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中国EDA产业浪潮,春风化雨新十年(下)—成果挑战篇

时间:2022-05-06 09:51:00 作者:邵乐峰 阅读:
在《中国EDA产业浪潮,春风化雨新十年(上)—发展机遇篇》一文中,我们一起回顾了中国EDA产业的发展现状与重大机遇,本文则将重点关注本土EDA产业当前面临的挑战,以及取得的丰硕成果。
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在《中国EDA产业浪潮,春风化雨新十年(上)—发展机遇篇》一文中,我们一起回顾了中国EDA产业的发展现状与重大机遇,本文则将重点关注本土EDA产业当前面临的挑战,以及取得的丰硕成果。 关于《 中国EDA产业浪潮,春风化雨新十年(上)—发展机遇篇 》点击链接: https://www.eet-china.com/news/magazine220401.html

挑战篇

一个众所周知的事实是,EDA是无法单独存在的,闭门造车出来的东西很难实现具体的应用需求,它必须和半导体上下游不断的进行互动,形成螺旋式发展态势。这时,生态圈的建设就显得非常重要,通过把EDA与上游设计公司和下游晶圆厂“捆绑”起来,再结合PDK认证,来实现信用的背书,简化了半导体产业链设计生产的流程。

具体来说,EDA工具必须得到晶圆厂的工艺节点认证,设计公司才敢使用,否则因为设计差错带来的损失谁都无法承担。从另一个角度来看,晶圆厂对于EDA工具的评估和认证也是非常谨慎的,他们会优先选择EDA大厂,因为软件质量有保证,更重要的是使用这些工具的设计公司众多,能够为晶圆厂的生产带来广泛的客源;而对于一些新进的EDA公司,由于背后使用的客户有限,晶圆厂兴趣度就大减,合作的积极性就较低。

芯和半导体联合创始人、高级副总裁代文亮博士

因此,代文亮博士指出,国内EDA企业要获得真正的商业化市场化,生态圈的建设,尤其是在晶圆厂评估认证方面存在的挑战一定要克服。目前国产EDA公司中获得晶圆厂认证的并不多,只有华大九天、概伦电子、芯和半导体等少数几家,这也成为判断国产EDA公司的产品是否成熟的一个标志。

北京华大九天科技股份有限公司董事长刘伟平

刘伟平将国内EDA企业的短板归结为三方面:

人才严重匮乏

据赛迪智库统计,2020年我国EDA行业人数总规模为4400人,其中供职于本土EDA企业的仅有2000人,而Synopsys一家公司在全球就有超过1万名员工,差距十分巨大。其中,本土人才培养模式单一和人才流失比较严重,被认为是导致出现这种现象的两大原因。

EDA生态环境弱

EDA工具需要产业生态,尤其是芯片制造企业的配合才能真正地应用于产业。国产EDA厂商由于缺乏与头部制造企业的合作,导致与工艺(特别是先进工艺)的适配缺失,这是国产EDA厂商面临的重大障碍。

产品成熟度差

国内EDA企业的产品推出时间较短,有些甚至还在开发中,产品与应用缺少迭代磨合,产品成熟度差。刘伟平呼吁EDA企业应该十分注重与产业伙伴形成战略合作关系,在共同探讨产品需求的同时,还要深入进行产品应用磨合,加速产品成熟。

芯愿景公司研发总监丁仲

丁仲对此有着类似的看法。“传统EDA厂商的护城河很深,用户不到迫不得已(除非被禁用),在项目成功率和产品上市周期的双重压力下,没有太大动力选择国内EDA软件用于产品设计。”因此,丁仲说,在EDA三巨头占据大部分市场的情况下,如何让国内用户(IC设计公司和晶圆厂)愿意用,经常用,敢用,放心用,是国内EDA企业面临的重大挑战。

行芯董事长兼总经理贺青

贺青也总结出了自己心目中国内EDA企业面临三大挑战:一是人才难题:吸引人才难,培养难度大,周期长,流失率高、人力成本飙升;二是资源与需求矛盾:在资源有限的情况下,如何精细化分配资源,满足长期大量的开发需求;三是战略定力和长期坚持:目前处于行业增长热潮,外部诱惑众多,EDA企业需要十年如一日的坚持。而行芯的做法是在优势资源的加持下,持续吸引海内外优秀行业人才加盟,逐步完善人才梯队的建设,制定详细的EDA人才培养计划,包括加强校企合作、企业导师计划、竞赛挖掘培育等。

国微思尔芯公司CEO兼总裁林俊雄

“这更像是一个‘先有鸡,还是先有蛋’的问题。“林俊雄表示,对于新创的EDA企业来说,一个新的EDA工具需要贴近客户,和客户一起验证产品,最后才能成为一个好的产品而被市场接受。只有EDA工具足够好,客户才有一起验证的意愿,但这的确需要漫长的时间来磨合。

合见工软联席总裁郭立阜

在郭立阜看来,尽管本土EDA企业成长空间大,但也面临规模、人才、技术、市场容量以及客户接纳周期长等多方面的短板,如果一切开发都从零开始,周期势必会非常长。因此,他建议称,如果能以开放的心态怀抱相关领域的高精尖人才,基于自身强大的研发实力,自主开发产品的核心技术和平台,再通过相应的并购整合,加速整个产品和工具链的开发,将是一个非常可行且可控的方式,这也是合见工软成立之初选择的阶段性发展模式。

在与之同步的研发过程中,不断地将产品迭代和客户实践紧密结合,会是一种非常务实的模式,可以达到事半功倍的效果,避免了方向和优先级错误带来的不必要的时间和资源浪费,降低了初创企业的产品开发风险。

“由点及面”,形成产业合力

相比Synopsys/Cadence这样的企业来说,国内EDA企业大多数还处于“点工具”阶段。从积极角度来看,“点状突破”意味着不盲目追求大而全,易于企业立足并找到突破口。但另一方面,这是否也说明当前我们的EDA产业还缺乏系统整合力与产业合力? 

代文亮博士对此给出了否定的答案。他说EDA事实上是一个涵盖面非常广的领域,涉及到几百个环节,绝大多数的EDA公司从初创期开始,都有其特定擅长的领域,然后在某个细分领域立足之后,再通过并购整合壮大,这是今天我们看到的国际头部EDA公司的重要发展模式。例如从上世纪80年代至今,三十多年的时间里,Cadence经过了60多次并购,Synopsys的并购次数更是接近百次,才最终形成了今天的芯片设计全流程。

而国内EDA行业,比较成熟的企业也只有十多年的开发经验,更多的公司是最近几年才成立,大家必须认清自己的能力边界,清晰定位,在发展中求生存,在发展中求壮大。他相信,十年的时间,在国内各个EDA细分领域里,一定会出现不少杰出的公司,到时候才是整个市场整合的最佳契机。

合见工软联席总裁徐昀

作为EDA行业的“老兵”,徐昀的看法是:首先,点工具的选择非常重要,必须是全流程中的核心或者引擎,而且点工具的自主创新和技术突破必须具备扎实的研发基础,通过和客户打磨并快速迭代来实现点工具在市场中的成熟应用;其次,在点状突破的同时,不能缺失对全流程解决方案的布局,每一步都要做好平台依托的基础,提前规划好点工具产品间的兼容与互通;此外,筛选性地投资与并购互补型的产品,而不是盲目扩充产品线,也是打造全流程的助力点,从而形成由点到面的全面突破。

为此,合见工软在2021年发布了多款点工具产品,并布局于同一平台,同时完成了对几家公司的投资,其中一家是上海阿卡思。成立约两年左右的上海阿卡思,主打形式验证产品,与合见工软自主研发的验证产品实现了互补。

从某种意义上来说,Synopsys和Cadence的成功可以定义为商业化平台整合先进点技术的成功案例。但目前中国尚没有此类型的平台化EDA公司,需要政府对平台化、生态化EDA趋势的政策及可落地的实质性支持。

楷领科技业务副总裁梁璞

所以,梁璞认为,国产EDA首先把自己的产品做精做强是最重要的。产业合力需要国产EDA公司之间的协作发展,更需要用户能够积极接纳国产EDA,这个情形下政府的产业政策是最重要的催化剂。相信在政府的扶持下,未来5-10年形成完整可靠的工具链生态是可以期待的。 

上海侠为电子有限公司董事长罗晶

“从技术研发的角度上来看,‘点状突破’是正确也是无奈的选择。”罗晶说,正确,是因为EDA技术本身就是由很多技术点构成;无奈,是我们的研发人才基础、工业Know基础、知识产权环境都无法支撑全面开发。

根据国外EDA行业的发展经验,未来5-10年内,中国头部EDA公司有望在形成局部技术领先与全面的商业规模优势后,利用商业用户基础对小型但有技术优势的“点工具”公司进行协同整合与产业合力。也就是说,这种EDA大公司利用规模化商业优势对小公司进行整合是具备优势的,反之,简单粗暴地利用资本整合多个既没有商业规模也没有技术优势的公司,并不能催生出高水平的EDA公司。

点工具的快速发展和已启动的产业链整合,是林俊雄对国产EDA发展前景持乐观态度的原因所在。他分析称,尽管新创公司大部分还处于“点状突破”阶段来实现立足点,但配合国内上下游的支持和政策利好,相信很快会看到许多新创产品日臻成熟。另一方面,国内较成熟的EDA企业已经开始布局整合EDA产业链,透过扩张产品、铺开点工具和公司并购,这些企业可以提供更优化、更自动化的产品,为客户带来更多的方便性和价值。

同舟共济浪滔天

既然目前国内任何一家之力都无法覆盖整个EDA产业链,各自都有自己专注和擅长的领域。那么,不同EDA公司间该如何协同,才能形成更完善的国产EDA产业链,从而加速用户使用国产EDA工具的进程呢? 

刘伟平对此给出的看法是,国内EDA资源十分有限,合作协同是国产EDA必由之路。这个判断包含两层含义:其一,公司之间的协作要遵从市场规律,鼓励EDA企业之间以整合或互相持股的方式在资本层面展开深入合作,形成企业间的有机结合,更好地进行协同;其二,为了避免“内卷”,合理的引导也十分必要,可以考虑邀请国内使用EDA的若干行业龙头企业参与国内EDA行业的发展规划,从应用来引导EDA企业的技术与产品布局,减少不必要的、盲目的竞争。

芯愿景公司副总经理石子信

石子信和丁仲从两方面给出了建议:一方面,不要陷入同质化竞争,目前的EDA三巨头分别在不同的领域占据高地,因此国内的EDA公司应尽量专注于自己擅长的领域,减少同质化竞争;另一方面,要实现不同EDA企业协同,需要有统一的数据标准或EDA企业间数据互相兼容,从而支持数据在不同的EDA工具间交互,实现从前端设计到后端设计和验证的全流程无缝衔接。此外,并购后进行资源整合,也可以实现企业协同,促进形成更完善的产业链。

徐昀强调说,研发投入、产品打磨将是国产EDA发展的重中之重。国际三大巨头每年的研发投入占比接近40%,产品成熟的国际巨头尚且如此,作为起步的国产EDA公司,研发投入需要远远高出这个水平才能打造出被市场认可、经得起客户检验的EDA工具。

因此,只有首先重视研发投入,才能打造出健康发展的EDA产业环境,进而促进国产EDA公司之间的协同发展和良性竞争。其次,还应该通过更开放的生态、更有效的资源整合,建立统一的EDA行业标准,降低初创企业的准入门槛,以推动多元化创新,为完善国产EDA产业链注入新的活力。

“时间站在国产EDA工具这边,我们长期看好本土EDA产业化之路。”贺青对《电子工程专辑》表示,与EDA行业寡头企业相比,本土EDA厂商在产品系统性等方面的布局仍存在较大差距,但本土也涌现出了很多优秀的EDA点工具,并且凭借点工具的优势,正在朝着局部解决方案、全流程解决方案方向发展,并取得了可喜的成果。

为此,他给出三点提议:首先,深耕产品与技术。打铁还得自身硬,国内EDA企业在资源有限的情况下,要高度聚焦自身技术优势,打造有国际竞争力的产品;第二,拥抱市场与技术变化。随着摩尔定律放缓,集成电路产业技术路径也在发生更多变化,催生了差异化的EDA需求;第三,全方位的开放与合作。优势互补,加强工具协同实践,统一各项技术标准与数据格式,建立国产EDA生态链。

代文亮博士对此给出的建议是,既然市场需要国内EDA在尽量短的时间内,形成尽量完善的国产EDA流程,那就不能遵从传统的做法,任由每家企业野蛮生长,而需要相关部门从全局的角度做出规划,给出精准的政策导向。

这种全局,可以是以大型设计企业的应用需求为驱动的国家或地方专项,提出明确的项目指标和时间节点,囊括进目前国内EDA公司中在各自细分领域领先的企业,以及晶圆制造、封测企业,一同参与开发、协同、推进,在项目中找短板,找断层,从而获得时间优势。

也可以是政府给芯片设计、生产制造、EDA工具各个环节建立良性互动的政策基础,比如适当的采购补贴,由政府主导建设专门的产业平台,建立起设计企业、代工厂和EDA公司之间的桥梁,帮助促进彼此发展和良性生态环境;又或者是政府帮助设计公司减少使用国产EDA的风险成本,用产业政策促进国产EDA与代工厂的技术合作,为国产EDA创造更多的试错机会,在最终用户的实践中迭代进步,与产业链上的各领域相辅相成,共同成长。

成果篇

中国的EDA产业是一盘大棋,一路走来并不容易,我们既要解决卡脖子的问题,同时也要看到5到10年后,当天下“分久必合”之时,产业链是不是有足够的能力和特点在国际上占据一席之地。所以,当前的国产EDA前进到了哪里?是值得梳理和盘点的。

合见工软

合见工软第一个突破方向是针对芯片验证的EDA全流程产品,包括功能仿真、原型验证与硬件仿真、形式验证,其他产品方向包括板级系统和封装设计等,各条产品线均期望在短期(2-3年)内达到全球技术领先水平。

芯和半导体

芯和半导体是以电磁、电路仿真技术为核心的EDA企业,拥有覆盖“从芯片、封装到系统”的全产业链仿真解决方案,包括“芯片”、“封装”、“系统”、“云平台”四条产品线,“模拟IC设计”、“射频IC-模组-PCB设计”、“3DIC先进封装设计”、“高速数字系统设计”四大解决方案,共十三款EDA工具。以系统分析为驱动,全面支持先进工艺和先进封装,赋能和加速新一代高速高频智能电子产品的设计。

国微思尔芯

作为国内最早成立的EDA公司之一,国微思尔芯与索尼、英特尔、三星、瑞昱、紫光、豪威、君正、寒武纪等超过500家国内外企业建立了良好的合作关系,2020年中国前十大集成电路设计企业中的七家都采用了公司相关解决方案。

芯愿景

依托于自主研发的EDA软件,芯愿景现阶段已经形成多套特色化EDA软件产品线。每个EDA产品线针对集成电路分析或者设计中细分领域的需求,给出完整的解决方案。各个产品线能够相互配合,通过组合使用可以满足不同客户的特定需求。目前正在探索将大数据、机器学习等人工智能技术应用于EDA软件的研发中,在下一代智能化EDA领域中进行前瞻性布局。

楷领科技

楷领科技的定位是中国集成电路产业的生态平台,通过优化组合国内外优秀的EDA工具,充分发挥云技术的强大能力,为芯片设计公司提供一站式高性能的云上设计环境。作为一个中立的平台,楷领科技正积极与国内外先进的EDA公司合作,为国内EDA创造更多的客户应用场景,让中国的芯片设计公司从最先进的EDA技术中受益。

行芯

随着先进工艺的演进,芯片设计和验证面临的挑战大幅提升。行芯选择芯片数字后端验证领域深耕,专注于芯片物理设计签核与验证,为客户提供领先的EDA签核工具链产品,包括寄生提取、功耗完整性、电迁移、IR压降、可靠性与多物理域等,助力客户实现最佳的功耗、性能和面积(PPA)目标。

上海侠为电子有限公司

国内EDA企业需要克服的短板和挑战很多,最典型的短板与挑战有:缺乏研发人才储备、缺乏真实用户基础、缺乏工业knowHow引导、缺乏核心算法支撑。上海侠为电子有限公司在2年左右的时间里,已经完成了包含电子原理图设计HeroSCH、库管理HeroLIB、HeroPCB版图设计、HeroRouter智能布线器4大模块。我们可以为用户提供PCB设计的全流程EDA成套软件,并已经有多个用户采用侠为EDA套装软件独立完成了真实的产品设计。

数字验证平台成热点

芯片设计的验证贯穿了芯片设计的全过程,包括从前端的功能/原型验证到后端的物理验证,从性能功耗验证再到可靠性验证等等。在采访中,我们注意到不少国内EDA公司都选择验证,尤其是数字电路前端验证作为切入点,这一现象背后存在着怎样的市场和技术发展逻辑?

刘伟平的看法是,选择数字电路前端验证作为切入点,应该主要基于两方面的考虑:一是国产EDA工具在验证方面原有基础差,有些内容甚至是空白;二是前端验证,特别是数字电路前端验证工具有广泛的应用需求。

但作为芯片设计过程中相当耗时且关键的一个环节,芯片验证也面临来自以下五方面的挑战:1)软硬件协同验证;2)芯片规模大幅度增加以及功能日益复杂;3)工艺进步带来的复杂物理效应影响;4)芯片与封装、应用系统的联合验证;5)不断涌现的新的设计方法(如chiplet)等。

林俊雄分析认为,这是因为随着芯片规模不断变大,软件迭代持续增多让验证也变得越来越复杂。目前,验证占芯片设计70%以上时间,流片失败造成的时间和费用成本更是突显了验证的重要性。除了需求,很多新创EDA公司选择验证作为切入点是因为验证属于芯片设计前端环节,相较而言更自主,更易于独立推广。

不过随着设计变得愈加复杂,不同的设计阶段会有不同的验证需求,芯片设计团队也希望采用多种验证方法学来进行交叉对比。另外,AI在设计分割和仿真算法方面的应用、EDA上云等也都会是今后几年的创新方向。这些较新的技术可以带给客户更高的性能和更多的便利性,而且国际大厂在这些方面也并没有领先太多,会是国产EDA公司弯道超车的差异化点。

郭立阜则指出,芯片设计的复杂性和集成度不断增加,对于EDA工具而言,带来的永恒挑战是不断追求容量和性能的极致提升。所以对于核心验证引擎部分,最重要的技术挑战分别是容量、速度和灵活性,要把这三点都做到最好,非常不容易。

熟悉验证流程的人都知道,在整个验证工具链中,基于通用计算资源的高速数字仿真器和基于专用软硬件的硬件仿真器、原型验证等高性能验证环境为芯片设计提供了核心的验证平台。而形式化验证、智能仿真激励产生、验证效率管理、软硬件协同验证以及面向应用和任务驱动的各种验证解决方案等都是建立在这个平台之上。

所以,一味讲验证的概念和方法论很容易,但是真正实现高速大容量的核心引擎才是基础。以数字仿真器为例,如果利用一些开源的手段例如LLVM,很容易实现在不同指令集CPU环境中的移植,但是解决不了本质问题,达不到商用要求的性能门槛。

实际上,世界头部的EDA公司也在一直不断地探索和发展使用异构、并行计算和AI技术来改善和优化验证引擎,但是基于过去二三十的历史包袱,技术决策和实施效率非常低。而合见工软团队的做法是从零开始设计全新的基础架构和数据模型,可以很好地把并行计算和AI融合到工具的核心,在最适合的场景充分利用这些技术在最大程度上提升工具的能力和效率。

“芯片验证市场的天花板可以理解为上限没有明显的限制,而后端实现受限于项目数量与设计难度的复合因素,成长空间不如芯片验证市场。“梁璞认为,数字芯片复杂度越来越高,应用场景复杂多样,对验证覆盖率和完备度的压力越来越大,导致对验证资源的投入呈指数增长,涉及人力、IT、还有宝贵的项目时间,而EDA中的验证解决方案正是解决这些问题的利器。

在芯片设计流程中,后端流程与制造工艺强相关,对EDA公司的技术积累要求极高,既有自身算法的迭代,也要有大量生产流片数据反馈。后端EDA软件正在越来越多的应用机器学习算法提升工具的自动化和智能化。在这个方向上,国外EDA大厂正在他们已有的技术积累上持续增强优势,国产EDA追赶的难度很大。

相比后端流程,前端验证与芯片的功能定义强相关,对人的依赖度是非常高的,不同芯片的验证环境实现千差万别,EDA工具很难实现自动化和智能化,所以前端验证团队一般是后端团队的5倍。人数多,需要验证的场景多,这些决定了验证软件的使用基数非常大。验证软件基本不受制造工艺影响,其主要依赖高效的算法实现。国内算法类人才比较多,加上用户需求大,所以验证领域的国产EDA有比较好的发展条件。

梁璞表示,目前芯片验证的挑战主要在验证方法学的进步,很多先进的验证方法学在国外逐渐普及,但国内基本还是10年前的水平。应用好的验证方法学,比如形式验证、PSS,在提升芯片质量和开发效率上是有极大帮助的。

利用云上无限的算力资源无疑是未来验证应该创新的方向,国内EDA处于起步期,没有历史包袱,可以从架构与算法构建时就考虑云原生的技术路线。EDA上云既可以借助云上充沛算力提升工具效率,也可以为用户提供更为灵活的授权使用方式,这无疑对EDA公司和最终用户都是有利的。

2022年6月7-8日, Aspencore将在上海国际会议中心举办IIC Shanghai 2022(国际集成电路展览会暨研讨会),其中于7日举办的2022年EDA/IP与IC设计论坛备受瞩目,旨在为参与IC设计环节的诸多企业——包括提供EDA工具、IP解决方案等组成部分的市场参与者——提供沟通与交流的平台,探讨IC设计市场与技术趋势。报名链接如下:https://iic.eet-china.com/eda.html

责编:Amy.wu
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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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