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              IC設計與制造
              ADI超越摩爾定律的方法論,組合創新構建技術創新的“鐵三角”
              出自:大半導體產業網

              曾經的關鍵力量離開地球去尋找他的創造者,群龍無首混沌當道,越來越多的挑戰敵對力量來到地球,地球陷入毀滅危機……這是《變形金剛5》的劇情前奏,最終大黃蜂與英國爵士及牛津大學教授聯手將地球從一場徹底毀滅的浩劫中挽救。

              這場科幻電影也像極了人類現實科學的一些場景。從1965年提出延續至今的摩爾定律就像那個即將遭遇滅頂之災的地球,近年來被業界廣泛認為即將面臨終極挑戰,例如制程縮小的物理極限,功耗越來越高熱問題,納米級芯片制造生產線的天價造價……一些權威人士指出,在摩爾定律的影響之下半導體創新已經行將末路。這不禁讓人感慨,經歷世紀之交的工程師們的創新未來,很可能會被物理法則限制。


              ADI公司總裁兼首席執行官Vincent Roche在ISSCC 2018上演講

              就像《變形金剛5》一樣盡管面臨強大的挑戰最終三個關鍵力量聯手下拯救了地球。事實上,半導體工程界一直在通過各種技術創新來延續摩爾定律的神奇魔力,而更多人的眼光已經超越摩爾定律劃定的視野邊界,將創新的思維拓展到更廣闊的領域。全球高性能模擬技術提供商ADI公司總裁兼首席執行官Vincent Roche在2018國際固態電路會議(ISSCC 2018)上的演講中就給出了超越摩爾定律的三角組合創新體系——技術、物理系統與生態系統。


              三角組合創新體系——技術、物理系統與生態系統

              拓展技術創新的維度,讓創新無處不在
              Vincent Roche給出的“超越摩爾定律”思維的三角體系中,其中技術主題最大的特點就是擴大技術創新的范圍,對技術進行分層并以半導體為基礎結合其他技術以獲得創新新成果。例如,采用新材料、添加更多化學元素或部署新的流程和封裝技術,以創建新的無源和有源器件及更復雜和完整的片上系統硬件架構。跳出單純依賴傳統技術驅動因素來實現創新的固有模式,考慮更多的物理系統的可能和商業模式的需求, 在包括軟件、算法、應用以及內容等更多領域進行投資。

              ADI認為,整個半導體行業正通過采用“應用需求驅動型”方法來補充和完善傳統的技術供應驅動型方法,后者側重于從性能、尺寸、成本和功效比等主要方面來推動改進,而前者則是從需要解決的問題入手逆向操作,更高效且更有效地將創新與應用對應起來,而這也是ADI一直堅持的創新理念。


              這款沒有半導體材料的芯片級pH傳感器在工業、醫療、制藥等領域開創新的應用

              事實上, ADI這幾十年一直在這樣做。例如圖中的pH傳感器可以將實驗室儀器儀表的性能以合理的成本引入小型設備中,但它根本就沒有任何半導體的內容,而是采用了例如電鍍和晶片鍵合(wafer bonding)等工藝,實現了CMOS晶圓不可能具備的特性。這是新材料與新元素加入進行組合創新的完美例證。當然,ADI并沒有避免在“超越摩爾定律”戰略中使用硅芯片,他們仍努力將這些傳感器與ASIC結合進行組合開發,開啟了無數種可能性和優勢,最終提高效率。

              ADI大膽拓展技術層面的探索已經創造了大量的成功案例,例如用iCoupler?磁隔離技術實現片上變壓器集成,突破性地解決了傳統光耦合的局限性;通過獨特設計的靜電驅動的鍍金微加工懸臂梁開關結構實現MEMS開關技術,在一個非常小的表貼器件中實現了0 Hz至數百GHz的寬帶RF性能,以及比繼電器更高的可靠性;ADI旗下的Power By Linear品牌采用的μModule微型模塊化技術在過去10多年間不斷得到改進,這些產品的功率密度提高超過10倍,最新模塊電源即將突破100A的功率輸出能力。


              創新的uModule模塊封裝技術讓功率密度獲得10倍以上的提升。

              “應用需求驅動型”思維下,ADI的技術創新不再局限于半導體領域,還在其硬件解決方案中引入了物聯網、云分析等平臺化功能設計思想,并在應用工具、安全和算法以及軟件領域進行投資,持續構建基于硬件的完整集成式技術堆棧。

              關注物理系統層面創新,將創新角度移到芯片外部
              當今的科技已經對物理、化學和生物現象的見解都達到了新的水平,這種見解能夠激發我們對產品開發的靈感,幫助確定開發方向。因此,ADI認為超越摩爾定律還需要從物理系統層面創新,將側重點從內部轉移到我們周圍的世界。這也就是為什么ADI除了資助優秀的模擬、數字和軟件工程師外,還資助化學家、密碼學家、生物醫學系統工程師,甚至內科醫生的原因。


              醫療設備實現中心聯合ADI和麻省理工學院,共同推動醫療技術的突破

              借由這些投資,AD的專家團隊努力去充分了解要那些需要利用特定技術和能力來解決的應用。事實上,諸如物聯網和人工智能的出現正在降低傳統創新方法的重要性和對創新的限制。物聯網的出現,加上芯片大小的傳感器和計算元件的驟增,正在智能化地連接現實和數字世界,讓香農-哈特利定律(關于信道容量的定律)對于信息傳輸的限制變得比摩爾定律更加重要。

              當今用于創新的方法正在不斷演進,我們已經進入云分析和大數據的世界,人工智能也在朝神經網絡和大規模并行處理發展的路途中,科技創新已經走入了一個全新的階段,需要我們擁抱更廣泛的應用創新思維和方法。例如,ADI近年來基于在檢測、測量、轉換方面的專業技術以及對物聯網生態系統的深入研究,幫助新英格蘭番茄種植農場主構建完整的從傳感器到云端的解決方案,讓他們能夠在整個種植周期內做出更好的決策,最終改善番茄的品質提高經濟效益和環境成效。同樣在能源領域,許多公用事業公司的先進計量基礎設施已經采用了物聯網,而采用ADI完整的邊緣到云端、非侵入式監測解決方案幫助他們解決了傳統電表的準確度問題。

              眾行者遠,產業生態系統合作加速創新
              圣人孔夫子在兩千年前就發出“三人行必有我師”的深刻見解。科技走到今天已經面臨越來越高的創新門檻,甚至超越了單個企業所能企及的范圍。因此,ADI認為產業鏈參與者應該走出自身的局限,并真正通過生態系統進行合作創新。

              ADI近年來在產業生態合作上不遺余力,與大型機構共同搭建技術平臺,與專業廠商聯合推進應用技術的合作開發。例如,ADI宣布與全球最大的電信運營商之一中國移動通信集團公司旗下全資子公司中移物聯網建立戰略合作關系,與諾基亞貝爾為共同拓展物聯網市場簽署諒解備忘錄,與百度在自動駕駛感知與導航領域達成合作攜手推進Apollo計劃。

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              ADI與百度在自動駕駛 Apollo計劃的自動駕駛感知與導航應用中開展廣泛合作

              對于產業生態系統合作,ADI的首席技術官Peter Real有非常清楚的思考:你要知道何時領導,何時跟隨,何時攜手發明,何時聯手合作。很顯然,ADI在生態合作創新方面很好的遵守了這些準則。除了上面的戰略合作,還包括與業界應用廠商建立各種聯合實驗室進行技術應用創新生態合作,以及協調內外資源打造的垂直生態系統,在通信界擁躉眾多的RadioVerse即是該公司近年來集中資源打造的射頻技術生態系統。

              ADI最初設法解決軟件定義無線電難題時,ADI推出了單芯片、低功耗的MIMO收發器大幅降低了客戶的無線電設計的復雜程度,該產品被部署到數以千計的應用之中,從攝像機無人機視頻傳輸和控制到蜂窩基站。在意識到收發器的更多應用潛力之后,ADI開始嘗試構建一個生態系統——RadioVerse,包含MathWorks和多種第三方硬件和軟件包,以便在開始設計軟件定義無線電之初,幫助縮小系統架構師、RF設計師和系統軟件開發人員之間的鴻溝,幫助客戶實現更精巧、更高效的設計,同時加快產品上市速度。
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              超越摩爾定律,創新進入新通道
              關于摩爾定律是否失效的爭論由來已久,盲目地沿著這條道路會在一定程度上禁錮我們的創新能力,現在何嘗不是跳出既定思維框架掙脫摩爾定律束縛的時候呢?

              信息爆發的今天為人類天生具備的探索欲望和冒險精神提供了強大的支援;組合創新的威力已經得到了證實,這種創新思維正在影響未來世界前進的速度和方式;真實世界和數字世界逐漸交互和滲透,數字化變得越來越普遍;經濟和技術之間不斷協調平衡發展,新技術會不斷反復塑造經濟形態,經濟形態反過來又會促進新技術發展,如此循環往復。在這些因素的共同作用下,創新的復雜程度將呈指數級增長,而周期會不斷加快。

              ADI用自己的創新實踐驗證了超越摩爾定律行之有效的組合創新思維,在技術和物理系統以及生態系統上實現半導體技術及應用的加速創新。摩爾定律的“長途列車”經過五十多年的旅行已經進站,我們不妨與ADI一起主動登上站臺,踏上組合創新的新旅程。
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              文章收入時間: 2018-10-19
               
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