無線芯片在高集成化中尋找機遇與困惑

摘要：本文從多個角度介紹了在無線芯片日益高集成化的趨勢下，各種無線技術(shù)集成在一起帶來的市場發(fā)展新機遇以及遇到的具體問題，力求從多個公司的角度探討無線芯片未來發(fā)展的主要方向。
關(guān)鍵詞：無線芯片；功能集成；Wi-Fi；藍牙；

　　連接性是未來電子產(chǎn)品最值得期待的特性，幾乎所有的電子產(chǎn)品消費者都希望能夠通過無線連接與其他設(shè)備進行互動，因此，未來每個電子產(chǎn)品都有一個射頻收發(fā)模塊將成為無線芯片最主要的市場推動力，在這樣龐大的市場機遇面前，并不是每個公司都可以分一杯羹，隨著無線技術(shù)的成熟，無線市場的競爭遠比以前更為激烈和復(fù)雜。

集成化趨勢

　　無線半導(dǎo)體市場在早期以手機半導(dǎo)體為主，基帶是最早無線芯片的核心，TI正是以此奠定多年無線半導(dǎo)體老大的地位，隨著基帶技術(shù)的成熟和普及，NXP、Skyworks、ADI和MTK等公司的產(chǎn)品與TI在質(zhì)量上不相上下，基帶市場逐漸飽和并形成均勢的格局，而隨著無線網(wǎng)絡(luò)和無線連接技術(shù)的普及，其他無線標(biāo)準(zhǔn)芯片逐漸成為無線市場的主力，并且催生了一系列新興無線半導(dǎo)體廠商。

　　目前，無線半導(dǎo)體的主要應(yīng)用領(lǐng)域是便攜消費產(chǎn)品（手機依然是其中最主要的載體），這就注定要持續(xù)面臨低功耗和低成本要求，與此同時，不同的接入標(biāo)準(zhǔn)也逐漸吸引消費者，因此將不同的標(biāo)準(zhǔn)引入到單一設(shè)備，特別是手機中，就成為未來無線半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的主要方向，并由此開始了高集成化在無線半導(dǎo)體技術(shù)中的關(guān)鍵角色。

圖1　無線連接成為便攜設(shè)備新需要

　　博通（Broadcomm）公司是倡導(dǎo)無線芯片高集成化的主力軍之一，作為一家以通信技術(shù)起家的Fabless公司，博通公司大中華區(qū)總經(jīng)理梁宜認為，未來無線市場將是以高集成度取勝的領(lǐng)域，對于博通來說，意味著需要將多種無線技術(shù)集成在一顆芯片上，并且在每個技術(shù)上都需要保持技術(shù)優(yōu)勢才能取得競爭的勝利，因此企業(yè)在集成化技術(shù)上的實力和全面技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢將是未來無線半導(dǎo)體企業(yè)發(fā)展的核心競爭力。如果按博通公司的業(yè)務(wù)劃分，無線和手機應(yīng)用已經(jīng)占據(jù)公司1/3以上的市場份額，梁宜認為，博通產(chǎn)品在市場上取勝的關(guān)鍵之一就是博通一直在IC設(shè)計的集成度上優(yōu)勢明顯。

　　博通公司認為無線半導(dǎo)體未來一個重要的需求是Mobile與Wireless技術(shù)的整合，特別是將Wi-Fi、Bluetooth、GPS、FM等多種無線技術(shù)整合到盡可能少的芯片中，為單一設(shè)備提供多種連接方式將廣受市場的歡迎。由于多種無線技術(shù)工作在相近的頻段，并且射頻電路有許多相似之處，這就為集成提供了更多的可能性。與博通持相同觀點的還包括另外兩家領(lǐng)先的無線半導(dǎo)體廠商，CSR和Atheros。

　　Atheros公司是以標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝設(shè)計無線射頻芯片為主，并且在高性能和低功耗結(jié)合角度取得很大成功。該公司GPS業(yè)務(wù)拓展總監(jiān) James Horng肯定地認為，未來通信半導(dǎo)體產(chǎn)品如果不能做成單芯片，將缺乏足夠的成本競爭力，在未來五年內(nèi)，Bluetooth+Wi-Fi+GPS將成為絕大多數(shù)可連接無線設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置，至少從封裝成本來看，單芯片與多芯片相比就有了足夠的成本優(yōu)勢，更何況還能降低功耗、縮減體積。

　　依靠藍牙技術(shù)上的優(yōu)勢發(fā)展起來的CSR公司則在應(yīng)用角度更為貼近市場需求，該公司中國區(qū)總經(jīng)理吳松如將無線集成技術(shù)的范圍延伸到更多技術(shù)，他認為NFC（近距離通信）和FM調(diào)頻收發(fā)技術(shù)同樣將會在未來的個人電子設(shè)備中與其他無線技術(shù)集成到一起。隨著智能交通的發(fā)展，個人NFC特別是無源NFC技術(shù)將會在便攜電子產(chǎn)品（比如手機）中獲得廣闊的應(yīng)用前景，毫無疑問，如果能將NFC和其他無線技術(shù)融合在一起，將是個極有競爭力的產(chǎn)品。

　　雖然在市場上，這幾家公司彼此存在許多競爭領(lǐng)域，但對于無線技術(shù)相近的看法正是幾家公司取得成功的原因之一。博通最初主攻網(wǎng)絡(luò)通信，CSR則是藍牙起家，Wi-Fi是Atheros成功的基礎(chǔ)，三家公司在技術(shù)上各有擅長，不過都強調(diào)出色的射頻設(shè)計是決定產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。隨著無線技術(shù)的發(fā)展，三家公司已經(jīng)步調(diào)一致地將未來維系在Bluetooth+Wi-Fi+GPS為基礎(chǔ)的無線半導(dǎo)體單芯片集成產(chǎn)品領(lǐng)域。另一個相同的地方是，三家公司都認為GPS技術(shù)若要取得大范圍應(yīng)用，未來必須將芯片成本降低到1美元以下。

面臨的問題

　　集成化作為未來無線半導(dǎo)體的趨勢，意味著要將更多的無線技術(shù)集成到同一顆芯片中，這不僅對IC設(shè)計能力提出挑戰(zhàn)，同時面臨很多其他的問題。

　　博通公司的梁宜認為，無線技術(shù)的集成面臨最大的問題并不是如何把這些電路集成到一顆芯片上，而是在于集成之后如何工作，這其中抗干擾能力是面臨的最大挑戰(zhàn)。特別是在集成度不斷增加之后，確保不同標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)在工作時的相對獨立和減少其他技術(shù)對其的干擾就成為一個亟待解決的問題。如果不能有效解決不同電路之間的干擾問題，那么集成就失去了應(yīng)有的意義。

　　CSR公司的吳松如談到這個問題時認為，集成之后的一個重點問題是射頻和天線，特別是不同無線技術(shù)雖然射頻端電路有很多相似的地方，但在天線部分還存在很多不同，比如藍牙技術(shù)的天線短但是要求功率較大，而FM技術(shù)的天線則要求環(huán)形長天線，這就造成即使芯片可以集成多功能但天線將成為未來設(shè)計的制約因素。

　　Atheros公司的Horng則把無線集成技術(shù)未來的瓶頸定位在射頻設(shè)計上，隨著集成度的提高和制程的進步，無線半導(dǎo)體留給模擬部分的面積越來越緊湊，65nm工藝對射頻設(shè)計而言并沒有什么優(yōu)勢，因為數(shù)字技術(shù)可以輕易縮小，模擬部分則面臨很多困難，這也是65nm射頻產(chǎn)品效率不高的主要問題。

　　除了這些技術(shù)上亟待解決的問題之外，無線半導(dǎo)體的集成還面臨許多應(yīng)用上的困惑。博通公司梁宜就明確指出，無線半導(dǎo)體雖然集成是大趨勢，但如何規(guī)劃集成技術(shù)的產(chǎn)品路線圖有很大的學(xué)問，必須充分考慮到市場的需求和實際設(shè)計特別是產(chǎn)品設(shè)計的定位，否則，一味追求高集成度而融合更多無線技術(shù)可能適得其反。

圖2　多功能產(chǎn)品對無線連接的需求

　　誠然，在單芯片中集成更多的無線技術(shù)可以降低總體成本，但集成技術(shù)越多意味著設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)越大，其成本比少集成一兩種技術(shù)還是要高一點的，因此集成也需要滿足成本和功能之間的平衡。另外，由于集成之后面臨著共用射頻電路的問題，因此集成在一顆芯片上的多種無線技術(shù)必然不能同時應(yīng)用，這就促使經(jīng)?；蛘吲紶栃枰瑫r開啟的業(yè)務(wù)必須盡可能保持在不同的芯片之上；而且還必須解決多種技術(shù)同時應(yīng)用的干擾問題，這要求在芯片設(shè)計時必須合理考慮不同標(biāo)準(zhǔn)之間的抗干擾條件的不同。上述這些問題意味著，即使集成更多無線技術(shù)是未來無線芯片發(fā)展的最主要趨勢，但集成不是簡單地將無限多的技術(shù)統(tǒng)統(tǒng)扔進一顆芯片，依然要在性能、成本和功耗等前提下實現(xiàn)有效地多種標(biāo)準(zhǔn)集成。