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ADI 亚德诺半导体

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ADI超越摩尔定律的方法论,组合创新构建技术创新的“铁三角”

2018-10-22
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曾经的关键力量离开地球去寻找他的创造者,群龙无首混沌当道,越来越多的挑战敌对力量来到地球,地球陷入毁灭危机……这是《变形金刚5》的剧情前奏,最终大黄蜂与英国爵士及牛津大学教授联手将地球从一场彻底毁灭的浩劫中挽救。
 
这场科幻电影也像极了人类现实科学的一些场景。从1965年提出延续至今的摩尔定律就像那个即将遭遇灭顶之灾的地球,近年来被业界广泛认为即将面临终极挑战,例如制程缩小的物理极限,功耗越来越高热问题,纳米级芯片制造生产线的天价造价……一些权威人士指出,在摩尔定律的影响之下半导体创新已经行将末路。这不禁让人感慨,经历世纪之交的工程师们的创新未来,很可能会被物理法则限制。


ADI 公司总裁兼首席执行官 Vincent Roche 在 ISSCC 2018 上演讲


就像《变形金刚5》一样尽管面临强大的挑战最终三个关键力量联手下拯救了地球。事实上,半导体工程界一直在通过各种技术创新来延续摩尔定律的神奇魔力,而更多人的眼光已经超越摩尔定律划定的视野边界,将创新的思维拓展到更广阔的领域。全球高性能模拟技术提供商ADI公司总裁兼首席执行官Vincent Roche在2018国际固态电路会议(ISSCC 2018)上的演讲中就给出了超越摩尔定律的三角组合创新体系——技术、物理系统与生态系统。

 三角组合创新体系——技术、物理系统与生态系统




拓展技术创新的维度,

让创新无处不在


Vincent Roche给出的“超越摩尔定律”思维的三角体系中,其中技术主题最大的特点就是扩大技术创新的范围,对技术进行分层并以半导体为基础结合其他技术以获得创新新成果。例如,采用新材料、添加更多化学元素或部署新的流程和封装技术,以创建新的无源和有源器件及更复杂和完整的片上系统硬件架构。跳出单纯依赖传统技术驱动因素来实现创新的固有模式,考虑更多的物理系统的可能和商业模式的需求, 在包括软件、算法、应用以及内容等更多领域进行投资。

 
ADI认为,整个半导体行业正通过采用“应用需求驱动型”方法来补充和完善传统的技术供应驱动型方法,后者侧重于从性能、尺寸、成本和功效比等主要方面来推动改进,而前者则是从需要解决的问题入手逆向操作,更高效且更有效地将创新与应用对应起来,而这也是ADI一直坚持的创新理念。


这款没有半导体材料的芯片级pH传感器在工业、医疗、制药等领域开创新的应用


事实上, ADI这几十年一直在这样做。例如图中的pH传感器可以将实验室仪器仪表的性能以合理的成本引入小型设备中,但它根本就没有任何半导体的内容,而是采用了例如电镀和晶片键合(wafer bonding)等工艺,实现了CMOS晶圆不可能具备的特性。这是新材料与新元素加入进行组合创新的完美例证。当然,ADI并没有避免在“超越摩尔定律”战略中使用硅芯片,他们仍努力将这些传感器与ASIC结合进行组合开发,开启了无数种可能性和优势,最终提高效率。
 
ADI大胆拓展技术层面的探索已经创造了大量的成功案例,例如用iCoupler®磁隔离技术实现片上变压器集成,突破性地解决了传统光耦合的局限性;通过独特设计的静电驱动的镀金微加工悬臂梁开关结构实现MEMS开关技术,在一个非常小的表贴器件中实现了0 Hz至数百GHz的宽带RF性能,以及比继电器更高的可靠性;ADI旗下的Power By Linear品牌采用的µModule微型模块化技术在过去10多年间不断得到改进,这些产品的功率密度提高超过10倍,最新模块电源即将突破100A的功率输出能力。

 创新的uModule模块封装技术让功率密度获得10倍以上的提升


“应用需求驱动型”思维下,ADI的技术创新不再局限于半导体领域,还在其硬件解决方案中引入了物联网、云分析等平台化功能设计思想,并在应用工具、安全和算法以及软件领域进行投资,持续构建基于硬件的完整集成式技术堆栈。




关注物理系统层面创新,

将创新角度移到芯片外部


当今的科技已经对物理、化学和生物现象的见解都达到了新的水平,这种见解能够激发我们对产品开发的灵感,帮助确定开发方向。因此,ADI认为超越摩尔定律还需要从物理系统层面创新,将侧重点从内部转移到我们周围的世界。这也就是为什么ADI除了资助优秀的模拟、数字和软件工程师外,还资助化学家、密码学家、生物医学系统工程师,甚至内科医生的原因。


医疗设备实现中心联合ADI和麻省理工学院,共同推动医疗技术的突破


借由这些投资,AD的专家团队努力去充分了解要那些需要利用特定技术和能力来解决的应用。事实上,诸如物联网和人工智能的出现正在降低传统创新方法的重要性和对创新的限制。物联网的出现,加上芯片大小的传感器和计算元件的骤增,正在智能化地连接现实和数字世界,让香农-哈特利定律(关于信道容量的定律)对于信息传输的限制变得比摩尔定律更加重要。
 
当今用于创新的方法正在不断演进,我们已经进入云分析和大数据的世界,人工智能也在朝神经网络和大规模并行处理发展的路途中,科技创新已经走入了一个全新的阶段,需要我们拥抱更广泛的应用创新思维和方法。例如,ADI近年来基于在检测、测量、转换方面的专业技术以及对物联网生态系统的深入研究,帮助新英格兰番茄种植农场主构建完整的从传感器到云端的解决方案,让他们能够在整个种植周期内做出更好的决策,最终改善番茄的品质提高经济效益和环境成效。同样在能源领域,许多公用事业公司的先进计量基础设施已经采用了物联网,而采用ADI完整的边缘到云端、非侵入式监测解决方案帮助他们解决了传统电表的准确度问题。




众行者远,

产业生态系统合作加速创新


圣人孔夫子在两千年前就发出“三人行必有我师”的深刻见解。科技走到今天已经面临越来越高的创新门槛,甚至超越了单个企业所能企及的范围。因此,ADI认为产业链参与者应该走出自身的局限,并真正通过生态系统进行合作创新。

 
ADI近年来在产业生态合作上不遗余力,与大型机构共同搭建技术平台,与专业厂商联合推进应用技术的合作开发。例如,ADI宣布与全球最大的电信运营商之一中国移动通信集团公司旗下全资子公司中移物联网建立战略合作关系,与诺基亚贝尔为共同拓展物联网市场签署谅解备忘录,与百度在自动驾驶感知与导航领域达成合作携手推进Apollo计划。


ADI与百度在自动驾驶 Apollo计划的自动驾驶感知与导航应用中开展广泛合作 


对于产业生态系统合作,ADI的首席技术官Peter Real有非常清楚的思考:你要知道何时领导,何时跟随,何时携手发明,何时联手合作。很显然,ADI在生态合作创新方面很好的遵守了这些准则。除了上面的战略合作,还包括与业界应用厂商建立各种联合实验室进行技术应用创新生态合作,以及协调内外资源打造的垂直生态系统,在通信界拥趸众多的RadioVerse即是该公司近年来集中资源打造的射频技术生态系统。
 
ADI最初设法解决软件定义无线电难题时,ADI推出了单芯片、低功耗的MIMO收发器大幅降低了客户的无线电设计的复杂程度,该产品被部署到数以千计的应用之中,从摄像机无人机视频传输和控制到蜂窝基站。在意识到收发器的更多应用潜力之后,ADI开始尝试构建一个生态系统——RadioVerse,包含MathWorks和多种第三方硬件和软件包,以便在开始设计软件定义无线电之初,帮助缩小系统架构师、RF设计师和系统软件开发人员之间的鸿沟,帮助客户实现更精巧、更高效的设计,同时加快产品上市速度。




超越摩尔定律,

创新进入新通道


关于摩尔定律是否失效的争论由来已久,盲目地沿着这条道路会在一定程度上禁锢我们的创新能力,现在何尝不是跳出既定思维框架挣脱摩尔定律束缚的时候呢?
 
信息爆发的今天为人类天生具备的探索欲望和冒险精神提供了强大的支援;组合创新的威力已经得到了证实,这种创新思维正在影响未来世界前进的速度和方式;真实世界和数字世界逐渐交互和渗透,数字化变得越来越普遍;经济和技术之间不断协调平衡发展,新技术会不断反复塑造经济形态,经济形态反过来又会促进新技术发展,如此循环往复。在这些因素的共同作用下,创新的复杂程度将呈指数级增长,而周期会不断加快。
 
ADI用自己的创新实践验证了超越摩尔定律行之有效的组合创新思维,在技术和物理系统以及生态系统上实现半导体技术及应用的加速创新。摩尔定律的“长途列车”经过五十多年的旅行已经进站,我们不妨与ADI一起主动登上站台,踏上组合创新的新旅程。



超越摩尔定律,超越一切可能!

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