据Gartner的预测,到2020年,除智能手机、PC和平板电脑外,物联网终端出货量将达到300亿台/只,每年用于物联网终端上的芯片出货量将达到 450亿颗。如此巨大的市场前景,吸引了众多IC设计公司开发新产品。晶圆代工企业也瞄准了物联网的巨大商机,频频推出新技术,配合设计公司更快、更好地推出新一代芯片,助力物联网产业高速发展。

华虹集团旗下上海华虹宏力半导体制造有限公司(以下简称“华虹宏力”)是全球领先的特色工艺晶圆制造企业。最近几年,其在差异化特色工艺上不断创新,以持续满足物联网市场芯片设计公司的需求,其技术通过了市场的检验,获得了众多客户的认可。

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华虹宏力战略、市场与发展部科长李德红认为,物联网终端的核心功能可以概括为三点:“感知+智能化+连接”。“感知”是指通过一定的传感器,例如加速计、陀螺仪、压力传感器、光学传感器、触摸传感器、指纹传感器、3D人脸识别、声学传感器等,来感知外界或环境信号;通过微控制器(MCU)或应用处理器,运行特定的软件算法来进行运算或逻辑处理,再通过蓝牙、ZigBee、NFC、Wi-Fi、5G、NB-IoT等无线通信技术,进行数据的传输,从而实现物联网对终端或外界信号的处理与信息采集。

华虹宏力的嵌入式存储器、模拟与电源管理、逻辑与射频、微机电系统(MEMS)等工艺平台,配合多项自有IP,能有效支持客户开发出高性价比、低功耗的MCU、通讯芯片、射频前端、电源、传感器等产品,亦可满足物联网独有的安全需求。

超低漏电eFlash平台 助力物联网MCU发展

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Gartner报告显示,针对物联网市场, MCU于2020年的出货量将接近40亿颗,增幅远大于同期的FPGA/PLD、CPU、ASIC、MAP和ASSP。低功耗是制胜物联网应用的关键。华虹宏力专为物联网打造的0.11微米超低漏电(Ultra-Low-Leakage,ULL)嵌入式闪存(eFlash)工艺平台,具有超低功耗优势,其N/P 管静态漏电< 0.2 pA/μm,同时还支持RF-CMOS无线连接模块的集成。

IoT18013003 图:华虹宏力0.11微米ULL eFlash平台参数

可见,华虹宏力0.11微米平台的器件漏电甚至低于业界一些55纳米低功耗平台。此外,0.11微米ULL eFlash平台还支持低电压操作模式,可在1.5至1.2V电压下稳定工作,兼顾动态、静态功耗。

SRAM IP设计时,低功耗和高速度较难平衡,需要设计者折衷考量。如果需要低功耗设计,就可以选择0.11um ULL SRAM,它的漏电电流只有0.18 um IBG工艺的5%。李德红指出,0.11um ULL平台SRAM的速度最高可达120MHz@512Kbits,能满足大部分物联网终端的需求。

从eFlash IP的设计、工艺到测试,华虹宏力都有自主团队,经验丰富,可以为客户提供灵活的定制服务。

IoT18013004 图:华虹宏力自有Flash IP的关键参数简介

在智能卡市场,主要包括二代身份证、金融IC卡和SIM卡等,作为全球最大的智能卡芯片制造商,华虹宏力牢牢占据着领导者的位置。基于其嵌入式平台的银行卡已经通过了CC EAL5+、EMVCo和CQM等多项国际认证。在未来的物联网芯片中,增加安全方面的硬件模块很有必要:或者放在SoC中,或者在主芯片旁边单独设计一块安全芯片,来保障终端产品及其数据安全,这在华虹宏力的嵌入式平台上也已经实现。

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万物互联时代 射频工艺与电源管理IC再发展

相比基于砷化镓和蓝宝石衬底的射频开关设计,SOI技术可使客户获得优秀性能和扩展能力的同时,大幅降低成本,提高产品竞争力。近几年,SOI技术在射频开关上的优势已广为业界认可。

针对射频应用,华虹宏力可提供硅衬底全系列工艺解决方案,包括 RF SOI、与逻辑工艺兼容的RF CMOS、SiGe BiCMOS以及IPD等技术。多家芯片厂商已在华虹宏力的RF SOI平台量产。其中,0.2微米射频SOI工艺设计套件(PDK)专为无线射频前端优化,颇受市场好评。

华虹宏力现已发布第四代RF SOI FOM,并努力将射频工艺从0.2微米提升到0.13微米,以满足3G/4G(LTE)智能手机及未来5G移动通信的需求。

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MS Research预测,从2016年到2020年,LED照明驱动IC的年复合成长率可高达17.1%。华虹宏力作为LED驱动芯片技术的领航企业,其highside驱动600V BCD技术已近开发完成,将适用于如电机驱动、智能家居等更广泛的应用领域。同时,整合BCD与OTP、MTP、eFlash工艺的新技术也正在研发,将为快充、无线充电等提供全新的解决方案。

MEMS传感器成长迅速,工艺创新不断

根据Gartner数据,在物联网中,虽然处理运算芯片的销售额远超过传感和通信类芯片,但是在出货量上,传感器数量的需求更为巨大。华虹宏力已成功建设了三大MEMS工艺制造平台——体硅、表硅以及磁传感器平台,且可与现有的CMOS生产线完全兼容,能为客户代工量产气压传感器、加速度计、陀螺仪等产品。

持续创新,服务客户与物联网市场

物联网市场对特色工艺有大量需求,华虹宏力可提供传感器、射频、MCU、安全芯片以及电源管理等晶圆代工解决方案。面对万物互联所带来的无限机遇,华虹宏力还将持续创新,朝着高集成度、低功耗、高性价比继续迈进,不断创新、优化解决方案。

IoT18013007 图:华虹宏力物联网方案的生产工艺汇总

在提供完整技术方案的同时,华虹宏力为更好满足客户日益增长的需求,一直致力于产能扩充,目前月总产能增至约17万片,并且公司还在持续拓展产能及差异化技术。未来,华虹宏力将立足本土,定位全球,为IC设计企业提供更好的服务和支持。