半導(dǎo)體工程界一直在通過(guò)各種技術(shù)創(chuàng)新來(lái)延續(xù)摩爾定律的神奇魔力,全球高性能模擬技術(shù)提供商ADI公司總裁兼首席執(zhí)行官Vincent Roche在2018國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議(ISSCC 2018)上的演講中就給出了超越摩爾定律的三角組合創(chuàng)新體系——技術(shù)、物理系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)......
曾經(jīng)的關(guān)鍵力量離開(kāi)地球去尋找他的創(chuàng)造者,群龍無(wú)首混沌當(dāng)?shù)?,越?lái)越多的挑戰(zhàn)敵對(duì)力量來(lái)到地球,地球陷入毀滅危機(jī)……這是《變形金剛5》的劇情前奏,最終大黃蜂與英國(guó)爵士及牛津大學(xué)教授聯(lián)手將地球從一場(chǎng)徹底毀滅的浩劫中挽救。
這場(chǎng)科幻電影也像極了人類(lèi)現(xiàn)實(shí)科學(xué)的一些場(chǎng)景。從1965年提出延續(xù)至今的摩爾定律就像那個(gè)即將遭遇滅頂之災(zāi)的地球,近年來(lái)被業(yè)界廣泛認(rèn)為即將面臨終極挑戰(zhàn),例如制程縮小的物理極限,功耗越來(lái)越高熱問(wèn)題,納米級(jí)芯片制造生產(chǎn)線(xiàn)的天價(jià)造價(jià)……一些權(quán)威人士指出,在摩爾定律的影響之下半導(dǎo)體創(chuàng)新已經(jīng)行將末路。這不禁讓人感慨,經(jīng)歷世紀(jì)之交的工程師們的創(chuàng)新未來(lái),很可能會(huì)被物理法則限制。
就像《變形金剛5》一樣盡管面臨強(qiáng)大的挑戰(zhàn)最終三個(gè)關(guān)鍵力量聯(lián)手下拯救了地球。事實(shí)上,半導(dǎo)體工程界一直在通過(guò)各種技術(shù)創(chuàng)新來(lái)延續(xù)摩爾定律的神奇魔力,而更多人的眼光已經(jīng)超越摩爾定律劃定的視野邊界,將創(chuàng)新的思維拓展到更廣闊的領(lǐng)域。全球高性能模擬技術(shù)提供商ADI公司總裁兼首席執(zhí)行官Vincent Roche在2018國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議(ISSCC 2018)上的演講中就給出了超越摩爾定律的三角組合創(chuàng)新體系——技術(shù)、物理系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)。
三角組合創(chuàng)新體系——技術(shù)、物理系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)
Vincent Roche給出的“超越摩爾定律”思維的三角體系中,其中技術(shù)主題最大的特點(diǎn)就是擴(kuò)大技術(shù)創(chuàng)新的范圍,對(duì)技術(shù)進(jìn)行分層并以半導(dǎo)體為基礎(chǔ)結(jié)合其他技術(shù)以獲得創(chuàng)新新成果。例如,采用新材料、添加更多化學(xué)元素或部署新的流程和封裝技術(shù),以創(chuàng)建新的無(wú)源和有源器件及更復(fù)雜和完整的片上系統(tǒng)硬件架構(gòu)。跳出單純依賴(lài)傳統(tǒng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素來(lái)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的固有模式,考慮更多的物理系統(tǒng)的可能和商業(yè)模式的需求, 在包括軟件、算法、應(yīng)用以及內(nèi)容等更多領(lǐng)域進(jìn)行投資。
ADI認(rèn)為,整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)正通過(guò)采用“應(yīng)用需求驅(qū)動(dòng)型”方法來(lái)補(bǔ)充和完善傳統(tǒng)的技術(shù)供應(yīng)驅(qū)動(dòng)型方法,后者側(cè)重于從性能、尺寸、成本和功效比等主要方面來(lái)推動(dòng)改進(jìn),而前者則是從需要解決的問(wèn)題入手逆向操作,更高效且更有效地將創(chuàng)新與應(yīng)用對(duì)應(yīng)起來(lái),而這也是ADI一直堅(jiān)持的創(chuàng)新理念。
這款沒(méi)有半導(dǎo)體材料的芯片級(jí)pH傳感器在工業(yè)、醫(yī)療、制藥等領(lǐng)域開(kāi)創(chuàng)新的應(yīng)用
事實(shí)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(shí)驗(yàn)室儀器儀表的性能以合理的成本引入小型設(shè)備中,但它根本就沒(méi)有任何半導(dǎo)體的內(nèi)容,而是采用了例如電鍍和晶片鍵合(wafer bonding)等工藝,實(shí)現(xiàn)了CMOS晶圓不可能具備的特性。這是新材料與新元素加入進(jìn)行組合創(chuàng)新的完美例證。當(dāng)然,ADI并沒(méi)有避免在“超越摩爾定律”戰(zhàn)略中使用硅芯片,他們?nèi)耘⑦@些傳感器與ASIC結(jié)合進(jìn)行組合開(kāi)發(fā),開(kāi)啟了無(wú)數(shù)種可能性和優(yōu)勢(shì),最終提高效率。
ADI大膽拓展技術(shù)層面的探索已經(jīng)創(chuàng)造了大量的成功案例,例如用iCoupler®磁隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)片上變壓器集成,突破性地解決了傳統(tǒng)光耦合的局限性;通過(guò)獨(dú)特設(shè)計(jì)的靜電驅(qū)動(dòng)的鍍金微加工懸臂梁開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)MEMS開(kāi)關(guān)技術(shù),在一個(gè)非常小的表貼器件中實(shí)現(xiàn)了0 Hz至數(shù)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(shù)在過(guò)去10多年間不斷得到改進(jìn),這些產(chǎn)品的功率密度提高超過(guò)10倍,最新模塊電源即將突破100A的功率輸出能力。
創(chuàng)新的uModule模塊封裝技術(shù)讓功率密度獲得10倍以上的提升。
“應(yīng)用需求驅(qū)動(dòng)型”思維下,ADI的技術(shù)創(chuàng)新不再局限于半導(dǎo)體領(lǐng)域,還在其硬件解決方案中引入了物聯(lián)網(wǎng)、云分析等平臺(tái)化功能設(shè)計(jì)思想,并在應(yīng)用工具、安全和算法以及軟件領(lǐng)域進(jìn)行投資,持續(xù)構(gòu)建基于硬件的完整集成式技術(shù)堆棧。
當(dāng)今的科技已經(jīng)對(duì)物理、化學(xué)和生物現(xiàn)象的見(jiàn)解都達(dá)到了新的水平,這種見(jiàn)解能夠激發(fā)我們對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的靈感,幫助確定開(kāi)發(fā)方向。因此,ADI認(rèn)為超越摩爾定律還需要從物理系統(tǒng)層面創(chuàng)新,將側(cè)重點(diǎn)從內(nèi)部轉(zhuǎn)移到我們周?chē)氖澜?。這也就是為什么ADI除了資助優(yōu)秀的模擬、數(shù)字和軟件工程師外,還資助化學(xué)家、密碼學(xué)家、生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)工程師,甚至內(nèi)科醫(yī)生的原因。
醫(yī)療設(shè)備實(shí)現(xiàn)中心聯(lián)合ADI和麻省理工學(xué)院,共同推動(dòng)醫(yī)療技術(shù)的突破
借由這些投資,AD的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)努力去充分了解要那些需要利用特定技術(shù)和能力來(lái)解決的應(yīng)用。事實(shí)上,諸如物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的出現(xiàn)正在降低傳統(tǒng)創(chuàng)新方法的重要性和對(duì)創(chuàng)新的限制。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn),加上芯片大小的傳感器和計(jì)算元件的驟增,正在智能化地連接現(xiàn)實(shí)和數(shù)字世界,讓香農(nóng)-哈特利定律(關(guān)于信道容量的定律)對(duì)于信息傳輸?shù)南拗谱兊帽饶柖筛又匾?o:p style="box-sizing: border-box; margin: 0px; padding: 0px;">
當(dāng)今用于創(chuàng)新的方法正在不斷演進(jìn),我們已經(jīng)進(jìn)入云分析和大數(shù)據(jù)的世界,人工智能也在朝神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和大規(guī)模并行處理發(fā)展的路途中,科技創(chuàng)新已經(jīng)走入了一個(gè)全新的階段,需要我們擁抱更廣泛的應(yīng)用創(chuàng)新思維和方法。例如,ADI近年來(lái)基于在檢測(cè)、測(cè)量、轉(zhuǎn)換方面的專(zhuān)業(yè)技術(shù)以及對(duì)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的深入研究,幫助新英格蘭番茄種植農(nóng)場(chǎng)主構(gòu)建完整的從傳感器到云端的解決方案,讓他們能夠在整個(gè)種植周期內(nèi)做出更好的決策,最終改善番茄的品質(zhì)提高經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境成效。同樣在能源領(lǐng)域,許多公用事業(yè)公司的先進(jìn)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)采用了物聯(lián)網(wǎng),而采用ADI完整的邊緣到云端、非侵入式監(jiān)測(cè)解決方案幫助他們解決了傳統(tǒng)電表的準(zhǔn)確度問(wèn)題。
圣人孔夫子在兩千年前就發(fā)出“三人行必有我?guī)?rdquo;的深刻見(jiàn)解??萍甲叩浇裉煲呀?jīng)面臨越來(lái)越高的創(chuàng)新門(mén)檻,甚至超越了單個(gè)企業(yè)所能企及的范圍。因此,ADI認(rèn)為產(chǎn)業(yè)鏈參與者應(yīng)該走出自身的局限,并真正通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行合作創(chuàng)新。
ADI近年來(lái)在產(chǎn)業(yè)生態(tài)合作上不遺余力,與大型機(jī)構(gòu)共同搭建技術(shù)平臺(tái),與專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)商聯(lián)合推進(jìn)應(yīng)用技術(shù)的合作開(kāi)發(fā)。例如,ADI宣布與全球最大的電信運(yùn)營(yíng)商之一中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司旗下全資子公司中移物聯(lián)網(wǎng)建立戰(zhàn)略合作關(guān)系,與諾基亞貝爾為共同拓展物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)簽署諒解備忘錄,與百度在自動(dòng)駕駛感知與導(dǎo)航領(lǐng)域達(dá)成合作攜手推進(jìn)Apollo計(jì)劃。
ADI與百度在自動(dòng)駕駛 Apollo計(jì)劃的自動(dòng)駕駛感知與導(dǎo)航應(yīng)用中開(kāi)展廣泛合作
對(duì)于產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)合作,ADI的首席技術(shù)官Peter Real有非常清楚的思考:你要知道何時(shí)領(lǐng)導(dǎo),何時(shí)跟隨,何時(shí)攜手發(fā)明,何時(shí)聯(lián)手合作。很顯然,ADI在生態(tài)合作創(chuàng)新方面很好的遵守了這些準(zhǔn)則。除了上面的戰(zhàn)略合作,還包括與業(yè)界應(yīng)用廠(chǎng)商建立各種聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新生態(tài)合作,以及協(xié)調(diào)內(nèi)外資源打造的垂直生態(tài)系統(tǒng),在通信界擁躉眾多的RadioVerse即是該公司近年來(lái)集中資源打造的射頻技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)。
ADI最初設(shè)法解決軟件定義無(wú)線(xiàn)電難題時(shí),ADI推出了單芯片、低功耗的MIMO收發(fā)器大幅降低了客戶(hù)的無(wú)線(xiàn)電設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度,該產(chǎn)品被部署到數(shù)以千計(jì)的應(yīng)用之中,從攝像機(jī)無(wú)人機(jī)視頻傳輸和控制到蜂窩基站。在意識(shí)到收發(fā)器的更多應(yīng)用潛力之后,ADI開(kāi)始嘗試構(gòu)建一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)——RadioVerse,包含MathWorks和多種第三方硬件和軟件包,以便在開(kāi)始設(shè)計(jì)軟件定義無(wú)線(xiàn)電之初,幫助縮小系統(tǒng)架構(gòu)師、RF設(shè)計(jì)師和系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)人員之間的鴻溝,幫助客戶(hù)實(shí)現(xiàn)更精巧、更高效的設(shè)計(jì),同時(shí)加快產(chǎn)品上市速度。
關(guān)于摩爾定律是否失效的爭(zhēng)論由來(lái)已久,盲目地沿著這條道路會(huì)在一定程度上禁錮我們的創(chuàng)新能力,現(xiàn)在何嘗不是跳出既定思維框架掙脫摩爾定律束縛的時(shí)候呢?
信息爆發(fā)的今天為人類(lèi)天生具備的探索欲望和冒險(xiǎn)精神提供了強(qiáng)大的支援;組合創(chuàng)新的威力已經(jīng)得到了證實(shí),這種創(chuàng)新思維正在影響未來(lái)世界前進(jìn)的速度和方式;真實(shí)世界和數(shù)字世界逐漸交互和滲透,數(shù)字化變得越來(lái)越普遍;經(jīng)濟(jì)和技術(shù)之間不斷協(xié)調(diào)平衡發(fā)展,新技術(shù)會(huì)不斷反復(fù)塑造經(jīng)濟(jì)形態(tài),經(jīng)濟(jì)形態(tài)反過(guò)來(lái)又會(huì)促進(jìn)新技術(shù)發(fā)展,如此循環(huán)往復(fù)。在這些因素的共同作用下,創(chuàng)新的復(fù)雜程度將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),而周期會(huì)不斷加快。
ADI用自己的創(chuàng)新實(shí)踐驗(yàn)證了超越摩爾定律行之有效的組合創(chuàng)新思維,在技術(shù)和物理系統(tǒng)以及生態(tài)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體技術(shù)及應(yīng)用的加速創(chuàng)新。摩爾定律的“長(zhǎng)途列車(chē)”經(jīng)過(guò)五十多年的旅行已經(jīng)進(jìn)站,我們不妨與ADI一起主動(dòng)登上站臺(tái),踏上組合創(chuàng)新的新旅程。