如同蒙上眼睛在一个空荡荡的宫殿里穿梭。看到自己用尽全力对爱做出的询问。流畅揪斗,不依不饶。这是曾经最重要也是唯一以支撑的柱干,觉得只有你在这里,世界才是确凿和作数的。其它的都是幻觉。但在一日又一日,一夜又一夜,与他彻底隔绝的时间过去之后,发现一切不过是颠倒梦想。在现实里,无尽的虚空是真实的。只有这个男子,才是在这个世间最为深沉的幻觉。

——安妮宝贝《春宴》#文学#

游走在禁令与现实之间 国产模数转换ADC能否自强

被赞誉为芯片皇冠上的明珠,ADC(Analog-to-Digital Converter,模拟数字转换器)的重要性在几十年内从未被动摇。进入AIoT和5G的时代,因为与物理世界交互需求的增加,ADC作为信号链核心的地位还在稳步提升。

对于中国的芯片界来说,ADC以及整个信号链芯片的国产化都是绕不开的话题。特别是华为禁令事件的爆发,更是将ADC的国产替代进程送上快车道。

进步神速

ADC是一大类芯片的统称,经过几十年的演进,已经产生出针对不同应用的多种架构,最为常见的是SAR(逐次逼近)型、∑-Δ型、Pipeline(流水线)型,闪速(Flash)型。按照分辨率和采样速率,可以最直观地分辨这些架构(如下图所示)。

以采样速率从低到高的顺序排序,最低的是∑-Δ型,最高的是Flash型(目前已经很少用到);以分辨率从低到高的顺序排序,则正好反之。

精度和速度是一对矛盾的指标,一方追求极致,则另一方就做出牺牲。但数字信号处理技术和数字电路工作速度的提高,以及对于系统灵敏度等要求的不断提高,对于高速、高精度的 ADC需求越来越大。

在美国的出口管控中,对各分辨率范围的ADC都设置了一条采样速率“红线”,只要越雷池一步,就要遭受禁运。举例来说,12位~14位ADC,采样速率不能超过400MSPS;14位~16位,采样速率不能超过250MSPS。

这一红线是国产ADC与进口ADC的指标分水岭,但是进步神速的国内企业,已经开始冲击这道封锁线。比如,商用的国产14位ADC的采样速率已经达到500MSPS,还有初创公司开发的14位、1GSPS的ADC也进入样片测试阶段。

在禁令标准之下的较低分辨率或采样速率的ADC,国内产品更是遍地开花。“举例来说,采用CMOS工艺的低速∑-Δ ADC风起云涌,已经呈红海状了。”业内人士这样表示。

∑-Δ ADC的优势在于分辨率,目前最高可达到32位,主要应用于高精度数据采集,特别是传感器、数字音响系统、多媒体、地震勘探仪器、声纳等领域。国产厂商的高精度∑-Δ ADC完全实现了国产化,且性能不输国际同行。

如果是应用更为广泛的SAR ADC,其因为电路规模中等、功耗低,且能兼顾分辨率和采样速率而很受市场欢迎,国产ADC芯片也是风起云涌。据原子半导体联合创始人袁文章介绍,12位1~3Msps SAR ADC已经成为国产MCU的标配,基本以IP或者die的形式存在,更高精度的单片14位甚至是16位SAR ADC也有厂商开始供货。

原子半导体就是其中之一。该公司是基于港科大袁杰教授在长期的芯片项目研发储备和技术积累,从港科大分离出来的一家混合信号/模拟芯片设计初创企业。2020年9月,原子半导体正式流片16bit SAR ADC系列,最高采样率可达10MSPS。

如此多的国产ADC芯片井喷式涌现,让乐观者感觉国产ADC全面替代为时不远。但袁文章不这样认为,“今年国产ADC芯片还不算完全起势,因为国产替代始终是个循序渐进的过程,需一步一个脚印,从技术和制造工艺上逐步突破。”

盘根错节的市场

左右ADC替代周期长短的重要因素就是复杂的市场状况。ADC的下游应用非常分散,消费、工业、通信、医疗、交通等无所不包,“要建成罗马”绝非一日之功。

消费电子市场的国产替代最为领先,其规模和活力也是其他市场暂不能企及的。ADI、TI、Maxim等国际巨头当前更为关注工业、通信、医疗等领域,那里利润更加丰厚,客户更为分散,是它们的营收重要来源,

ADC在消费电子领域很少以分立芯片的形式出现,都与MCU内核集成在一起。有实力的国内MCU厂商选择自研ADC,不具备研发能力的则通过专业的ADC公司或其他渠道购买相关IP或者die。晶圆厂和EDA公司也能提供性能不错的ADC IP,使这个赛道竞争激烈。

即使利润较低,国内厂商们也依旧看重这个市场。“原因是消费市场的挣钱很快,影响力也很大。”一位业内人士道出了其中关键。国内的ADC厂商大部分经过消费电子市场洗礼,在与国际巨头的短兵相接中,逐步壮大了技术实力并赢得了市场份额。消费市场如今已难觅进口ADC的身影。

滞留在消费电子市场,国内厂商还有一个苦衷,要进入工业、通信等市场,以往“难如登天”,连获得测试的机会都很稀缺。好在中美贸易战开始以后,情况终于有了改观,行业客户向国产厂商终于打开了大门。

不可否认,这些市场本身对ADC的性能要求也非常严格。核芯互联(北京)科技有限公司董事、总经理胡康桥告诉记者,为了满足客户的要求,他们在一个月内对一款芯片连续改版四次。“有一些指标都是平常不会注意的,比如各通道的隔离程度,闭门做设计的时候根本想不到。”

这款产品最终打入了国家电网,实现了对国际大厂同类产品的替代。但是这个过程也让胡康桥和团队认识了工业市场的残酷一面。“芯片先送去客户那里做一两个月的压力测试,然后送去国网测试中心去测试,再进行挂网测试,最快都要半年时间,这么长的周期,小公司真是很难扛。”他感慨道。

回报与付出也是成正比的。产品一旦被工业或通信客户所接纳,就有很长的生命周期,利润也相当可观。再者,因为这些行业的战略重要性,国产替代的热情很高涨,国内厂商已经看到了巨大的商机。

纵然如此,不少厂商还是会望而却步。胡康桥给记者算了笔账:“即使是华为的5G基站,一年以几十万个来计,里面的ADC等模拟器件最多就几百万的用量,根本无法与动辄出货上千万或过亿的消费市场相比。”要真正进入这些市场,国内厂商就要在长期投入和短期收益之间做个取舍。

除此之外,还有很多的特定应用市场对国产ADC来说依然是“门难进”,如医疗电子、测试测量仪器仪表等对芯片性能和质量的要求高于对芯片成本的行业,由于没有给予足够的“试错”机会,加之国际巨头也全力提高技术护城河(像ADI、TI都推出了针对医疗领域的256通道ADC模块),使得国内企业短期内很难形成替代之势。

不能马踏平川,要一个一个市场的去争夺,国内企业的前路依然漫长。

天花板

同很多芯片一样,中国企业完成了从0到1的过程,接下来才是真正的考验。

因为华为禁令,很多人知道了超高速ADC。5G基站使用的超高速ADC,对国内来说就是一片空白。后来,海思虽然用自研的ADC做了替换(指标不明晰),依然不能掩盖行业的尴尬处境。

5G通信要支持需要100MHz甚至400MHz的RF信道带宽,这是需要超高速ADC的主要驱动因素。因此,最理想的数据转换器采样速率是1~3GSPS的量级,业界一般采用Pipeline型ADC来实现,分辨率为14位,目前尚无国内厂家可以达成。

据业内人士透漏,国内某些研究所可以开发RF微波器件,也包括高速、高精度ADC,只是没有批量成熟的量产工艺,出货还要依靠分筛,仅限于满足小批量不太计成本的应用。

多重因素造成了今日的局面。北京半导体行业协会副秘书长朱晶认为,禁运是首要原因,再加上技术门槛确实很高,国内的技术积累也不够,最后是系统厂商以前也没有给大量的国产替代机会,使得国内迟迟不能突破高速、高精度ADC的壁垒。

曾任职国外多家模拟芯片公司的技术专家蓝凯(化名)指出,工艺是一个决定性的因素。“不要说中国,整个亚洲地区都没有适配高速模拟的工艺制程。”

制造ADC会采用到CMOS、GaAs HBT和SiGe BiCMOS工艺。其中,CMOS的优点是便于与数字电路集成,且截止频率高、功耗低;GaAs HBT的击穿电压高、但功耗较大;SiGe BiCMOS的截止频率高,且具有抗辐射性,缺点也是功耗较高。高速ADC多为BiCMOS工艺制造, 只有ADI、TI这些采用IDM模式的公司才掌握着该工艺的“绝活”。

“ADC精度和分辨率的高低主要取决于器件内部的电阻网络,在ADI公司内部,如果要使用高性能的薄膜电阻,都需要特批。”蓝凯以这个例子来说明大厂对工艺细节的把控。

此外,工艺上的不断调校,才能让ADC这类模拟器件发挥出最好的性能。蓝凯说:“单从晶圆制造上讲,MPW(多项目晶圆)过后都要改上几版后才能摸到晶圆上的门道。”相比之下,国内的ADC厂商都是Fabless模式,不具备这种反复调校的条件,很难实现设计和工艺的紧耦合。

从设计层面来讲,国际大厂也已形成了严密的专利布局,对后来者层层设防。比如,对高速ADC非常关键的校准,国内厂商想要突破,就很难绕过大厂的专利壁垒。

最后,就是老生常谈的人才问题。设计和工艺的同步研发是模拟的难点,设计师必须有深刻的工艺理解能力才能搞定模拟芯片。但当前的情况,不要说能掌握全局的设计师,即使普通的模拟芯片工程师也非常匮乏。“1年数字、10年模拟”,培养和留住模拟人才已成当务之急。

工艺、专利、人才,要征服高速ADC,还要翻过三座大山。

亡羊补牢

华为禁令敲醒了中国半导体行业,也让人们注意到模拟芯片的重要性。

在资本市场上,先后有圣邦微、思瑞浦、芯海科技登陆成功,还有昆腾微即将IPO。国内的信号链厂家终于赢来了曙光。

创业的路上,不少怀揣着产业报国理想的人也选择了信号链这个赛道,期望改变行业格局。这其中,不乏海归金领,高校精英,以及传统信号链公司的骨干成员。

很多团队以突破高速ADC禁令为口号,也获得了资本的加持,但是真正做出的产品还是少之又少。业内人士将此归结于实验室理想与行业现实之间的巨大差距。资深半导体投资人王磊(化名)就认为:“往往有很多团队,虽然高举高打,号称融资多少,专攻高端芯片,但最后还是要做一些中低端的民用产品来养活自己,这就是比较可怜的现实。”

朱晶则指出,这个问题要归结于这个ADC本身,它还是需要一定的技术积累和不断迭代和磨练的,真正从正向做起,并非易事。

凡是做过ADC的人,都坦言ADC并不好做。一枚小小的芯片,蕴含一个复杂的系统,是精雕细琢的产物。国际大厂为了规划好一颗ADC,往往要进行多次调研,认清市场的真正需求后才进行产品定义。这样做出的产品才能真正得到市场的认可,拥有长久的生命周期。

清华大学王志华教授曾经称,中国模拟芯片想要发展,就必须要在存量市场做到性能更好,价格更低,这样才能赢得市场。而这一切的基础,就是坚定的信心和极致的工匠精神。

千里之行 积于跬步。做ADC如此,做模拟芯片莫不如此。

来源:集微网

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多角度、全方位展开采访和现场直播,全面展示了经开区工业经济发展、城市建设惠民保障等各个领域的辉煌成就,体现出新时代经开人民砥砺前行的崭新精神风貌。

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区党工委书记李锦林应邀做客“点石成金看经开”直播间,与主播访谈互动,与大家一起话经开巨变,见证经开区新跨越新成就。

经开发展“领风云”,五年跨越“立潮头”。经开区正谱写着“千亿园区、百强经开”新篇章,朝着“五年新跨越”大步迈进。

今年,是萍乡经开区升格为国家级经济技术开发区整整十年的时间。

从1992年迎着改革开放的春风正式成立,到2010年晋升为国家级经济技术开发区,再到如今,成为全市工业发展主战场、项目建设主阵地、城市建设主平台,萍乡经开区犹如一只腾飞的巨鸟,按照打造“千亿园区、百强经开”的发展目标,深入推进“三化”发展战略,开启转型发展的新引擎,走在萍乡经济社会高质量发展的最前列,彩绘出一幅幅壮美画卷:

看工业——第一家本土上市企业,第一家省级“科技企业孵化中心”,第一家数字经济产业园,主要经济指标实现十个第一……斩获的多个第一奏响出工业产业化最强音;看城市—— 高档小区、地标性建筑鳞次栉比,城市“绿脉”绘就靓丽风景线,颜值与气质齐飞,城市生态化成为产城融合的底线和底色;看民生——“五型”政府建设让群众有了满满的幸福感和获得感,绽放在百姓的一张张笑脸是惠民常态化最生动的体现。
拔节生长新跨越,拾级而上再登高。在这片充满生机和活力的热土上,萍乡经开区蓄势待发正当时!

一鸣“经”人天地宽

15年来,“甘源人”以最大的热忱,把握中国传统小吃与现代科技发展相融合的产业升级机遇,为传承中华传统休闲食品文化不懈努力。在经开区,像甘源一样积极务实、赶超跨越,为园区实现高质量发展贡献力量的企业还有很多:

由惠州百利宏科技集团投资20亿元的百宏光电项目,经一年建设投产,3年内可实现营收30亿元,上缴税收1亿元。总部迁入经开区后,营收可达60亿元以上。

作为市政府和经开区从深圳精准招商引资的重大项目,总投资10亿元的江西网是科技有限公司自2018年5月扎根经开区投产以来,已实现产值20多亿元,实现利税超1.2亿元。公司坚持走自主创新、创自有品牌的发展之路,开发产品销售至全国28个省市及海外30多个国家地区。在家用智能路由细分市场,市场占有率名列国内前三。

一片片产业区横空出世,一条条通衢大道八方延伸,一个个新上项目建设正酣……萍乡经开人以坚定的决心和满腔的热情,大步迈开工业产业化步伐,交出了一张“干货”满满的区域经济成绩单:

一年来,先后创造第一家本土上市企业,第一家省级“科技企业孵化中心”,第一家数字经济产业园,主要经济指标实现十个第一,工业产业化实现新突破。连续两年上榜全国国家级经开区综合考评百强,超半数以上指标高于全国平均水平。2019年度开发区争先创优考核中,园区名列全省第12位,较2018年前进5位。在8张国字号名片的基础上又斩获“省智能制造基地”“省级绿色园区”,成为全省唯一同时获此两项荣誉的开发区,展现出萍乡经开“产业蜕变、经济腾飞”的美好发展愿景!

“经”美绝伦铸城魂

晨曦薄雾中,舞动瑜伽的闲适;秋日午后里,平躺草坪的欢娱;夕阳西去时,白鹭归巢的温馨;夜幕降临时,闲庭信步的惬意……这是萍水湖湿地公园对经开区的馈赠,也是经开区人尊重自然、保护生态的最好回报。

萍水湖湿地公园总投资约50亿元,规划面积13.5平方公里,是经开区大力推进城市生态化战略中谋划建设的灵魂项目之一,是贯彻落实市委、市政府“年年有变化、三年大变样、五年新跨越”战略的重点建设项目,也是集城市品位、生态保护、调洪灌溉等功能于一体的优质百年民生工程。湿地公园建成后,将大大加速萍乡北扩的步伐,提升萍乡城市品味和档次,成为风景优美、环境宜人的休闲、游玩胜地。

如今的萍乡经开区,生态已不再是概念符号,而是实实在在成为推进经济社会持续健康发展的 “新引擎”。漫步经开区,绿树成荫,芳草连天。天蓝、地绿、水净,在57.6平方公里的土地上,萍乡经开区正奋力拓展天蓝景美“新境界”。为点亮“产城融合”的城市梦想,经开区始终在完善城市品质与功能上只争朝夕、不遗余力:

先后引进绿地、恒大等全国地产十强,以萍水湖、聚龙、翠湖、玉湖四大城市公园为骨架的绿道风景线已然成型;35条规划路、320国道改造,洪山路地下管廊、中环北路建设将极大优化区域路网体系;老旧小区和农贸市场改造让市民收获更多的幸福感、获得感;精准治污实现全年空气质量名列全市前茅,展现出萍乡经开“城市嬗变、生态宜居”的现代都市风貌!

励“经”图治和为贵

平坦的道路,规范的车位,点缀的绿化,粉刷一新的墙体,捆扎捋顺的“蜘蛛网”线路,畅通的地下污水管网……无论是金陵西区,还是东丰小区、广丰小区,一个个改造后的老旧小区俨然脱胎换骨一样整齐、干净、有序。这几个小区仅仅是经开区众多老旧小区改造成果的缩影。2019-2020年,经开区直指民生“痛点”,总投资约5亿元,共计改造老旧小区22个。

身在经开区,可以清晰触摸经开区发展为了人民、持续改善民生、不断提升民生质量的拳拳初心和民生情怀。该区从群众最关心、最迫切、最现实的利益问题着手,加大资金投入、深化内部改革、实施文化惠民,不断为民生“加码”、为幸福“加速”、为生活“加温”,让群众实实在在享受到改革发展的红利,惠民常态化取得新成效:

今年1-8月,累计总投入7.8亿元办好58件民生实事,全力推动“稳就业”;建档立卡户全部实现脱贫;全力支持增学位、提质量、促均衡。启动赣西综合医疗与康养护理的标杆项目——汇隆清泉医院;高标准打造佳禾文化广场、城市智慧书吧、红色文化室等公共文化服务示范点,基层综合文化中心建成合格率达100%。

保障和改善民生没有终点,只有连续不断的新起点。为让民生与发展成果共享,萍乡经开展示出了“民生悦变、保障兜底”的责任与担当!

直播期间,无数网友在线留言点赞经开区,为经开发展巨变感叹,为经开傲人成就打call!

经开区广大干部群众纷纷通过,电视、网络、广播、手机等多种方式收听收看了直播盛况。


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