無(wú)線(xiàn)芯片在高集成化中尋找機遇與困惑

摘要：本文從多個(gè)角度介紹了在無(wú)線(xiàn)芯片日益高集成化的趨勢下，各種無(wú)線(xiàn)技術(shù)集成在一起帶來(lái)的市場(chǎng)發(fā)展新機遇以及遇到的具體問(wèn)題，力求從多個(gè)公司的角度探討無(wú)線(xiàn)芯片未來(lái)發(fā)展的主要方向。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)芯片；功能集成；Wi-Fi；藍牙；

　　連接性是未來(lái)電子產(chǎn)品最值得期待的特性，幾乎所有的電子產(chǎn)品消費者都希望能夠通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接與其他設備進(jìn)行互動(dòng)，因此，未來(lái)每個(gè)電子產(chǎn)品都有一個(gè)射頻收發(fā)模塊將成為無(wú)線(xiàn)芯片最主要的市場(chǎng)推動(dòng)力，在這樣龐大的市場(chǎng)機遇面前，并不是每個(gè)公司都可以分一杯羹，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的成熟，無(wú)線(xiàn)市場(chǎng)的競爭遠比以前更為激烈和復雜。

集成化趨勢

　　無(wú)線(xiàn)半導體市場(chǎng)在早期以手機半導體為主，基帶是最早無(wú)線(xiàn)芯片的核心，TI正是以此奠定多年無(wú)線(xiàn)半導體老大的地位，隨著(zhù)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的格局，而隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)的普及，其他無(wú)線(xiàn)標準芯片逐漸成為無(wú)線(xiàn)市場(chǎng)的主力，并且催生了一系列新興無(wú)線(xiàn)半導體廠(chǎng)商。

　　目前，無(wú)線(xiàn)半導體的主要應用領(lǐng)域是便攜消費產(chǎn)品（手機依然是其中最主要的載體），這就注定要持續面臨低功耗和低成本要求，與此同時(shí)，不同的接入標準也逐漸吸引消費者，因此將不同的標準引入到單一設備，特別是手機中，就成為未來(lái)無(wú)線(xiàn)半導體技術(shù)發(fā)展的主要方向，并由此開(kāi)始了高集成化在無(wú)線(xiàn)半導體技術(shù)中的關(guān)鍵角色。

圖1　無(wú)線(xiàn)連接成為便攜設備新需要

　　博通（Broadcomm）公司是倡導無(wú)線(xiàn)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，博通公司大中華區總經(jīng)理梁宜認為，未來(lái)無(wú)線(xiàn)市場(chǎng)將是以高集成度取勝的領(lǐng)域，對于博通來(lái)說(shuō)，意味著(zhù)需要將多種無(wú)線(xiàn)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)勢才能取得競爭的勝利，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)勢將是未來(lái)無(wú)線(xiàn)半導體企業(yè)發(fā)展的核心競爭力。如果按博通公司的業(yè)務(wù)劃分，無(wú)線(xiàn)和手機應用已經(jīng)占據公司1/3以上的市場(chǎng)份額，梁宜認為，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設計的集成度上優(yōu)勢明顯。

　　博通公司認為無(wú)線(xiàn)半導體未來(lái)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(wú)線(xiàn)技術(shù)整合到盡可能少的芯片中，為單一設備提供多種連接方式將廣受市場(chǎng)的歡迎。由于多種無(wú)線(xiàn)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(guān)點(diǎn)的還包括另外兩家領(lǐng)先的無(wú)線(xiàn)半導體廠(chǎng)商，CSR和Atheros。

　　Atheros公司是以標準CMOS工藝設計無(wú)線(xiàn)射頻芯片為主，并且在高性能和低功耗結合角度取得很大成功。該公司GPS業(yè)務(wù)拓展總監 James Horng肯定地認為，未來(lái)通信半導體產(chǎn)品如果不能做成單芯片，將缺乏足夠的成本競爭力，在未來(lái)五年內，Bluetooth+Wi-Fi+GPS將成為絕大多數可連接無(wú)線(xiàn)設備的標準配置，至少從封裝成本來(lái)看，單芯片與多芯片相比就有了足夠的成本優(yōu)勢，更何況還能降低功耗、縮減體積。

　　依靠藍牙技術(shù)上的優(yōu)勢發(fā)展起來(lái)的CSR公司則在應用角度更為貼近市場(chǎng)需求，該公司中國區總經(jīng)理吳松如將無(wú)線(xiàn)集成技術(shù)的范圍延伸到更多技術(shù)，他認為NFC（近距離通信）和FM調頻收發(fā)技術(shù)同樣將會(huì )在未來(lái)的個(gè)人電子設備中與其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)集成到一起。隨著(zhù)智能交通的發(fā)展，個(gè)人NFC特別是無(wú)源NFC技術(shù)將會(huì )在便攜電子產(chǎn)品（比如手機）中獲得廣闊的應用前景，毫無(wú)疑問(wèn)，如果能將NFC和其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)融合在一起，將是個(gè)極有競爭力的產(chǎn)品。

　　雖然在市場(chǎng)上，這幾家公司彼此存在許多競爭領(lǐng)域，但對于無(wú)線(xiàn)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則是藍牙起家，Wi-Fi是Atheros成功的基礎，三家公司在技術(shù)上各有擅長(cháng)，不過(guò)都強調出色的射頻設計是決定產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，三家公司已經(jīng)步調一致地將未來(lái)維系在Bluetooth+Wi-Fi+GPS為基礎的無(wú)線(xiàn)半導體單芯片集成產(chǎn)品領(lǐng)域。另一個(gè)相同的地方是，三家公司都認為GPS技術(shù)若要取得大范圍應用，未來(lái)必須將芯片成本降低到1美元以下。

面臨的問(wèn)題

　　集成化作為未來(lái)無(wú)線(xiàn)半導體的趨勢，意味著(zhù)要將更多的無(wú)線(xiàn)技術(shù)集成到同一顆芯片中，這不僅對IC設計能力提出挑戰，同時(shí)面臨很多其他的問(wèn)題。

　　博通公司的梁宜認為，無(wú)線(xiàn)技術(shù)的集成面臨最大的問(wèn)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。特別是在集成度不斷增加之后，確保不同標準技術(shù)在工作時(shí)的相對獨立和減少其他技術(shù)對其的干擾就成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。如果不能有效解決不同電路之間的干擾問(wèn)題，那么集成就失去了應有的意義。

　　CSR公司的吳松如談到這個(gè)問(wèn)題時(shí)認為，集成之后的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題是射頻和天線(xiàn)，特別是不同無(wú)線(xiàn)技術(shù)雖然射頻端電路有很多相似的地方，但在天線(xiàn)部分還存在很多不同，比如藍牙技術(shù)的天線(xiàn)短但是要求功率較大，而FM技術(shù)的天線(xiàn)則要求環(huán)形長(cháng)天線(xiàn)，這就造成即使芯片可以集成多功能但天線(xiàn)將成為未來(lái)設計的制約因素。

　　Atheros公司的Horng則把無(wú)線(xiàn)集成技術(shù)未來(lái)的瓶頸定位在射頻設計上，隨著(zhù)集成度的提高和制程的進(jìn)步，無(wú)線(xiàn)半導體留給模擬部分的面積越來(lái)越緊湊，65nm工藝對射頻設計而言并沒(méi)有什么優(yōu)勢，因為數字技術(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(wèn)題。

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

圖2　多功能產(chǎn)品對無(wú)線(xiàn)連接的需求

　　誠然，在單芯片中集成更多的無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以降低總體成本，但集成技術(shù)越多意味著(zhù)設計面臨的挑戰越大，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(mǎn)足成本和功能之間的平衡。另外，由于集成之后面臨著(zhù)共用射頻電路的問(wèn)題，因此集成在一顆芯片上的多種無(wú)線(xiàn)技術(shù)必然不能同時(shí)應用，這就促使經(jīng)?；蛘吲紶栃枰瑫r(shí)開(kāi)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)應用的干擾問(wèn)題，這要求在芯片設計時(shí)必須合理考慮不同標準之間的抗干擾條件的不同。上述這些問(wèn)題意味著(zhù)，即使集成更多無(wú)線(xiàn)技術(shù)是未來(lái)無(wú)線(xiàn)芯片發(fā)展的最主要趨勢，但集成不是簡(jiǎn)單地將無(wú)限多的技術(shù)統統扔進(jìn)一顆芯片，依然要在性能、成本和功耗等前提下實(shí)現有效地多種標準集成。