文︱编辑部

图︱网络

2020年东京奥运会正如火如荼举行，各国健儿在赛场上奋力拼搏，践行“更快、更高、更强、更团结”的奥运精神。无独有偶，在硬科技领域的竞赛，各厂商也是围绕如何做到“更快、更高、更强”做文章，以连接万物来实现“更团结”。

近日，在第九届EEVIA年度中国电子ICT媒体论坛暨2021产业和技术展望研讨会上，来自ADI、英飞凌、艾迈斯欧司朗、NI、Qorvo、安谋中国和伏达半导体等业界头部厂商高管，纵论技市场趋势与技术创新，为与会观众带来一场硬科技领域的豪门盛宴。

工业以太网，让万物“更团结”

当前，制造业面临数字化转型关键期。ADI中国区工业市场总监蔡振宇表示，制造业数字化转型有五大推动力：

第一，通过数字化转型提高产能利用率和加速产品上市时间。

第二，通过数字化转型，优化供应链，提升制造业利润空间。

第三，自动化与机器人技术普及带来的推动力。

第四，定制化需求升级要求制造系统越来越注重灵活性和模块化

第五，绿色能源与节能减排带来的推动力。

蔡振宇介绍，为评估当前工业企业连接现状及其对数字化转型的预期，ADI委托Forrester Consulting向三百多个行业专家与企业高管进行了工业数字化现状与发展前景的调研访问，撰写了《无缝连接推动工业创新》思想领导力白皮书，深入分析工业互连现状和痛点，帮助企业选择合适的技术和方式应对数字化转型的挑战。

在助力制造业企业数字化转型方面，ADI有极其全面的解决方案，ADI的解决方案包括了从物理世界到数字世界的数据采集、转换、传输和计算的全部产品。智慧工厂的基础与核心在于工业连接和实时数据采集与处理，在这方面ADI的解决方案非常出色。在本次研讨会上，蔡振宇就重点介绍了ADI的工业以太网产品。

相比传统工业总线，工业以太网带宽高、可扩展性强、兼容性好、软件开发维护成本低；工业以太网还可以很便利地和5G等无线工业连接进行通信，从而实现工业互联网的无缝连接。

蔡振宇说：“工业以太网可以把工厂里面相关产品全部连接在一起，从过程控制到互连运动，都可以通过工业以太网连接起来。结合5G和各标准的工业无线连接，ADI的工业以太网平台，可以为客户提供从终端到云端无缝连接的多样技术选择。”

三代半导体，更高效率、更强性能的功率产品

为应对气候变化，我国提出二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，“十四五”规划将加快推动绿色低碳发展列入其中，节能减排成为全社会关注的话题，而功率器件在“碳达峰、碳中和”过程中将发挥重要作用，第三代半导体也已经列在“十四五”计划里。英飞凌电源与传感系统事业部市场总监程文涛在研讨会上以“第三代半导体技术发展演进”为主题发表演讲，为现场观众讲述了英飞凌第三代半导体的发展历程与技术特点。

程文涛表示，提高能源效率的关键是降低导通损耗，由于硅基半导体导通损耗的物理极限在0.4（Ω mm2）左右，因此无论如何改善结构，都难以再提高能效。但是由碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）这两种宽禁带半导体材料制成的功率器件导通损耗在0.1（Ω mm2）之下仍有望拓展，因此这两种材料（即“第三代半导体”）在功率器件上应用的前景极其广阔。

例如，一般硅器件构成的CCM图腾柱PFC电路效率最高达到98%，这已经接近硅器件的理论极限，基本上很难有提升空间，而基于宽禁带半导体的CCM图腾柱PFC电路效率可达99%，从而满足系统总体能效98%的要求。

除了导通损耗小，第三代（宽禁带）半导体的可靠性、耐压和散热性都比硅基器件要高，因此可以把电源模块做小，在散热设计上也为用户提供了更大空间，因此在节能减排方面的潜力非常大。

据程文涛介绍，英飞凌第三代半导体技术的特色在于其结构，其他厂商多采用平面结构。平面结构简单，但难以在导通损耗和长期可靠性上得到平衡。在平面结构中，如果要导通损耗小，就要把门级做薄，门级厚度非常薄的时候，长时间运行就容易出现可靠性问题；门级做厚，可靠性增加，但代价是沟道导通性能下降。“英飞凌沟槽结构，就能平衡这两个参数，达到可靠性与导通损耗都优化的结果。”

结温是影响功率器件极限性能的一个指标，近年来提高功率器件工作结温的研究也很热。程文涛解释，之所以要提升工作结温，主要目的是提升功率密度，功率密度提升会导致器件散发的热量增加，如果不提高其工作结温，则功率器件烧毁的几率就大幅增加了。目前技术将功率器件做到175℃并不难，200℃也有厂商在尝试，但功率模块并不是系统中散热问题的瓶颈，功率器件结温可以做到200℃，但PCB能否支撑200℃，光耦等敏感器件能否承受高温，都是系统工程师在做高耐温产品时需要考虑的。

强强联合打造更全面光学解决方案

2021年3月，艾迈斯半导体宣布完成对欧司朗集团的收购，新公司被命名为艾迈斯欧司朗。对于两家合并的商业逻辑，艾迈斯欧司朗大中华区汽车事业部市场应用及业务发展总监金安敏给出解释，他表示，艾迈斯半导体以光学传感器见长，而欧司朗则长于光源解决方案，两者合并之后，打造出一个全球最完整的光学解决方案供应商，从光源、光学器件、光探测器器、定制化芯片到软件，艾迈斯欧司朗都能提供完整闭环的解决方案，两家合并之后营收超过55亿美元，员工人数超3万，成为光学器件领域毋庸置疑的巨无霸。

从市场角度来看，两家合并也是优势互补。欧司朗在汽车领域多年深耕，其产品在车载照明上享有盛誉；艾迈斯半导体最大的市场则是消费电子，手机、真无线耳机等消费电子产品都用到了艾迈斯半导体的传感器和解决方案。合并之后，艾迈斯欧司朗60%业务是汽车、工业、医疗业务，合起来叫AIM业务，其余40%是消费业务。

技术上，艾迈斯欧司朗集齐了光学系统四大核心技术：发射器、光学元器件+微型模组、探测器，以及光学专用集成电路和算法。

通过四大光学核心技术，艾迈斯欧司朗为传感、光源与可视化三大光学功能提供完备的解决方案，其产品被普遍应用在移动设备、可穿戴、汽车、照明、工业和医疗等诸多领域。

随着汽车智能化发展，车载应用对光学解决方案的需求增长强劲。首先，高级别自动驾驶触发对激光雷达的需求增长；其次，无论是外饰照明还是内饰照明，车载照明都越来越智能化和数字化；第三，舱内显示和传感都需要大量光学技术支撑。

全真场景录制加速自动驾驶开发流程

在汽车业发展的“三零愿景”（即零致死、零排放和零损耗）中，零致死率和零损耗都对汽车智能化提出了极高的要求，汽车架构演进速度加快、软件开发工作量占比不断提升、深度学习算法持续演进等都给测试仿真带来更多挑战。

NI资深汽车行业客户经理郭堉表示，测试复杂度的增加，需要对自动化测试软硬件不断更新迭代，以满足不断变化的测试需求。而测试复杂度增加带来的另一个影响是需要更多仿真和测试工作，而测试仿真的总工期并没有延长，反而在向消费电子开发模式靠拢。“随着造车新势力的不断增加，我们需要非常快速做出测试验证平台，最大化我们测试的效率。”

郭堉强调，在自动驾驶技术发展中，真实路测很重要，但通过模拟真实场景来训练算法的需求更重要。真实路测最准确，但对全部采用路测来优化算法在成本和时间上都无法承受。以Waymo为例，目前Waymo一天可以完成2000万英里的算法测试，其中有“99.9%”的测试是通过仿真来完成。“这样仿真测试的数据可靠性就非常重要，如何保证数据是真实的？怎么和实际道路匹配？并可以给传感器真实的反馈？”郭堉指出，从事自动驾驶技术开发的厂商可以通过monoDrive工具对真实场景进行录制建模，在数字领域重构高保真场景，以数字孪生技术构建出“数字真实”的道路、天气、光照等综合行车场景。

对于L4/L5等高级别自动驾驶技术，单一测试仿真方法都无法满足其要求。因此NI给出四种解决方案，即：一、纯仿真实验；二、通过录制数据回放进行开环仿真；三、硬件在环仿真；四、道路测试，将所有传感器数据无损录制下来。“所有这些测试都可以基于PXI平台来完成，统一的开发平台有效降低了开发者的投入。”郭堉总结道。

精度高、响应快、可靠性强的UWB

据Qorvo中国区移动业务部销售总监江雄介绍，UWB（超宽带）最早是为解决GPS信号不能覆盖室内问题而开发出来的技术，UWB通过计算信号飞行时间来推算距离，还可以通过到达相位差计算出角度差，最后通过距离和角度来定位出接收端目标的相对位置。

而如今，除了室内定位，UWB技术也被开发出很多其他应用，例如控制智能设备、移动支付、智能家居个性化配置，甚至数据传输等。

江雄指出，UWB技术有五大优点。首先，精度高，UWB可实现厘米级定位，而GPS和Wi-Fi、蓝牙等都只能实现米级定位；其次，可靠性高，UWB技术采用直接传输识别，抗多径干扰能力强；第三，实时性好，UWB具备毫秒级延时，比GPS的响应时间快50倍；第四，UWB技术易实现，功耗低、成本低、处理容易，非常集成到各种手持设备中；最后，UWB安全性高，符合IEEE 802.15.4z标准。

早在2013年，Qorvo就开始布局UWB技术，现在已经进入40多个垂直市场，芯片总体出货量超过1500万颗。Qorvo还积极加入UWB技术标准组织并参与到UWB技术标准制定过程中，拥有802.15.4a/z的基础关键专利，同时也是3C标准的关键贡献者，其芯片被选为UWB生态联盟Fira的官方测试工具。

江雄表示，随着苹果发布AirTag，UWB已经等来爆发契机。“有很多客户关注到UWB技术，OPPO、小米等手机厂商已经在使用，美的等家电厂商也开始布局，手机应用将带动UWB技术走向普及。”

向极限要性能

安谋科技高级FAE经理邹伟在演讲中指出，从Armv8发布到Armv9发布历经十年，产业变化极大，但处理器芯片的计算性能仍然是全行业最关注的方向。

当前计算芯片特点有三。首先，CPU负载越来越复杂，不同应用场景中对处理器的需求差异在加大；其次，以晶圆制造工艺升级换代为标志的摩尔定律已经放缓，但芯片使用者对性能与功耗的追求依然没有停歇；第三，硅成本在增加，而且生产周期在变长，先进工艺成本高企给复杂计算芯片研发工作带来严峻挑战。

开发者希望通过架构、IP与设计组合来应对当前计算芯片研发过程中遇到的挑战。Arm给出的解决方案是：全面计算。将CPU、GPU、总线和系统设计纳入到统一的框架来优化，让CPU和其他部件的性能一起提升，从而挤出更多系统性能提升空间，让电子产品在系统角度仍能满足摩尔定律对成本和性能的指数型变化要求。

处理器性能提升已经到了锱铢必较的地步。以主频为例，每提升100MHz，性能可以提升3%；存储延时每减小5纳秒，性能可以提升1%；而高速缓存（Cache）容量翻倍，性能可以提升9%。邹伟表示，增加单项指标对性能提升的贡献已经不大，但处理器技术还在向前发展，性能提升的比赛远未终结。

“我们特别强调，现在需要考虑全面设计，不仅是提高CPU的性能，而是要在整个系统设计的每个环节都要考虑频率、带宽、缓存大小等因素。我们就是这样一点点抠，最后达到每年性能提升20%到30%。”邹伟给出数据，2013年推出的Cortex-A73，现在的逻辑性能提升了2.5倍；2019年推出的Neoverse系列，性能更是有2.4倍的提升。

更快更自由的无线充电

无线传输电能历史悠久，在伏达半导体无线充电事业部副总裁李锃看来，最早可追溯至1893年特斯拉的一个实验：通过无线线圈为一盏灯供电。为便携设备进行无线充电的技术商用化的历史则没有那么久，2008年无线充电联盟WPC出现之后，制定了一套统一的标准和规范，很多厂商开始支持WPC规范，便携设备无线充电生态逐渐养成。现如今，旗舰手机和智能手机、智能手表等产品，都具有无线充电功能，随着技术和规范不断成熟，消费者对无线充电功能的接受度也越来越高。

李锃介绍，当前无线充电技术发展主要看两个方向：一个是如何提升充电速度和充电效率，如今的无线充电产品，最高功率已经不输主流有线快充产品的功率，而效率也可以达到90%以上；另个一方向是如何提高充电自由度，由于充电是通过线圈耦合的方式来实现，因此充电器和受电设备的相对位置和距离均会影响到充电效率，如何实现随放随充甚至边走边充，就成为无线充电的另一个研究重点方向。

伏达半导体第一款无线充电产品在2017年发布，2019年伏达半导体发布首款无线快充产品，功率达到20瓦，2021年最新推出的无线快充芯片功率达到67瓦。

无线快充芯片可分为接收芯片和发射芯片。无线充电接收芯片相对复杂，一颗芯片要同事处理功率、协议、算法，考虑到兼容性，无线充电接收芯片需要能兼容市场上所有符合WPC认证的发射端。

发射端芯片的关键在于如何符合电磁兼容要求，减少电磁辐射对人体及设备的影响。李锃表示，为降低发射端芯片的EMI，伏达半导体在进行芯片设计的时候，着意调低了信号驱动速度和上升时间，从而开发出符合EMC规范的发射端芯片。

李锃强调，除了无线充产品，伏达半导体也提供有线快充方案，“伏达半导体是唯一一家同时提供无线充电和有线快充成熟方案的国产半导体公司”。李锃认为，在可预期的时间内，由于功率和效率的差距，无线充电尚不能完全取代有线充电，二者是互补的关系，而在车载等移动场景下，自由度高的无线快充将更受欢迎。

就像运动健儿在赛场上不断冲击人类极限一样，在芯片技术竞赛中，工程师竭尽全力、熬掉头发去拼的就是不断提高芯片的性能和集成度，向物理极限要性能。摩尔定律虽已放缓，但向极限要性能的竞赛永远不会终止！