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MixCommCEO:3大原因让毫米波无可取代

MixCommCEO:3大原因让毫米波无可取代

见证半导体产业过去20年荣枯历史的Mike Noonen,在创立美国半导体加速器Silicon Catalyst以协助降低创新门槛後,现於新创公司MixComm担任CEO。MixComm由美国哥伦比亚大学教授Harish Krishnaswamy和高通前资深主管Frank Lane於2017年共同创建,是提供5G高效能毫米波(mmWave)射频与波束成形(beamforming)技术的IC设计公司。DIGITIMES在线专访Mike Noonen 以了解MixComm的新技术应用,以及他对全球半导体产业近期发展的观察:

请分享一下MixComm的目标市场和客户?

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MixCommCEOMike Noonen。Mike

Harish Krishnaswamy研发的技术是运用在功率放大器和波束成形的技术上,而MixComm则独家取得授权使用。这项技术的应用场域非常广泛,如车用雷达、成像技术等,但最主要的市场是5G基础建设。我们也发现我们的装置非常适合卫星通讯,特别是Ka频段。

Harish和团队持续在过去几年将技术发扬光大,发展出具高效率的放大器和波束成形器,这有助大幅提升5G基站,甚至是用户终端设备(CPE)的功能;此外,对卫星通讯站也很重要,因为卫星通讯站可能有上千个元件和上千个装置,所以节能是重要议题,我们的技术可以满足这类的需求。

能否请您分享您对毫米波射频技术的发展和未来展望的看法?

我们预估在5G推出,以及人们希望无时无刻都能使用宽频网络服务的需求带动下,未来5年全球5G基础建设及卫星通讯市场规模将可达到60亿~70亿美元,因此我们聚焦於此。而毫米波技术在智能手机应用更大,预估到2025年,可在前述的市场规模上,再增加70亿美元。

毫米波市场能快速成长的背後原因为何?

首先,大家对带宽有无止境的需求。具体例如,视讯通话在4G-LTE初期其实并不常见,但现在在线视讯通话相当普遍,此外,串流影像节目也是重要的例子。面对更大的带宽要求,sub-6GHz空余的带宽有限,甚至C-band也过度拥挤,所以向上移到高频率的毫米波频段才能跟上人们对宽频需求的成长速度。

其次,毫米波是成本最低的解决方案。同样是以28GHz传送1GB的数据,成本仅为4G的10分之1。这对电信营运商是个好消息,意味能用更低的成本传输更多数据,而且更低延迟。智能制造、机器人与自动驾驶等新应用需要这样的服务。

信息传输的安全性也是重要考量。未受管理的Wi-Fi很容易被黑客侵入,因此需要各种防火墙和加密措施来保护数据安全。如果使用公共场所提供的Wi-Fi,就更难知道背後有谁在偷看你的活动,更让有心人有可乘之机。然而,5G网络在其授权机制与带宽的保护下,黑客要入侵或窃听并不容易,由於波束成形技术让他们不易拦截数据,因此采用毫米波技术也因此相对安全。

我们认为以上3个原因会使毫米波在後疫情时代获得更重要的市场地位,也将加速成长。

MixComm提供了结合「天线、射频IC和演算法的设计」,与高通的AiP 模块解决方案相比,二者的差异是什麽?

我们发现,毫米波射频IC需要和天线一起封装才能解决信号损失的问题,但矽锗解决方案会产生高温,这是天线封装(AiP)模块难以承受的温度,这也是鲜少公司可做AiP的原因。

高通的小型阵列(arrays) CMOS解决方案是针对移动设备使用,AiP产生的温度较低。然而,基础建设通常需要较大型的天线阵列,使芯片产生较高的温度,因此MixComm使用RF-SOI与散热效率更好的架构,设计能承受高温的天线封装模块,以满足基站应用所需标准。

另外一个理由很有趣。当我们在设计毫米波阵列时,我们希望天线的间距是波长的函数。可是当频率超过28Ghz时,为了让天线间距与PCB焊垫(pad)对齐,公差非常严格,也使制造成本昂贵到几乎无法制造。最好的解决方法是乾脆不用那些非常昂贵的PCB材料,而直接把IC与天线一起封装。

但我们仍然需要有效率地解决温度的问题,因为IC和天线相当接近。而MixComm找来原先在IBM领导天线封装专案的专家,而且与我们的代工夥伴GlobalFoundries(GF)一起研究如何制造。不但解决了高温的问题,也研发出体积小、节能但高效能的天线封装模块。而且我们是专注在5G基础建设市场,跟高通有所区隔。

MixComm 是否有开发sub-6GHz射频产品?未来是否进入智能手机市场?

我们的技术和sub-6GHz的确是相关,但mmWave的商机庞大,从18GHz 到100GHz,生意已经做不完。而且身为新创公司,我们计划先专注在一个特定领域。的确也有客户请我们帮忙做设计其他芯片,但我们决定要专注在自己的本业。例如,我们与收发器夥伴合作,但聚焦在sub-6GHz系统之外,让他们也能方便转换到毫米波。

这就是我们的策略,让MixComm成为客户高效能的供应商。客户当然会希望我们也能参与到终端装置市场,例如平板电脑和热点装置。我想当我们更掌握5G基站和CPE产品的优势後,也将有助我们进军智能手机市场,所以我们也加入OpenRF协会,开始进行相关研究。

MixComm 刚在20214月加入OpenRF,希望与其他Open RF会员例如Qorvo Murata进行合作?

OpenRF是打造5G生态系的好主意,我们可以使用各厂商之间共通的(inter-operable)软/硬件,但还是可以持续创新。这并不容易,但OpenRF的创始团队打造了正确的章程和愿景。当技术联盟一建立起来,整个产业就跟着成长了,因标准的共通性使效益极大化,也推动了创新。成功的例子不胜枚举:USB、网际网络、PCIe和无线通讯标准都是。

OpenRF其他的成员,有些是专注在应用处理器,有些是射频技术,有些是sub-6GHz,而MixComm是第一家专研毫米波技术的公司。我们会与其他夥伴一起努力,确保我们所有的零组件可以兼容,且一起创新来提升彼此的表现。这也让我们的顾客得以缩减产品进入市场的时间,并且降低研发的成本。

除GF之外,MixComm有其他的代工夥伴吗?

我们与GF已经紧密合作多年,并使用其45nm FD-SOI制程,SOI技术对很多产品而言是一个甜蜜点。我们合作的领域不仅止於较为先进的22nm FD-SOI制程,也包括氮化镓(GaN)材料等。例如某些应用需要非常高的功率输出,因此采用氮化镓增益级(gain stage)搭配SOI波束形成器。此外,我们也观察到封装技术所带来的发展机会。 

半导体如今成为大国都想要在其国内生产的战略物资,是否会阻碍创新?或激发更多创新?在EV、5G边缘运算等新需求出现後还会在未来出现供过於求的状况吗?

我的职业生涯中,目睹了整个产业的历史。过去很长一段时间里,只有一个主要的终端应用在推动产业成长。从一开始的航太到电脑主机、迷你电脑、个人电脑、网通设备到智能手机都是。然而今天的需求是前述应用再加上你开的车、你的穿戴式装置、智能家居设备等。这与过往的产业循环周期截然不同。

而且供应链被COVID-19(新冠肺炎)疫情打乱了,没有人料到疫情会带动NB与平板电脑如此强劲的需求。我觉得那的确是种脱离常轨的现象,与我们过去见到的景气循环大相迳庭。

我们所处的世界里,半导体无所不在且带给许多产业正面效益。当然半导体也有景气循环,只是遇到了疫情,所以我们或许可以期待产业荣景,或是景气下滑也不至於太严重。

另一个面向是,现在业界也不再执着於开发先进制程。十年前,所有人都在讨论45nm CMOS制程,但现在只有2家在做5nm FinFET,另外有几家代工业者聚焦在14~20nm及以上成熟制程。而我们则运用45nm FD-SOI制程开发先进的芯片。此外,现在的世界也不仅止於专注在单一芯片的封装,因为更多的异质整合或2.5D/3D封装技术正如火如荼发展。

因此,我对未来非常乐观,因为半导体有非常多新的终端应用市场与制造技术。但从技术的角度看,芯片的失效可能也不存在单一的故障点(point of failure)。另外,芯片开发的时间有时会比手机产品寿命更长,但智能手机的半导体也有景气循环,而这是很难控制的。 

我的信念是,看到半导体在全世界得到理所应当的重视是件好事,但有些国家早就认清了它的重要性,台湾就是产业当中的领导者。然而,半导体产业已是高度全球化发展,不论是半导体设备、晶圆制造,甚至消费也是如此。

您认为芯片荒多快能获得解决? 

目前大多数的芯片交期仍长,但2022年此时(2022年6月),缺货问题或可缓解。一般来说,当产能提升、生产效率改善,先前的过度反应就消失了。但这次主要是芯片代理商保持低库存,加上疫情来时出乎意料的断链危机,造成了今日的混乱情况。

部分产业受到的冲击也比其他产业更严重,例如汽车业。此外,半导体占电动车零组件比重增加,也会需要更长的时间解决芯片荒。而且要另外再找其他货源非常困难,因为车用芯片认证通常耗时2~3年。但相对汽车业,其他产业2022年此时缺料问题或将明显得到改善。 

欧盟也刚宣布新计划要斥资重金兴建晶圆厂,有意将其芯片产出占全球比重从目前的8%拉到20%。欧洲砸重金想建立本土产能是否明智? 

欧洲有许多半导体业者,如荷兰的恩智浦(NXP)等,而GF在德勒斯登(Dresden)也有晶圆厂。另外,欧洲在微机电系统(MEMS)技术也领先全球。现在有许多关於欧洲是否该投资先进制程晶圆厂的辩论,一部分是着眼於一下子需要投入数百亿美元,这是个困难的决定。

但如果把眼光放在3nm、2nm、1nm制程,甚至是超越传统CMOS制程,这将造就更多机会与创新,而非仅依赖微影(lithography)技术推进芯片制程。事实上,也有很多人尝试在化合物材料上做创新,而这些创新的成本都比单纯开发新微影技术更便宜。 

微影技术是欧洲的强项,尤其是EUV微影设备,但在芯片在效能提升等方面还有很多创新机会。摩尔定律依然在进行,但不会只靠微影或其他单一(monolithic)技术延续。

Gordon Moore在他原始论文的第3页提到混合式(hybrids)架构,但他真正想讲的其实是异质架构(heterogeneous structures),而英特尔(Intel)正在进行这方面相关研究。一定有企业可以成为在基板(substrate)和矽中介层(Si interposer)的半导体整合商,而且这个领域还可创造出巨大的商机,不只是欧洲可以因此获益,其他地方亦同。此外,这方面的投资金额或许不需要500亿美元,就能达到和三星、台积电或英特尔相抗衡的技术水准。

Mike Noonen是MixCommCEO,半导体新创加速器Silicon Catalyst创始人与董事,业余担任辅导半导体新创的业师。曾任职於GF、恩智浦与美国国家半导体(National Semiconductor)。

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