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公司博客

2018 MWC:22FDX让物联网更有魅力

全球移动通讯大会(MWC2018)即将在西班牙巴塞罗那举行,物联网领域大咖们将在大会上展示他们的芯片设计,其中几家创业公司使用了格芯的22FDX®技术

Nanotel Technology公司的首席技术官Anup Savla表示,这家年轻公司正在设计几个用于窄带物联网领域的多款芯片。Savla在英特尔工作了三年之后,又在高通做了11年的无线电集成电路设计。Savla说,Nanotel选择使用22FDX工艺技术为混合信号窄带物联网调制解调器降低功耗。

他表示:「我们围绕物联网应用设计了一个数字引擎处理器,聚焦于低功耗和低泄漏。22FDX能够关闭电源,防止漏电,这是你无法从批量CMOS工艺中获得的。

在最初的22FDX设计套件正式发布之前,Nanotel就已经开始设计收发器了,使用了0.5 PDK,但是库的目标是0.4 V运行电压。「从一开始我们就明确定位于0.4V库,因为在0.8V的水平上,使用批量CMOS工艺无法作足够的功耗分层。在0.4伏的电压下,功耗水平要低得多,但成本接近批量CMOS工艺。」Salva说。

格芯的22FDX架构: 物联网、移动和射频的新兴产品

当被问及如何设计FD-SOI工艺时,Savla说:「 我们遇到了早期使用者都会遇到的问题。部分原因是使用后门所需的额外建模和测试,但是不管工艺的成熟度如何,这仍然是正确的。如果您真的想要开发这个工艺所能做的事,那么您就要随着建模的增加而改变背栅电压。」

 

Savla表示,Nanotel芯片组的设计在数字和模拟上所花的精力是相同的。「在相同的设计中,当设备基本上处于睡眠和不使用状态时,我们可以使用带有后盖控制的开关来切断的泄漏电流。在某种程度上,这在批量CMOS工艺里是不容易做到的。另一方面,我们可以在主动模式的设备上使用背栅,以极低的供能使主动操作成为可能。」

Nanotel的主要着重点不是销售IC —Nanotel是一家专注于解决方案的公司,为客户设计设备和数据包,让客户可以使用远程、低成本的蜂窝网络连接,而无需依赖WiFi。拥有自己的芯片组使得Nanotel能为客户定制低成本、功能独特的产品。

双模连接解决方案

根据ABI Research的数据,领先的低功耗广域(LPWA)连接标准— LTE-M,在美国市场上吸引了越来越多的关注。而在2021年前,欧洲和亚洲所采用的窄带物联网会将物联网的部署提升至近5亿。

格芯和VeriSilicon正在开发一套IP协议,让客户可以创建单芯片的LPWA解决方案,以支持使用双模方案的LTE-M或NB -物联网。该IP将包括集成基带、电源管理、射频无线电和前端组件的完整的蜂窝调制解调器模块集成在单一芯片上。

VeriSilicon提供芯片设计平台即服务(SiPaaS)IP,这使得他的客户可以专注于差异化功能。VeriSilicon首席执行官Wayne Dai表示,中国政府已经将窄带物联网全国范围的部署作为未来一年的目标。格芯在成都新成立的300毫米芯片厂,以及IP平台,如集成NB-物联网和LTE-M的单芯片方案,将对中国的物联网和物人工智能(AIoT)产业产生重大影响。

1微微安培每微米

Anubhav Gupta是格芯物联网、人工智能和机器学习部门战略营销和业务发展主管。他说:「一些客户正在使用旧的多芯片设计,并用22FDX工艺创建单芯片解决方案。由于SOI和FET有效叠加可获得高功率PA和高开关线性,22FDX工艺在转移到单芯片设计时具有面积、功耗和成本的优势。我们看到了该工艺的短沟道效应,更高的跨导增益,以及与28nm批量芯片的等效设计相比具有更好的偏模和低噪音性能。」

在数字化方面,Gupta表示,这种基底偏压的功能使客户可以在低于1微微安培每微米的情况下,使用低至0.4V的备用泄漏电流来运行。另外,格芯现在提供了嵌入式MRAM,其唤醒速度非常快,读取速度与flash类似,但写入速度要快1000倍。Gupta说,当eMRAM与芯片上的SRAM结合使用时,客户可以完全避开片外闪存。

众望所归的路线图

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Dan HutchesonVLSI Research公司首席执行官

Dan Hutcheson是加州圣克拉拉市市场研究公司VLSI Research的首席执行官。他在2016年对设计师们进行了一项调查,让他们比较FD-SOI与批量生产的CMOS。设计师们反馈,问题在于他们不知道是否有FD-SOI路线图。于是,格芯开发出从22FDX到12FDX™的平台,这个问题就迎刃而解了。

Hutcheson说,他相信一些公司正在起步进行设计,他们却就此对外界保密。「从2016年开始,市场上出现更多的IP,而格芯已经解决了12FDX的路线图问题,因此22不仅仅是一个一站式服务。」

意法半导体公司拥有多项应用于28nm芯片的FD-SOI设计。该公司最近宣布将把格芯22FDX工艺作为其FD-SOI路线图的下一站。

意法半导体的一位发言人说:「自从22FDX集成了第二代有源器件(晶体管)之后,意法半导体选择格芯22FDX技术作为下一站技术便顺理成章,目前我们已在使用28nmFD-SOI技术。」

这位发言人表示,「意法半导体对德累斯顿22FDX节点技术的发展持积极的看法,该节点技术目前已经具备了批量生产的资格,并为其发展的黄金时间做好准备。因此意法半导体可以立即用它来开发产品」。德累斯顿的制造团队的芯片产能和经验「使得我们对格芯的生产能力和产量充满信心。」

性能优化的视觉处理器

Dream Chip Technologies公司首席运营官Jens Benndorf说,他的团队把0.8 V库用于其“性能优化”的汽车视觉处理器。Dream Chip主导了一系列获欧盟支持的设计项目,这些项目包括ARM的A53 Quad和 Cortex®-R5,Cadence的四维Vision P6,ArterisIP的FlexNOC,INVECAS的LPDDR4控制器,以及其他的IP合作伙伴。基于22FDX工艺设计的多核视觉处理器,在2017年的MWC上首次亮相。从那时起,该设计为欧洲汽车制造商和一级汽车零部件供应商提供了一个平台,使他们可以创建定制的衍生产品。

据Benndorf介绍,「汽车行业意识到他们的辅助驾驶解决方案,除了需要雷达和激光雷达,还需要更多来自多个摄像头的整合信息。因次,多处理器芯片设计采用了正向偏差来提高性能,而不是反向偏差。」由此产生了一种计算机视觉处理器芯片方案,面积64平方毫米,有约10亿个晶体管,却只消耗4瓦。他补充道:「想象一下芯片上有多少视觉处理器,可见这个功耗数字有多么令人瞩目。」

Riot Micro公司押注蜂窝链路

Nanotel所进行的设计在数字和模拟上投入的精力相同,另一家使用22FDX工艺的创业公司则拥有全数字的窄带物联网调制解调器设计。位于温哥华的Riot Micro公司首席执行官Peter Wong表示,其公司不用数字信号处理(DSP)的方法,允许物联网用户关闭大部分芯片以节省电力。对于电池驱动的物联网边缘设备来说,这一点尤其受欢迎,因为这些设备可能需要使用电池运行10年。

Riot Micro 的首席执行官Peter WongRiot Micro的价值存在于功耗领域

Riot Micro的第一个设计是用竞争工厂的55nm批量CMOS来完成的,但是后续的芯片设计则用22FDX工艺来完成。Riot Micro的LTECat-M/窄带物联网调制解调器包含一个超低功耗处理器来运行协议栈。PeterWong说:「我们借鉴了蓝牙领域的设计方法来降低电力和成本。PHY是用栅来设计的,而不是用有紧密耦合和高度优化的协议栈的信号处理器(DSP)来设计的,这使得我们可以对调制解调器进行超细粒度的功率控制。」

PeterWong说:「有了22FDX工艺,我们的价值体现在潜在的能源和空间的节省。此外,利用IP越来越丰富可用的22FDX工艺中生态系统,有助于缩短产品进入市场的时间。」

RiotMicro设计的是一款支持LTE Cat-M和窄带物联网蜂窝标准的数字蜂窝调制解调器;Peter Wong说,今年Riot Micro的调制解调器将通过几家主要的移动运营商的认证。中东的一名客户正计划将其用于紧急警报系统。

Peter Wong说:「现在有很多方法可以连接互联网,如WiFi、蓝牙、Zigbee、蜂窝网络等等。有一些应用适用所有的方法,但对于许多应用来说,蜂窝网络有很多优势。从本质上说,蜂窝网络更安全、更容易部署、提供了移动性,而且频谱也是经许可和管理的。只要打开它,它就能连接起来。您不必担心频谱制式问题;这都是由运营商来管理的。」他表示,资产追踪和资产管理为其中主要应用程序。

来源Riot Micro — 窄带物联网网络在电力不足的大范围网络中使用蜂窝网络

集成化电源管理

Gupta表示,格芯留意到一些混合信号的物联网用户倾向于采用0.4V的电源为其数字电路电源,而采用0.8到1.8伏为其模拟部分电源。在22FDX中,LDMOS的可用性消除了对低功耗物联网应用的外部电源管理单元(PMU)的要求。通常在批量生产工艺中,他们没有高压LDMOS,而且由于很多物联网应用都使用锂离子电池工作,这些应用需要一个外部电源转换芯片来驱动使用电池驱动的应用程序。

Gupta表示,0.4V的设计有足够的数字性能来支持ARM核心,例如,从100Mhz到最高500Mhz的运行速度。

格芯的市场总监Tim Dry表示:「通过利用动态基体偏压,工程师们更全面地理解了22FDX技术的模拟设计性能。事实证明,SOI的基底偏压可以实现很多模拟缩放,这是我们直到最近才了解到的。对于ADCs(类似于数字转换器)、无线电和电源组件来说,我们相信我们可以得到比FinFETs更小的芯片面积。」

22FDX解决方案可以降低窄带物联网系统的功耗,如智能电表、增强现实和虚拟现实头盔、效用控制和安全摄像头的功耗。TimDry说:「智能扬声器是另一个吸引大量关注的应用。」

 

 

 

关于作者

Dave Lammers是固态技术特约撰稿人,也是格芯的Foundry Files的特约博客作者。他于20世界80年代早期在美联社东京分社工作期间开始撰写关于半导体行业的文章,彼时该行业正经历快速发展。他于1985年加入E.E. Times,定居东京,在之后的14年内,足迹遍及日本、韩国和台湾。1998年,Dave与他的妻子Mieko以及4个孩子移居奥斯丁,为E.E Times开设德克萨斯办事处。Dave毕业于美国圣母大学,获得密苏里大学新闻学院新闻学硕士学位。

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