淺談對物聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)設(shè)備至關(guān)重要的SOC性能指標(biāo)

來源：ST社區(qū)

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，發(fā)展電動(dòng)汽車成為我國汽車工業(yè)發(fā)展的主要方向，由于電動(dòng)汽車電池性能的好壞決定了整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性等性能，因此對電動(dòng)汽車電池的研究具有重要的意義。SoC作為電池的主要性能指標(biāo)正在發(fā)生翻天覆地的變化，從純性能指標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)樾阅苄屎妥畹凸?，這個(gè)對于物聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)設(shè)備至關(guān)重要的新指標(biāo)正成為汽車、嵌入式系統(tǒng)等各種應(yīng)用的關(guān)鍵，其測量的準(zhǔn)確性很大程度上影響著汽車性能的好壞。

目前，市面上SoC性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)是泛計(jì)算領(lǐng)域的重要組成部分，是嵌入式對象宿主體系中完成某種特定功能的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)有體積小、低功耗、集成度高、子系統(tǒng)間能通信融合的優(yōu)點(diǎn)。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展以及微處理器技術(shù)的不斷進(jìn)步，在汽車電子技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，從車身控制、底盤控制、發(fā)動(dòng)機(jī)管理、主被動(dòng)安全系統(tǒng)到車載娛樂、信息系統(tǒng)都離不開嵌入式技術(shù)的支持。

汽車嵌入式SoC系統(tǒng)

汽車嵌入式SoC系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)向?qū)崟r(shí)多任務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)耦合與通信的高端應(yīng)用過渡的產(chǎn)物，大大提高了汽車電子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和智能化程度。除了具備普通嵌入式系統(tǒng)的共有特性之外，它還具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1、 對實(shí)時(shí)多任務(wù)管理有很強(qiáng)的支持能力，中斷響應(yīng)時(shí)間1～2μs；

2、具有很強(qiáng)的存儲區(qū)保護(hù)功能；

3、 在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持下能合理進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，充分利用系統(tǒng)資源；

4、硬件結(jié)構(gòu)和軟件功能都有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力，系統(tǒng)集成度大大提高，降低了成本；

5、超低功耗，汽車靜態(tài)功耗為豪瓦級；

6、系統(tǒng)硬件抗干擾能力增強(qiáng)，適應(yīng)高溫、潮濕、振動(dòng)和電磁輻射等各種工作環(huán)境；

7、 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持軟件多線程結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的軟件抗干擾性；

8、提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，具備地IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口，支持相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件，提供容錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸能力和更大通信帶寬。

功率半導(dǎo)體是中國在半導(dǎo)體領(lǐng)域最好的突破口

半導(dǎo)體應(yīng)用范圍極其廣泛，只要用電的地方，就會(huì)用到功率半導(dǎo)體，包括電網(wǎng)、電源。所以說這個(gè)市場很大，而且細(xì)分行業(yè)很多。而新能源是功率半導(dǎo)體的最大市場。相比傳統(tǒng)汽車，新能源汽車對功率半導(dǎo)體的需求增長15倍。

隨著我國新能源汽車持續(xù)放量，對功率半導(dǎo)體的需求會(huì)急速上升。一個(gè)電樁大概需要170個(gè)MOS，一輛電動(dòng)車大約需要100個(gè)MOS，2017年中國充電樁差不多有21萬個(gè)，這些都對功率半導(dǎo)體產(chǎn)生了很大的需求。

過去兩年國內(nèi)廠商有所突破，實(shí)現(xiàn)了很多功率半導(dǎo)體的國產(chǎn)化。這是國內(nèi)廠商的第一次進(jìn)入通訊、圖像、家電市場，而之前這些市場都被國外壟斷了。

新能源汽車對功率半導(dǎo)體的需求很高。以特斯拉為例，特斯拉的電驅(qū)模塊需要120個(gè)功率器件，全部是英飛凌供應(yīng)的。這些功率器件相當(dāng)于是一片晶圓的1／8到1／10面積左右，也就是說一片晶圓只能滿8－10輛車的需求，這還沒考慮良率問題。目前Tier 1未來面臨邊緣化風(fēng)險(xiǎn)，整車廠和功率器件設(shè)計(jì)公司的結(jié)合度很高，配套廠會(huì)陷入困境，因?yàn)闆]有定價(jià)權(quán)，而上游芯片設(shè)計(jì)、下游整車廠都有定價(jià)權(quán)，所以配套廠可能很難生存下來。況且整車廠對驅(qū)動(dòng)模塊的需求是很明確，這些需求以往是通過tier 1實(shí)現(xiàn)的，而現(xiàn)在和未來都交給了設(shè)計(jì)廠來實(shí)現(xiàn)。

所以現(xiàn)在tier 1以組裝為主，技術(shù)替代性比較強(qiáng)。但相信伴隨政策和資本市場的支持，預(yù)計(jì)中國未來一定會(huì)出現(xiàn)100億以上產(chǎn)值的功率半導(dǎo)體公司，并成為首批進(jìn)入工業(yè)、汽車級應(yīng)用的半導(dǎo)體公司，并成為半導(dǎo)體在高端領(lǐng)域國產(chǎn)化的領(lǐng)頭羊。

無線移動(dòng)行業(yè)一直是SOC的先驅(qū)

隨著市場需要多電源電壓軌的消費(fèi)類電子產(chǎn)品的推出，當(dāng)選擇實(shí)際工作中所需的IC時(shí)，必須考慮成本、解決方案的外形尺寸、電源、占空比以及所需的輸出功率等諸多因素。

據(jù)市場某調(diào)研機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，2016年電源管理IC市場預(yù)計(jì)將達(dá)到387億美元，消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、移動(dòng)互聯(lián)領(lǐng)域都是主要的應(yīng)用市場，汽車電子、新能源領(lǐng)域也逐漸發(fā)力。在應(yīng)用驅(qū)動(dòng)和技術(shù)進(jìn)步的作用下，對電源IC的技術(shù)要求也不斷走高。而且隨著應(yīng)用的不斷創(chuàng)新，電源IC的市場也呈現(xiàn)出需求多樣化，應(yīng)用細(xì)分化，更多高性能電源IC的市場需求也不斷深化以及擴(kuò)展化，更好地為滿足系統(tǒng)創(chuàng)新，性能提升而服務(wù)。

一方面，伴隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷升級，PCB板上的芯片和元器件功能更高、運(yùn)行速度更快、體積更小，驅(qū)使電源管理IC提供更低更精準(zhǔn)的核電電壓以及更大的供電電流、更嚴(yán)格的電壓反饋精度、以及更高的效率性能。另一方面，電源管理IC應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)張和深入，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的控制功能、更智能的控制環(huán)路，更快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，更簡化的外圍布局設(shè)計(jì)等都“不可或缺”。電源管理IC想要“拿得出手”，都需直面這些難題。

電源IC數(shù)字化、模塊化、智能化電源IC等已是必然之勢，目前，已日益成為一個(gè)戰(zhàn)略性的競爭優(yōu)勢，特別是在通信、計(jì)算以及工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域。隨著FPGA和SoC的不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)人員在下一代嵌入式系統(tǒng)中增加了大量混合信號功能，實(shí)現(xiàn)了以前無法企及的系統(tǒng)級性能。如何給功能越來越多、性能越來越高、工藝越來越先進(jìn)的FPGA供電，確實(shí)是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的問題。比如采用14nm工藝的FPGA會(huì)具有更高的性能，相應(yīng)地也會(huì)需要更加高性能的電源與之匹配。而且14nm的 FPGA對電源的要求更加苛刻，對電源精度的要求更高，如果電壓范圍超過了規(guī)范的要求，就有可能會(huì)使FPGA失效，甚至可能會(huì)燒壞。

自2000年以來，無線移動(dòng)行業(yè)一直是SOC的先驅(qū)。負(fù)責(zé)應(yīng)用處理器SoC的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：TI的OMAP、高通、三星、蘋果等，已經(jīng)在系統(tǒng)級手機(jī)上實(shí)施了電源管理策略。電源管理技術(shù)非常復(fù)雜，以至于他們很快意識到在內(nèi)部電源管理IC或PMIC之上需要外部器件。這里的各種解決方案將在SoC內(nèi)部實(shí)施，不需要PMIC，因?yàn)槟繕?biāo)是保持成本與使用PMIC之前相同或更低的水平。

審核編輯黃宇