速度最快的DSP產(chǎn)品。這款芯片集成了7Mbits內存，是目前在單機芯DSP里集成的最大內存，采用18m2的BGA封裝，能夠節省插件板/系統空間，適用于3G無(wú)線(xiàn)基站、電信系統和網(wǎng)絡(luò )基礎設施的設備。

　　使通信芯片實(shí)現微型化的另一種有效的途徑，是在半導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)對透鏡的改進(jìn)，縮短光的波長(cháng)，并且改進(jìn)光阻材料，就可以把芯片電路蝕刻得更加細致入微，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和數據通信。因此，對新一代的手機IC芯片提出了更好的要求，要求手機IC芯片具有更強大的數據存儲和數據處理能力，必需擁有更廣闊的存儲空間，用來(lái)存儲從網(wǎng)上下載的各種數據信息。此外，還要求新一代手機中被處理的信息不再僅僅是語(yǔ)音和指令，而是更復雜的多媒體信息，因此，要求新一代手機IC芯片必需擁有更高速的數據處理能力，要求其速度快如閃電。

　　為了使新一代手機擁有更大的存儲能力和更快的數據處理能力，將會(huì )提高手機的功耗，而要達到大數據量存儲、 高速處理和功耗不增加這三種要求 ，新一代手機應當采用嵌入式flash（快閃）存儲技術(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)通信系統之間的高速傳輸，傳輸速度已經(jīng)按照ITU規定的SHD實(shí)現標準化。除了與光纜接口的激光器驅動(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、 糾錯以及傳輸總線(xiàn)的多路分離等，都需要利用目前已經(jīng)向著(zhù)微細化發(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(chēng)為SiGe混合物半導體芯片。 根據這兩家公司的合作協(xié)議，Nortel公司負責為幾種高速通信應用程序專(zhuān)門(mén)設計這種新型SiGe芯片，而IBM公司則負責專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)這種芯片。 這種SiGe芯片是目前其他一些非硅半導體芯片諸如砷化鎵芯片的有益的補充，SiGe芯片能夠有力地支持研發(fā)更復雜、高速的通信新產(chǎn)品。與砷化鎵芯片比較，SiGe芯片有著(zhù)其明顯的優(yōu)勢，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)，它可以用現有的硅芯片生產(chǎn)設備進(jìn)行加工，而不必另外添置其它的加工設備，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。
　　
　　美國密執安大學(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據高速公路的信息容量，使上網(wǎng)用戶(hù)獲益匪淺。這種芯片是目前高速光電子信號檢測的世界紀錄保持者，它可以接收速度高達24Mbps的以激光脈沖傳輸的數據，而目前絕大多數同類(lèi)產(chǎn)品能夠處理的數據傳輸速度，僅為11兆位/秒。這所工程學(xué)院新推出的光學(xué)芯片，在同一種半導體疊層中集成了光檢測儀和放大裝置，不必采用會(huì )增加混合光感接收器制造成本的連接電線(xiàn)。這種芯片的電路包括一個(gè)可檢測輸入光束的P 型光電二極管和一個(gè)放大高速信號的異結雙極晶體管。這種芯片是在密執安大學(xué)固態(tài)電子實(shí)驗室采用一種半導體工業(yè)最常用的單步分子束外延生長(cháng)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)現了標準化，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)界得到廣泛的應用。

功能多樣

　　歐洲最大的半導體制造廠(chǎng)商Philips半導體公司日前推出新型的GSM GPRS芯片組，以便實(shí)現基于GSM移動(dòng)電話(huà)系統的高速數據傳輸，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)行高速數據傳輸的新一代移動(dòng)電話(huà)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)通信標準。

　　Philips公司推出的兩款多功能電話(huà)通信芯片TEA1118以及 TEA1118A，可以應用于可視電話(huà)、傳真電話(huà)一體機和室內無(wú)繩電話(huà)基地臺等。TEA1118 芯片具有各種DECT應用方案的多種語(yǔ)音電路功能，TEA1118A芯片也具有各種CTO/CT1模擬室內無(wú)繩電話(huà)所需的DTMF撥號插入和噪聲控制等多種功能。內置撥號和接口的低壓芯片TEA110A，則屬于TEA1112A的低價(jià)產(chǎn)品，采用DIP14/SO14兩種封裝，能夠為不設發(fā)光二極管掛上/ 掛下指示與傳聲器噪聲抑制功能的電話(huà)提供具有價(jià)格競爭能力的解決方案。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(huà)的設計大為簡(jiǎn)化。

　　AMD公司新推出兩款最先進(jìn)的手機用flash存儲器芯片: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(xiě)結構、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的頻率范圍內進(jìn)行運作，最適宜用于新一代的移動(dòng)通信手機，能夠支持多種創(chuàng )新的功能，例如上Internet的功能、PDA、視頻數據分流傳輸以及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，比其他的競爭產(chǎn)品快，這種高速存取功能可以大大減少讀取flash代碼以及數據所需的等待狀態(tài)次數，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(xiàn)通信服務(wù)(GPRS)、EDGE以及第三代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的新一代手機需要支持高速的數據傳輸，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(mǎn)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(zhuān)攻通信設備的研究開(kāi)發(fā)，成績(jì)斐然，這家公司曾經(jīng)創(chuàng )造了年銷(xiāo)售通信芯片30億美元的業(yè)績(jì)，其中，一體化多功能芯片占58%，居該公司所有產(chǎn)品銷(xiāo)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(huà)。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不俗，十分引人注目。

功耗不斷降低

　　長(cháng)期以來(lái)，科學(xué)家們一直致力于研制能夠顯著(zhù)地降低能耗的產(chǎn)品。最近，一種新推出的利用反向計算的方法設計的微處理器芯片可以大大降低耗電量。這種設計方法將導致功能強大的微處理器問(wèn)世，這種微處理器可用于諸如掌上型計算機、移動(dòng)電話(huà)和便攜式計算機等電流驅動(dòng)的裝置中，并且可以大大延長(cháng)這類(lèi)裝置的運行時(shí)間。美國麻省理工學(xué)院負責反向計算項目的著(zhù)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。在反向計算中，每個(gè)運算周期后存儲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，制造出只消耗相當于目前微處理器1%電能的功能強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算技術(shù)的微處理器芯片。

　　Motorola公司半導體部新推出的FLEX芯片組，提供了處理FLEX 協(xié)議所需的所有器件，加速了專(zhuān)業(yè)人員設計的尋呼機產(chǎn)品投放市場(chǎng)的速度。FLEX 協(xié)議是開(kāi)發(fā)高速尋呼機de facto標準，它向專(zhuān)業(yè)人員提供一組共同的規則，確保尋呼機的使用能夠跨越不同尋呼臺站的設備。 Motorola FLEX 芯片組包括 : 68175FLEX 字符數字芯片，68181FLEX漫游芯片，68175FCB FLEX開(kāi)發(fā)和新款模擬-數字轉換芯片68176， 它能夠將68176模擬/ 數字芯片插在 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接收器檢測到的4級聲頻信號轉換為2位數字信號，以供系統其余部分使用。 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(hù)青睞。