模拟技术:在数字化时代稳定发展的模拟电路

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        回忆电子业的发展历史,主要技术已从模拟转向了数字。也就是说,音频、图形、视频、有线/无线通信等所有一切信号都已实现了数字化。随之,在处理信号的半导体器件中,对拉动市场起主要作用的,也都从模拟IC变成了数字IC。在目前的半导体市场上,包括微处理器、微控制器、DSP、FPGA、DRAM、闪存等在内的数字电路的销售比重已占到整体市场的80%以上。

  但是,不管信号的数字化步伐如何向前迈进,模拟IC决不会在半导体市场上消失(见图1)。这主要有两个原因:其一,不论数字信号处理的对象范围怎么扩大,如果没有模拟技术,就无法实现人和自然的接口;其二,如果芯片中只有数字电路,而没有通过模拟电路产生的时钟信号以及供电的电源,那么,半导体芯片便无法工作。同时,随着工艺的进步,电源电压日益下降,受噪声的影响,芯片常常会出现不能正常工作的情况。要解决这个问题,非模拟技术不可。

图1 芯片中必须包含连接现实世界的模拟电路

        观察全球半导体市场,近5年内,模拟IC的市场规模始终较为稳定,销售额持续增长(见图2)。2004~2008年间,模拟IC的市场规模从310亿美元成长到370亿美元,年均增长率达4.5%,其在整个半导体市场中所占的比例始终保持在17%左右,今后,这一趋势还将继续下去。

图2 稳定增长的模拟电路

模拟电路的重要性不断增加

  TI(日本)公司的模拟专家滨崎利彦表示:“模拟技术的重要性并没有因数字技术的发展而落伍,相反却显得更加重要。”从被誉为集成电路行业的奥林匹克盛会的ISSCC(国际固态电路会议)历年举行的会议来看,与模拟电路相关的分论坛(session)不断增加,从1985年的5个到1995年的11个再到2005年的19个。

  TI公司于2000年以76亿美元高价收购了年营业额不过4亿美元的Burr-Brown公司,原因就是该公司掌握有非常先进的模拟技术。TI公司将 Burr-Brown的模拟产品与TI的DSP产品进行结合,提高了公司的DSP市场份额,目前约达60%,确是成功之举。

  英特尔公司也在大力加强模拟技术,美国某半导体厂商的经营者表示:“2000年之后,如果想在美国西海岸雇用模拟工程师,只要晚一步就会被英特尔抢走。” 

        2007年,主营CPU内核的MIPS科技公司并购了葡萄牙的模拟IP厂商ChipideaMicroelectronicaS.A.公司。这也是因为MIPS公司认为,在扩展CPU核的销售中,同时提供模拟IP是不可或缺的。

  2008年3月就任飞思卡尔半导体公司董事长兼CEO的RichardM.Beyer,原先在Intersil公司时就曾通过提出强化模拟的战略而使 Intersil公司的业绩得到复苏,他在飞思卡尔公司也打出了同样的战略。

  总的来说,美欧公司对模拟技术看得准、抓得快。因此,根据iSuppli(日本)公司的调查,2007年全球10大模拟半导体公司中,美国独占5家,欧洲3家,日本则因一边倒的偏向数字化并弱化模拟技术而仅存居末位的2家(见图3)。

图3 全球10大模拟半导体公司的发展

日本的反思

  上世纪90年代以前,推动电子设备市场的主要产品是日本保有强势的电视和固定式录像机,日本厂商也曾在与之相关的模拟半导体市场上称雄。但自上世纪 80年代后半期到90年代后半期,PC成为拉动市场的火车头,美国主导了PC及其外设的研发和生产。因此,邻近的模拟半导体厂商与PC及相关厂商建立了一种近似垂直整合的经营模式,从而获得了飞跃的发展。当时开发的模拟半导体包括用于微处理器的电源芯片、以太网收发器以及用于HDD的模拟前端等。90年代后半期以来,引导电子设备市场的是手机和WLAN等无线通信设备。其中日本电子厂商的影响很小,占据主导地位的仍是美国、欧洲的电子厂商。因此,与RF收发器、电源IC等相关的模拟半导体公司如TI、意法半导体、NXP、高通等公司都业绩辉煌。

  NS公司董事长兼CEOBrianL.Halla最近指出:“由Gadget(消费电子产品)带动半导体市场发展的时代己宣告结束,新的浪潮已经开始。”他表示,行业发展的下一个推动力将是可以提高生活质量的电子产品(QualityofLife),如:支持可再生能源的设备、混合动力车、电动汽车、医疗设备及基于传感器的安全设备等。在这些市场上,日本厂商恰好都有一定的国际竞争力,这给了他们振兴模拟半导体技术以卷土重来的契机。

  概括日本厂商在模拟半导体方面落后的原因,共计有以下7条:

1.没有做好从双极向CMOS的转换;

2.在存储器和ASIC等数字电路的开发过程中,模拟工程师的变动较大;

3.没有从世界各地招募优秀的模拟工程师;

4.半导体部门对设备部门的依赖意识很强,长期以来,由于潜意识里总将自身看作是设备部门的附属,往往局限于设备生产商提出的规格要求,无法在此基础上做更进一步的开发,提供超越设备厂商需求性能的新器件和解决方案;

5.日本未能出现继电视和固定式录像机后带动模拟半导体前进的设备市场;

6.日本没有测试测量、航空航天、军用电子等需要高性能模拟IC的设备市场;IC社区-欲知半导体动态,速上老杳吧qf Z!u*V&I&vq0N1C

7.代工厂出现后,欧美厂商和日本厂商之间的半导体制造技术的差距几乎已完全消失。

  其中第5条原因的影响最大,其次是第2条原因。美欧模拟半导体厂商在从上世纪80年代末到本世纪初的约15年间实现了飞跃性的发展。而在此期间,日本半导体厂商则一窝蜂地倒向了数字技术,模拟工程师不断地涌向存储器、ASIC、微控制器等数字IC的研发部门。新日本无线公司的濑志本明表示:“由于强化数字技术,上世纪90年代后,日本半导体厂商将80%的新进员工都分配到了与数字电路相关的部门,而到模拟部门工作的仅有20%。”而且,在日本能从事从模拟电路设计到CMOSIC制造教育的大学研究室的数量也很少。这些都导致了日本模拟工程师的不足,失去了15年宝贵的时间(见表1)。

表1 美日通用模拟IC技术的差距

 

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