從更快到更好- 恩智浦半導體的新摩爾定律(More-than-Moore)(上)

本文作者:admin       點擊: 2009-09-07 00:00
前言:
多年來摩爾定律 (Moore's Law) 推動了產能提升,也帶動了半導體產業驚人的發展。這驅動力創造了超高速數位處理器、頻寬的提升及容量龐大的記憶體,使得個人電腦、行動電話以及需要大量資料流量與儲存空間的應用裝置,生產力獲得大幅提升。然而, IC 產業的經濟及社會發展,正在推動半導體世界的典範轉移(paradigm shift) 與改變。

我們的產業正面臨著前所未有的挑戰,先進 CMOS 技術的系統單晶片開發成本居高不下,而實體體積的持續微縮,最終也將導致摩爾定律走入歷史。
同時,消費者需要的產品附加價值,不再僅是產能持續提升的消費性電子產品,而是新型的智慧型產品。由於全球人口的高齡化趨勢,因此在醫療裝置與食品安全等領域,都亟需創新發明。環保意識的日漸高漲,提升了智慧「綠色」解決方案的需求。在交通運輸方面,IC 創新有助於提升安全性、克服交通阻塞,並可提供行動族群即時的資訊、娛樂與服務。

除了上述的例子,還有非常多的應用,都是藉由整合現有 CMOS 技術與「新摩爾定律 (More-than-Moore)」技術而實現,例如類比/混合訊號(Analog/Mixed-Signal)、高電壓 (High-Voltage),以及超低功耗 (Ultra-Low-Power) 等等。這種朝向具多重技術裝置的演進趨勢,也將影響設計與架構方法、開模(modelling)與規格以及系統架構的開發工作。目前的協同合作研發模式將會改變,並產生全新的半導體生態系統(eco-system)。

由原本以 CMOS 領軍的技術融合,大幅轉變為技術多樣化的發展趨勢,不但提供半導體製造商與眾不同的新方法,也提供備受歡迎的商業創新方案。

擁有多重技術產品開發經驗的公司,以及恩智浦這類知名半導體產業領導者,都已作好準備,要在新興市場大顯身手。

從注重產能到注重高品質生活的典範轉移
半導體相對上屬於年輕產業,因此半導體裝置製造商的發展目標,一向都是提升產能,因為摩爾定律率先預言,固定面積矽晶片上的電晶體數目,每 18 個月會增加一倍。這項定律至今都完全正確,而產能比率也讓電晶體的成本下降,因此造就價格實惠的系統單晶片,應用於今日的消費者產品,其中可能包含數億個電晶體。產能的大幅提升,也造就生活周遭大量的電子應用裝置。 

我們是否將見證摩爾定律走入歷史?答案必然是否定的,不過由於製造過程中的電晶體密度增加,因此相關的製程開發成本也隨之提升。因此今日最具成本效益的 IC 解決方案,已不再是目前可用最精密(也是最昂貴)的 CMOS 技術。

此外以航空業作為對比,也反映了同樣的變化趨勢,帶動發展的驅動力由性能轉變為經濟效益。經過數十年對飛機高速度的追求,革命性的協和號客機雖然創下 2000 公里/小時的破記錄,但是仍無法成為空中客運運輸的新標準。協和號客機由巴黎至紐約只需要花費 3 小時,這也是各界預期協和號成為新標準的原因。可是經濟效益因素的影響力,似乎超越了飛行性能:協和號的耗油量非常大,造成票價過高,鮮為一般旅客所接受,因此最後命運就是成為博物館的展示品。

航空業發現 1000 公里/小時的平均速度,是經濟上的平衡點,因此多年來這項標準並未改變。

這是否代表航空業已不再創新?相反地,創新工作領域已重新調整,轉而針對乘客、機組員,以及航空公司增加價值,而不僅限於速度。飛機變得更安全、更舒適、更符合成本與燃油效益,飛行也更為安靜。

恩智浦預見半導體產業未來將出現類似過程,創新領域將由生產力轉移至生活品質的提升。就像航空業一樣:生活比速度更重要。

因此數十年來主宰半導體製程技術的摩爾定律,將僅應用於有限的高容量領域。不過如果達到體積或經濟可行性的界限,就是摩爾定律消失的時候。


社會發展趨勢推動新摩爾定律 
對提供先進 IC 的公司而言,社會趨勢的發展創造了重要的市場機會,例如消費性電子產品與照明設備的節能趨勢、醫療診斷設備、食品安全及交通管理系統的需求等。

經濟衰退並未妨礙上述市場的成長,因為大部分的晶片創新成果,都提供優異的投資報酬。通常只要透過節能、降低醫療成本,以及降低交通阻塞對經濟的傷害,就能輕易賺回產品成本。利用這種方式,以實際需求為依歸的半導體創新,通常能夠得到合理的回報。

創造客製化解決方案
目前有越來越多複雜的市場需求解決方案,在特定應用領域發揮最佳成效。原始設備製造商 (OEM)、半導體廠商,以及廣大的生態系統業者,需要採取更密集的合作方式,才能創造上述成果。

這將有助於加速創新,讓 OEM 有更多機會與眾不同。初期的協同合作,也可以確保 IC 與 OEM 產品完美整合,縮短開發時間與成本,儘早進入市場。 

Phonak採用恩智浦的超低功率無線技術,共同開發最新型的助聽器,可說是這種合作方式的成功範例。這種磁感應技術不僅功率低,也不會與身體組織互相作用,有別於傳統的射頻無線電。由於Phonak與恩智浦確實協同合作執行研發工作,才能快速開發產品,並輕易進入市場。我們著重於提供客製化零件,並讓客戶能夠扮演更主動的角色參與研發過程,因此能夠提供可行的商業產品,並擁有絕佳的市場機會。

這場最終競賽的名字是:創新
半導體公司處於高度競爭的市場,毛利持續下降,因此無法再投資 20% 以上的銷售營收進行研發工作;不過為了成本考量暫緩創新,這是行不通的。

我們了解不論是先進的 CMOS 系統單晶片,或是未來對超越摩爾定律技術的應用,創新都將持續推動半導體產業,因此目前所面對的挑戰,就是要因應已然改變的經濟現實,採取自己的創新策略。

業界必須要更有智慧,執行創新工作。創新不能遵循 CMOS 藍圖的既有路線,必須以創意為依據,才能合併現有及新興技術,創造專為客戶量身訂做的智慧解決方案。多重技術(新摩爾定律)的應用趨勢有助於創新,並且不需要非常昂貴的先進 CMOS 開發成本。

採用更聰明的創新方式,也代表我們可以與客戶合作,創造量身打造的解決方案,並可降低成本,加速上市時間。採用更聰明的創新方式,也代表我們需要加速與廣大的產業生態系統協同合作,包括各個機構、大學、政府以及標準化組織。

創新在半導體產業,仍將是成功基礎的必備條件,只不過不再只有一種方式。公司若願意追求創新,放棄對速度無止盡的追求,以及不考慮成本或功率限制的作法,將有機會創造利潤豐厚的技術,最終達到提升整體社會的目標。

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