大咖談國產模擬IC創(chuàng)新：從EDA、信號鏈，到大功率功放、CPU大電流電源芯片…
“浣沙淘金，模擬論芯”，2021年9月28日，由全球知名電子科技媒體<電子發(fā)燒友>主辦的2021第三屆中國模擬半導體大會在中國深圳成功舉辦，在本次大會上，來自華大九天、芯?？萍?/u>、昱盛電子、長工微、晶華微、美新半導體等知名企業(yè)領導和行業(yè)專家?guī)砹司史窒怼?/span>
模擬半導體技術對人才的經驗積累要求更高，電子發(fā)燒友總經理張迎輝在致詞的時候表示，國際的模擬半導體技術的發(fā)展時間，遠比中國半導體公司要早，經過大半個世紀的積累，他們在人才培養(yǎng)和技術積累上更有優(yōu)勢，國內模擬半導體公司則遇到了人才培養(yǎng)和產品創(chuàng)新的挑戰(zhàn)，企業(yè)成長不易。
圖：電子發(fā)燒友總經理張迎輝
不過隨著科創(chuàng)板的設立，以及政策的支持，不少優(yōu)秀的模擬半導體公司成功IPO，獲得逆襲，電子發(fā)燒友的中國模擬半導體大會已經舉辦到第三屆，過去有很多公司通過參加中國模擬大會，被科創(chuàng)資本了解并成功獲得融資，也有企業(yè)的芯片被工程師所認可而設計應用到更多產品中。
圖：華大九天高級項目經理梁艷
華大九天的Empyrean Aether提供了一個高效芯片設計分析平臺，擁有EDIF、SPICE和GDS等接口，助力設計流程平滑遷移，其工藝模型及PDK定制化能力可支撐設計方法進行創(chuàng)新。而高速高精度仿真驗證工具Empyrean ALPS擁有豐富的仿真產品線，滿足用戶在精度和速度上的多樣性需求，根據自研的SMS Plus引擎，解決高壓模型收斂性的難題。
Empyrean Argus是華大九天推出的可適配版圖分析驗證工具，功能覆蓋了DRC檢查、LVS檢查等Mask準備等應用，目前獲得了代工廠的認證，并通過了大量的tape out驗證。而在版圖設計早期，獲知寄生參數可以排除寄生問題帶來的影響，華大九天為此推出了寄生參數提取工具Empyrean RCExplorer，可以完成3D/2.5D的寄生參數提取，滿足工藝開發(fā)和后仿應用。版圖可靠性分析工具Empyrean Polas，可以做到對導通電阻、EM/IR-drop和Gate On/off延遲的高精度分析，幫助用戶計算和預測功率損耗和死區(qū)時間等參數，從而指導版圖優(yōu)化。
芯海市場經理王偉
隨著市場與技術的不斷變化，模擬信號鏈如今面臨著三大挑戰(zhàn)。智能可穿戴設備的興起，將產品體積不斷減小，但傳感器的數目仍在逐步增加。其次，氣體、壓力和電流等傳感器信號也給信號鏈的設計帶來了困難。最后，不同的測量精度與速度提出了不同的需求。
以電化學信號測量為例，在傳統(tǒng)的電路結構中，多器件的外圍電路不僅增大了體積，也影響了生產一致性，而芯海的信號鏈MCU，省掉了外圍電路，做到集成化。而在傳統(tǒng)光電信號測量的離散時間采樣ADC中，開關電容電荷會反沖至傳感器，芯海為此設計了CTSD ADC，采用電阻輸入降低放大器需求，也更容易實現高工作頻率。
ADC的技術可分為兩個大類，分別是基于超采樣以及基于奈奎斯特頻率，還可以分為SAR、SDM、SLOPE等多個小類，如此多的分類也證明了沒有一種ADC是完美的。ADC的設計就是一個平衡的過程，在分辨率、速度和功耗等參數上做取舍。而芯海的ADC設計持續(xù)追求更優(yōu)的FoM，做到更低的功耗、更高的速度和SNDR，同時實現更高的性價比。芯海作為國內少數覆蓋了ADC和MCU的公司，未來會把工業(yè)和汽車領域作為重點投入方向。
圖：昱盛電子資深經理陳文彥
不同的應用都有著不同的設計考慮，以平板電視為例，由于具備影像等功能，TV系統(tǒng)整體較為復雜。陳文彥提到，對平板電視來說功率不是越大越好，平板電視在先天物理上已經限制了聲音，如果做大功率反而會出現音質渾濁、破音的情況。因此平板電腦在設計時既要滿足規(guī)格還要考慮播放時不能跟腔體產生共振，一旦出現共振會抵消功率，也會出現雜音。平板電視每個通道的功率大概在10w以下，在設計時主要著重在功率、品質上的均衡，如果要實現大功率輸出，一般都會搭配Soundbar使用。
?陳文彥認為大功率功放在音箱領域將朝著以下三個方向發(fā)展：音質要求提升、高階機型數字化、系統(tǒng)復雜度增加。大功率功放市場正迎來了新的發(fā)展趨勢，同時也帶來了技術上的挑戰(zhàn)，一是大功率功放芯片需求增長，系統(tǒng)電源功率需求以及質量也更加嚴苛；二是數字音源接口占比提升；三是簡化系統(tǒng)設計，例如具備展頻設計以降低EMI、提供多路功放芯片并聯能力等。
針對大功率功放的趨勢和挑戰(zhàn)，昱盛電子推出響應的產品和方案，包括大功率音箱D類功放芯片，以及大功率音箱整體功放／電源方案。陳文彥介紹，大功率音箱D類功放芯片可做到30Wx2立體聲，并接成60W的單通道，或者50Wx2立體聲，并接成80W的單通道。例如的D類音頻放大器VA2218，可實現30Wx2立體聲，適用于藍牙音箱、TV等產品。未來將基于VA2239、VA2218進行升級改版，方便客戶后期設計，預計在2022年上半年會推出VA2260、VA2261相關產品。
圖：長工微市場總監(jiān)馮博
單相無法達到服務器對大電流的需求，比如服務器要實現200-500A的供電，需要6相控制器來實現，馮博進一步解釋，為什么需要多相電源解決方案，因為多相可以滿足CPU負載對電流的持續(xù)則增加的需求，比如Intel服務器CPU負載電流，最早需要的最大電流是228A，后來提升到395A，再到452A，這就需要八相的電流解決方案。
?多相電源芯片有多方面優(yōu)點，包括可適應持續(xù)增加的大負載應用需求；可降低輸出電壓紋波；濺灑紅電感的體積和高度；減少輸入電容等。當然也存在設計難點，比如CPU對電壓控制的精度和穩(wěn)定性要求極高等；與CPU之間高速且復雜的通訊需求等。
長工微專注于提供大電流電源解決方案，在本次會議上，馮博介紹了長工微本月新推出的八相電源解決方案IS6201A，該方案支持多家CPU的通訊協議，包括所有國內CPU，該芯片的開關頻率微2MHz，具有全部保護功能，內置MTP，可以多次燒錄存儲不同程序。
?據馮博介紹，IS6201A可與IS6806A、IS6810A和IS6807A結合應用于不同場景，具有不同特性，比如IS6201A+IS6806A適用于服務器CPU、DDR的60-300A的大電流應用，具有很高的效率；IS6201A+IS6810A適用于服務器CPU、DDR的60-300A的大電流應用，方案面積小，可以做成模塊；IS6201A+IS6807A適用于臺式機，筆記本CPU 30-200A的大電流應用，支持高壓20V輸入，輕載效率高。
大會現場精彩圖
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圖：電子發(fā)燒友總經理張迎輝
不過隨著科創(chuàng)板的設立，以及政策的支持，不少優(yōu)秀的模擬半導體公司成功IPO，獲得逆襲，電子發(fā)燒友的中國模擬半導體大會已經舉辦到第三屆，過去有很多公司通過參加中國模擬大會，被科創(chuàng)資本了解并成功獲得融資，也有企業(yè)的芯片被工程師所認可而設計應用到更多產品中。
華大九天梁艷：全流程工具助力電源管理芯片設計方法學創(chuàng)新
EDA作為廣泛應用于整個IC產業(yè)鏈的軟件系統(tǒng)，直接影響到芯片性能、質量、生產效率以及成本，可以說沒有EDA就沒有IC產業(yè)。移動通信、IoT和汽車等應用不僅為電源管理芯片帶來的強勁的需求，也帶來了集成化和高效能等挑戰(zhàn)。華大九天高級項目經理梁艷分享了華大九天作為一站式EDA及相關服務提供商，如何以全流程工具應對這些挑戰(zhàn)。
圖：華大九天高級項目經理梁艷
華大九天的Empyrean Aether提供了一個高效芯片設計分析平臺，擁有EDIF、SPICE和GDS等接口，助力設計流程平滑遷移，其工藝模型及PDK定制化能力可支撐設計方法進行創(chuàng)新。而高速高精度仿真驗證工具Empyrean ALPS擁有豐富的仿真產品線，滿足用戶在精度和速度上的多樣性需求，根據自研的SMS Plus引擎，解決高壓模型收斂性的難題。
Empyrean Argus是華大九天推出的可適配版圖分析驗證工具，功能覆蓋了DRC檢查、LVS檢查等Mask準備等應用，目前獲得了代工廠的認證，并通過了大量的tape out驗證。而在版圖設計早期，獲知寄生參數可以排除寄生問題帶來的影響，華大九天為此推出了寄生參數提取工具Empyrean RCExplorer，可以完成3D/2.5D的寄生參數提取，滿足工藝開發(fā)和后仿應用。版圖可靠性分析工具Empyrean Polas，可以做到對導通電阻、EM/IR-drop和Gate On/off延遲的高精度分析，幫助用戶計算和預測功率損耗和死區(qū)時間等參數，從而指導版圖優(yōu)化。
芯海王偉：感知世界聚焦信號鏈技術創(chuàng)新
感知與交互一直是智能設備變化的核心，預計2021年，帶有傳感交互的終端占比達到55%。而信號鏈則是精準感知和交互的基礎，根據國外機構統(tǒng)計，2023年信號鏈需求達120億美元，但幾乎被TI等國外品牌壟斷。面對這個空間巨大而差距顯著的模擬鏈市場，芯?？萍际袌鼋浝硗鮽シ窒砹诵竞？萍际侨绾卧谛盘栨溂夹g上創(chuàng)新的。
芯海市場經理王偉
隨著市場與技術的不斷變化，模擬信號鏈如今面臨著三大挑戰(zhàn)。智能可穿戴設備的興起，將產品體積不斷減小，但傳感器的數目仍在逐步增加。其次，氣體、壓力和電流等傳感器信號也給信號鏈的設計帶來了困難。最后，不同的測量精度與速度提出了不同的需求。
以電化學信號測量為例，在傳統(tǒng)的電路結構中，多器件的外圍電路不僅增大了體積，也影響了生產一致性，而芯海的信號鏈MCU，省掉了外圍電路，做到集成化。而在傳統(tǒng)光電信號測量的離散時間采樣ADC中，開關電容電荷會反沖至傳感器，芯海為此設計了CTSD ADC，采用電阻輸入降低放大器需求，也更容易實現高工作頻率。
ADC的技術可分為兩個大類，分別是基于超采樣以及基于奈奎斯特頻率，還可以分為SAR、SDM、SLOPE等多個小類，如此多的分類也證明了沒有一種ADC是完美的。ADC的設計就是一個平衡的過程，在分辨率、速度和功耗等參數上做取舍。而芯海的ADC設計持續(xù)追求更優(yōu)的FoM，做到更低的功耗、更高的速度和SNDR，同時實現更高的性價比。芯海作為國內少數覆蓋了ADC和MCU的公司，未來會把工業(yè)和汽車領域作為重點投入方向。
昱盛電子陳文彥：大功率功放的應用與未來趨勢
在會上，昱盛電子資深經理陳文彥帶來《大功率功放的應用與未來趨勢》主題演講。大功率功放主要應用在藍牙音箱、拉桿音箱、Soundbar、智能音箱、平板電視、PA等消費場景上，此外還有后裝車用功放、電子琴節(jié)拍器等。
圖：昱盛電子資深經理陳文彥
不同的應用都有著不同的設計考慮，以平板電視為例，由于具備影像等功能，TV系統(tǒng)整體較為復雜。陳文彥提到，對平板電視來說功率不是越大越好，平板電視在先天物理上已經限制了聲音，如果做大功率反而會出現音質渾濁、破音的情況。因此平板電腦在設計時既要滿足規(guī)格還要考慮播放時不能跟腔體產生共振，一旦出現共振會抵消功率，也會出現雜音。平板電視每個通道的功率大概在10w以下，在設計時主要著重在功率、品質上的均衡，如果要實現大功率輸出，一般都會搭配Soundbar使用。
?陳文彥認為大功率功放在音箱領域將朝著以下三個方向發(fā)展：音質要求提升、高階機型數字化、系統(tǒng)復雜度增加。大功率功放市場正迎來了新的發(fā)展趨勢，同時也帶來了技術上的挑戰(zhàn)，一是大功率功放芯片需求增長，系統(tǒng)電源功率需求以及質量也更加嚴苛；二是數字音源接口占比提升；三是簡化系統(tǒng)設計，例如具備展頻設計以降低EMI、提供多路功放芯片并聯能力等。
針對大功率功放的趨勢和挑戰(zhàn)，昱盛電子推出響應的產品和方案，包括大功率音箱D類功放芯片，以及大功率音箱整體功放／電源方案。陳文彥介紹，大功率音箱D類功放芯片可做到30Wx2立體聲，并接成60W的單通道，或者50Wx2立體聲，并接成80W的單通道。例如的D類音頻放大器VA2218，可實現30Wx2立體聲，適用于藍牙音箱、TV等產品。未來將基于VA2239、VA2218進行升級改版，方便客戶后期設計，預計在2022年上半年會推出VA2260、VA2261相關產品。
長工微馮博：CPU大電流多相電源解決方案
在會上，長工微市場總監(jiān)馮博帶來了《CPU大電流多相電源解決方案》的主題分享，馮博表示，服務器需求增長使CPU對電流要求提升，2020年全球服務器出貨量達到1200萬臺，云計算、數據中心、AI服務器需求增長迅速，CPU、DPU電流高達1000A，而目前大電流多相電源芯片國產化率為零。
圖：長工微市場總監(jiān)馮博
單相無法達到服務器對大電流的需求，比如服務器要實現200-500A的供電，需要6相控制器來實現，馮博進一步解釋，為什么需要多相電源解決方案，因為多相可以滿足CPU負載對電流的持續(xù)則增加的需求，比如Intel服務器CPU負載電流，最早需要的最大電流是228A，后來提升到395A，再到452A，這就需要八相的電流解決方案。
?多相電源芯片有多方面優(yōu)點，包括可適應持續(xù)增加的大負載應用需求；可降低輸出電壓紋波；濺灑紅電感的體積和高度；減少輸入電容等。當然也存在設計難點，比如CPU對電壓控制的精度和穩(wěn)定性要求極高等；與CPU之間高速且復雜的通訊需求等。
長工微專注于提供大電流電源解決方案，在本次會議上，馮博介紹了長工微本月新推出的八相電源解決方案IS6201A，該方案支持多家CPU的通訊協議，包括所有國內CPU，該芯片的開關頻率微2MHz，具有全部保護功能，內置MTP，可以多次燒錄存儲不同程序。
?據馮博介紹，IS6201A可與IS6806A、IS6810A和IS6807A結合應用于不同場景，具有不同特性，比如IS6201A+IS6806A適用于服務器CPU、DDR的60-300A的大電流應用，具有很高的效率；IS6201A+IS6810A適用于服務器CPU、DDR的60-300A的大電流應用，方案面積小，可以做成模塊；IS6201A+IS6807A適用于臺式機，筆記本CPU 30-200A的大電流應用，支持高壓20V輸入，輕載效率高。
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