通信芯片四大發(fā)展趨勢

    據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計協(xié)會(WSTS)日前發(fā)布的一份預(yù)測報告顯示，世界半導(dǎo)體市場未來三年將保持兩位數(shù)的增長，這份報告還表明，全球半導(dǎo)體業(yè)之所以能夠復(fù)蘇，通信產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展功不可沒，近年來通信集成電路IC芯片的需求大幅度增長，給全球半導(dǎo)體業(yè)注入了新的活力。在最近兩年里，三網(wǎng)融合的大趨勢有力地推動了芯片業(yè)的發(fā)展，通信芯片在移動通信、無線Internet和無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)的發(fā)展，開始超過了PC機芯片的發(fā)展。IDC的專家預(yù)測，通信IC芯片，尤其是支持第三代移動通信系統(tǒng)的IC芯片，將成為21世紀(jì)初全球半導(dǎo)體芯片業(yè)最大的應(yīng)用市場。

　　據(jù)美國國際市場調(diào)查公司Dataquest的資料顯示，1996年，全球通信設(shè)備市場規(guī)模為1673.54億美元；1998年達2132.79億美元；2000年達2574.62億美元。1996~2000年的年平均增長率為11.4%。據(jù)國際電信聯(lián)盟(ITU)預(yù)測，到2000年底，全球通信業(yè)總值將達1～1.2萬億美元的規(guī)模，并將首次超過世界汽車業(yè)的總產(chǎn)值。這個數(shù)字表明， 2000年，由于全球通信業(yè)的迅猛發(fā)展，全球通信業(yè)年收入將突破萬億美元大關(guān)，將會進一步刺激全球半導(dǎo)體通信IC芯片業(yè)的更快發(fā)展。國際商務(wù)戰(zhàn)略一項研究顯示，全球通信IC 芯片市場銷售額將從1998年的283億美元增至2005年的904億美元。2000年通信業(yè)將繼續(xù)成為全球發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)。

　　中國通信IC芯片近年來發(fā)展也很快，據(jù)CCID 微電子研究部發(fā)布的一項市場調(diào)查和預(yù)測顯示，2000～2003年中國通信類整機應(yīng)用IC 芯片的市場規(guī)模將保持較快的增長速度，2000年通信類整機用IC芯片的市場需求量為15.02億塊，比1999 年增長21.62%，預(yù)計到2003年通信類整機用IC芯片的市場需求量將達68.77億塊。

　　在國內(nèi)外半導(dǎo)體芯片園地里，通信IC芯片正在向著體積小、速度快、多功能和低功耗的方向發(fā)展。

小巧玲瓏

　　美國模擬器件公司(ADI) 日前新研制成功世界上第一款用于無線通信手機的完全基于 (RAM)的基帶芯片組。這款小小的SoftFone芯片組，體積小巧，僅像火柴盒一般大小，能夠使移動電話廠商和終端用戶輕松定制、選擇功能。 這種芯片組的功耗較小，成本也比較低，因而極具競爭優(yōu)勢。SoftFone芯片組完全基于RAM，GSM移動電話廠商可利用普通硬件平臺裝入不同版本的軟件，以支持從高端到低端的全系列手機。ADI的這款SoftFone芯片組將于今年8月初大批面市。

　　為了進一步縮小通信芯片的體積，科學(xué)家們正在研制一系列的采用非硅材料制造的芯片，例如砷化鎵(GaAs)芯片、鍺(Ge)芯片以及硅鍺(SiGe)芯片等。 這些非硅通信芯片的體積更小巧，能夠用來制造輕、薄、短、小的通信設(shè)備。

　　為了使通信終端設(shè)備做得越來越小，在數(shù)字蜂窩電話中，芯核RISC處理器構(gòu)成一個高集成度子系統(tǒng)的一部分。基帶部分，即RF 部分在通常的情況下集成一個RISC微控制器、一個低成本DSP、鍵盤、存儲器、屏控制器和連接邏輯。ARM公司的ARM7 TDM1十分適合于這種應(yīng)用，其每兆赫僅消耗1.85mW，相對低的 13MHz 速率與GSM900系統(tǒng)中的微控制器同步。RISC芯核在芯片上僅占4.9m2的面積，可以在較低的電壓下工作，因而片上存儲器的功耗往往低于片外存儲器。ROM的功耗也小于SRAM。在可能的情況下，采用空載模式更能節(jié)省功率。在一般情況下，片上必需包括一個鎖相環(huán)為DSP提供時鐘信號。

　　高集成度在DSP芯片中也應(yīng)用得很廣泛。 為用低功耗的小型器件進行高水準(zhǔn)的調(diào)制和解調(diào)算法作業(yè)，已經(jīng)開發(fā)出包含有DSP內(nèi)核電路的單片算法IC。在21世紀(jì)初的幾年內(nèi)，隨著微細(xì)化工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，在更多地采用0.25μmCMOS工藝之后，集成度將會得到進一步的提高，而電壓和功耗將會進一步降低，從而能夠?qū)⒂糜趨f(xié)議處理的CPU內(nèi)核電路也全部集中制作在一枚小小的芯片上。 Texas Instruments(TI)公司日前新推出的TMS320C6203產(chǎn)品，有250MHz、300MHz兩種型號，執(zhí)行速度高達2900MIPS，是目前世界上速度最快的DSP產(chǎn)品。這款芯片集成了7Mbits內(nèi)存，是目前在單機芯DSP里集成的最大內(nèi)存，采用18m2的BGA封裝，能夠節(jié)省插件板/系統(tǒng)空間，適用于3G無線基站、電信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)備。

　　使通信芯片實現(xiàn)微型化的另一種有效的途徑，是在半導(dǎo)體通信芯片制造工藝中采用更先進的光刻技術(shù)，科學(xué)家們讓光透過掩膜形成一個影像，利用透鏡使這個影像縮小，并且巧妙地利用這種投影光，把芯片電路的輪廓投射到涂有一層硅的光刻膠上面，通過對透鏡的改進，縮短光的波長，并且改進光阻材料，就可以把芯片電路蝕刻得更加細(xì)致入微，更加精確，從而制造出集成度更高、體積更小的通信芯片，使用這種芯片的移動通信設(shè)備將變得更加便攜。

快如閃電

　　第三代移動通信正在崛起，3G與第一代以及第二代移動通信技術(shù)最大的不同，在于3G需要面向Internet和數(shù)據(jù)通信。因此，對新一代的手機IC芯片提出了更好的要求，要求手機IC芯片具有更強大的數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理能力，必需擁有更廣闊的存儲空間，用來存儲從網(wǎng)上下載的各種數(shù)據(jù)信息。此外，還要求新一代手機中被處理的信息不再僅僅是語音和指令，而是更復(fù)雜的多媒體信息，因此，要求新一代手機IC芯片必需擁有更高速的數(shù)據(jù)處理能力，要求其速度快如閃電。

　　為了使新一代手機擁有更大的存儲能力和更快的數(shù)據(jù)處理能力，將會提高手機的功耗，而要達到大數(shù)據(jù)量存儲、 高速處理和功耗不增加這三種要求 ，新一代手機應(yīng)當(dāng)采用嵌入式flash（快閃）存儲技術(shù)、高性能的DSP和降低電池電壓等各種手段。

　　高速接口IC，用于通信網(wǎng)絡(luò)的中繼傳輸和幾個通信系統(tǒng)之間的高速傳輸，傳輸速度已經(jīng)按照ITU規(guī)定的SHD實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。除了與光纜接口的激光器驅(qū)動電路和光接收電路等光電變換電路之外，其它的諸如幀同步、 糾錯以及傳輸總線的多路分離等，都需要利用目前已經(jīng)向著微細(xì)化發(fā)展的CMOS 技術(shù)的高集成度;將其制作在一枚小小的芯片上。目前，以0.35μmCMOS技術(shù)制作的通信接口IC，能夠以2.4Gbps的速度進行各種傳輸信息的處理，IC。

　　藍(lán)色巨人IBM和北方電訊(Nortel) 公司的科學(xué)家們還聯(lián)合研制出了一款制造材料既非硅、也非鍺的新型芯片，這就是SiGe芯片，它是由硅(Si)和鍺(Ge)兩種材料的混合物制造而成的，稱為SiGe混合物半導(dǎo)體芯片。 根據(jù)這兩家公司的合作協(xié)議，Nortel公司負(fù)責(zé)為幾種高速通信應(yīng)用程序?qū)ｉT設(shè)計這種新型SiGe芯片，而IBM公司則負(fù)責(zé)專門生產(chǎn)這種芯片。 這種SiGe芯片是目前其他一些非硅半導(dǎo)體芯片諸如砷化鎵芯片的有益的補充，SiGe芯片能夠有力地支持研發(fā)更復(fù)雜、高速的通信新產(chǎn)品。與砷化鎵芯片比較，SiGe芯片有著其明顯的優(yōu)勢，SiGe芯片的集成度更高，體積更小，功耗也更少。此外，SiGe芯片還有一個突出的優(yōu)點，它可以用現(xiàn)有的硅芯片生產(chǎn)設(shè)備進行加工，而不必另外添置其它的加工設(shè)備，從而能夠有效地降低生產(chǎn)成本，與其他的非硅芯片更具有價格優(yōu)勢。
　　
　　美國密執(zhí)安大學(xué)工程學(xué)院在最近研制成功一種新型光學(xué)芯片，這種芯片可以大大增加數(shù)據(jù)高速公路的信息容量，使上網(wǎng)用戶獲益匪淺。這種芯片是目前高速光電子信號檢測的世界紀(jì)錄保持者，它可以接收速度高達24Mbps的以激光脈沖傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，而目前絕大多數(shù)同類產(chǎn)品能夠處理的數(shù)據(jù)傳輸速度，僅為11兆位/秒。這所工程學(xué)院新推出的光學(xué)芯片，在同一種半導(dǎo)體疊層中集成了光檢測儀和放大裝置，不必采用會增加混合光感接收器制造成本的連接電線。這種芯片的電路包括一個可檢測輸入光束的P 型光電二極管和一個放大高速信號的異結(jié)雙極晶體管。這種芯片是在密執(zhí)安大學(xué)固態(tài)電子實驗室采用一種半導(dǎo)體工業(yè)最常用的單步分子束外延生長工藝研制成功的。雖然目前這種光學(xué)芯片的成本還比較高，但是，一旦這種制造技術(shù)實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，那么，光學(xué)芯片的成本和價格就會大大降低，屆時，光學(xué)芯片就會在電子業(yè)界和通信業(yè)界得到廣泛的應(yīng)用。

功能多樣

　　歐洲最大的半導(dǎo)體制造廠商Philips半導(dǎo)體公司日前推出新型的GSM GPRS芯片組，以便實現(xiàn)基于GSM移動電話系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸，為移動通信Internet和個人多媒體服務(wù)熱潮推波助瀾。這種芯片組基于Philips并購的 VLSI 技術(shù)公司的OneC基帶控制器，這是目前業(yè)界最高集成度的GSM解決方案，它將成為利用 GPRS進行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男乱淮苿与娫挼暮诵?。這種綜合GPRS方案的射頻部分是由Philips開發(fā)的新型雙帶RF芯片組構(gòu)成的。GPRS OneC 和Philips以及第三方的RF方案相容，成為一款面向3G的新產(chǎn)品。Philips的下一代將會集成更多的新功能，例如GPS、MP3以及Bluetooth等，并且直接面向UMTX、WCDMA以及CDMA-2000等3G移動通信標(biāo)準(zhǔn)。

　　Philips公司推出的兩款多功能電話通信芯片TEA1118以及 TEA1118A，可以應(yīng)用于可視電話、傳真電話一體機和室內(nèi)無繩電話基地臺等。TEA1118 芯片具有各種DECT應(yīng)用方案的多種語音電路功能，TEA1118A芯片也具有各種CTO/CT1模擬室內(nèi)無繩電話所需的DTMF撥號插入和噪聲控制等多種功能。內(nèi)置撥號和接口的低壓芯片TEA110A，則屬于TEA1112A的低價產(chǎn)品，采用DIP14/SO14兩種封裝，能夠為不設(shè)發(fā)光二極管掛上/ 掛下指示與傳聲器噪聲抑制功能的電話提供具有價格競爭能力的解決方案。TEA111X系列的芯片產(chǎn)品則采用高密度雙極處理技術(shù)生產(chǎn)而成，可以使新型電話的設(shè)計大為簡化。

　　AMD公司新推出兩款最先進的手機用flash存儲器芯片:32MB的Am29BDS323和64MB的Am29BDS643，這兩款芯片都采用AMD公司創(chuàng)新的同步讀/寫結(jié)構(gòu)、高性能爆發(fā)模式接口以及超低電壓技術(shù)。

　　這兩款芯片可以在40MHz～54MHz的頻率范圍內(nèi)進行運作，最適宜用于新一代的移動通信手機，能夠支持多種創(chuàng)新的功能，例如上Internet的功能、PDA、視頻數(shù)據(jù)分流傳輸以及MP3等功能。Am29BDS323芯片的存取時間為20ns，而Am29BDS643芯片的存取時間僅為13.5ns，比其他的競爭產(chǎn)品快，這種高速存取功能可以大大減少讀取flash代碼以及數(shù)據(jù)所需的等待狀態(tài)次數(shù)，從而確保微處理器可以充分發(fā)揮其性能。Nokia公司由于采用分組無線通信服務(wù)(GPRS)、EDGE以及第三代無線通信技術(shù)的新一代手機需要支持高速的數(shù)據(jù)傳輸，因而需要得到先進的flash芯片的支持，而AMD公司推出的這兩款flash能夠滿足這種需求。

　　為了研制出多功能的移動通信便攜式終端設(shè)備，要求通信芯片具有更高的集成度，從而將多種芯片集成到一塊芯片上，成為一體化芯片。Agere Systems公司（原Lucent Technologies微電子部），集中力量專攻通信設(shè)備的研究開發(fā)，成績斐然，這家公司曾經(jīng)創(chuàng)造了年銷售通信芯片30億美元的業(yè)績，其中，一體化多功能芯片占58%，居該公司所有產(chǎn)品銷售總額的12%。Agere最近還新推出了一款由11 個芯片組集成為一體的多功能移動電話。另外一家業(yè)界巨頭TI ，最近幾年將其研發(fā)重點進行了重新定位，加大了研發(fā)DSP及其他多功能通信芯片的力度，在研制開發(fā)新款多功能通信芯片方面表現(xiàn)不俗，十分引人注目。

功耗不斷降低

　　長期以來，科學(xué)家們一直致力于研制能夠顯著地降低能耗的產(chǎn)品。最近，一種新推出的利用反向計算的方法設(shè)計的微處理器芯片可以大大降低耗電量。這種設(shè)計方法將導(dǎo)致功能強大的微處理器問世，這種微處理器可用于諸如掌上型計算機、移動電話和便攜式計算機等電流驅(qū)動的裝置中，并且可以大大延長這類裝置的運行時間。美國麻省理工學(xué)院負(fù)責(zé)反向計算項目的著名科學(xué)家邁克爾. 弗蘭克在最近指出:“在不使用昂貴制冷系統(tǒng)的情況下，我們的研究已經(jīng)接近了高速微處理器所能散發(fā)熱量的物理極限”。弗蘭克和他的同事們認(rèn)為，除非散熱問題能夠得到完美的解決，否則“摩爾定律”就將變得不再適用了。他們還指出，反向計算所涉及的技術(shù)，是解決微處理器散熱問題的最佳方案。在反向計算中，每個運算周期后存儲在微處理器中的信息并沒有完全被擦掉，擦掉信息時微處理器是不會發(fā)熱的，而是保留了某些信息，供下一個運算周期使用?？茖W(xué)家們制造的理論模型表明，制造出只消耗相當(dāng)于目前微處理器1%電能的功能強大的微處理器是完全可能的。加州大學(xué)信息學(xué)學(xué)院的一個研究小組最近宣布，他們已經(jīng)研制出世界上第一塊利用某些反向計算技術(shù)的微處理器芯片。

　　Motorola公司半導(dǎo)體部新推出的FLEX芯片組，提供了處理FLEX 協(xié)議所需的所有器件，加速了專業(yè)人員設(shè)計的尋呼機產(chǎn)品投放市場的速度。FLEX 協(xié)議是開發(fā)高速尋呼機de facto標(biāo)準(zhǔn)，它向?qū)I(yè)人員提供一組共同的規(guī)則，確保尋呼機的使用能夠跨越不同尋呼臺站的設(shè)備。 Motorola FLEX 芯片組包括 : 68175FLEX 字符數(shù)字芯片，68181FLEX漫游芯片，68175FCB FLEX開發(fā)和新款模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片68176， 它能夠?qū)?8176模擬/ 數(shù)字芯片插在 FLEX 開發(fā)板上 ，并且將 900MHz 射頻接收器連接到68175FLEX字符芯片或者68181漫游芯片上。ADC把由RF接收器檢測到的4級聲頻信號轉(zhuǎn)換為2位數(shù)字信號，以供系統(tǒng)其余部分使用。 Motorola提供的68176芯片具有更寬的工作電壓范圍、較低的電源電壓和比其它ADC芯片更低的成本，深受廣大用戶青睞。