《IoT物联网》-IC产业能做什么?-《芯苑》

回忆上一次半导体产业发展动力,我想大家应该都知道来自于智能手机(Smart phone)以及平板电脑(Tablet),可以说真的彻底打败了传统的PC以及NoteBook,甚至颠覆了电脑及传统手机行业,曾经直接导致Intel和Nokia这些传统的PC领域以及功能手机(Feature Phone)的公司危机或倒闭。当然这一切的一切都来自于3G/4G网络的推广,否则智能手机根本无法普及。然而时至今日整个手机行业已经趋近饱和,当然我们半导体行业也会进入传说中的“库存调整期”,其实不好听一点就是行业的每四年一次的“冬天”而已。

我相信下一次5G网络的到来必然会掀起新的一波智能手机热,但是还很遥远。到目前为止还只是在订标准的阶段,所以我们根本等不到。目前行业普遍认为,能够带动下一次半导体产业革命性的发展的动力来自于物联网(IoT: Internet-of-Things)。连我们董事长老先生也在去年年初就提出:物联网是下一个蓝海!随后整个半导体产业就开始动起来了。前面一片文章已经和大家一起学习了物联网的概念 (http://ic-garden.cn/?p=895),今天我们再来一起探讨一下,到底我们半导体行业在物联网领域充当什么角色?我们在做什么?

上一节我说过物联网是互联网的实体基础,他是利用无线数据通讯将各个“物品”(Things)彼此连接实现通讯和交流,以达到识别、定位、跟踪、监控和管理的目的。可以说物联网正在一步步改变着我们对周边事物的控制方法(IoT is changing the way we people control our surroundings),而我们需要依赖的就是这些数以亿计的终端(Things or smart nodes)。透过物联网的物物相连,我们可以增进物体互相通讯自动控制达到更好的控制精度和效率的提升。其次环境效率的改善自然就是能源的节省以及减少排放等。所以我们需要通过最基础的半导体器件包括MEMS (微机电系统)、无线感测器、通讯芯片整合在一起的系统,将其应用于医疗、物流、建筑、能源、制造、家庭等,也可以应用于可穿戴、电表、照明灯消费类来改善人们的生活。

《IoT物联网》-IC产业能做什么?-《芯苑》

虽然说物联网至今任然是个炒作的新兴的概念(Emerging concept),但是已经开始席卷了各个应用领域,并且已经带动相关的半导体产值快速增长。其中消费类电子无疑永远是量最大的,其次是汽车电子和工业市场,这三个市场是推动物联网需求的最大动力。而就电路层级来讲主要需求来自:处理(Processing)、感测(Sensing)和通讯(Connectivity)。

引用几个权威的调研机构的数据看下IoT到底有多强的生命力可以再一次掀起行业的革命:

1、IHS (iSupply)预计到2018年IC市场主要发展来自:IoT、Tablet&Ultrabook、Smartphone、Ditital TV和Smart Grids。而首当其冲的就是IoT,其预计在未来5年内会有11%的年复合增长率 (CAGR: Compound Annual Growth Rate),而IoT的主要成长来自于核心的RFID以及MCU,其中MCU的年复合成长率达到~4%。主要因为这些small nodes (Sensor)以及Sensor的数据收集和传输都需要基于MCU的平台,所以MCU的成长率最大预计从2014年的$1.7billion发展到2019年的$2.8billion。

2、顾能公司(Gartner):带动IoT成长最快的无疑是消费电子,其次是汽车电子以及工业应用(工业4.0)。而主要系统芯片分为三块:处理(processing)、感测(Sensing)和通讯(connectivity),2015年成长36.2%,占总体半导体成长5.7%。预计到2020年将会带来30%的成长率。

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IoT必将会成为下一个半导体成长的最大动力,只是目前还只是单一应用(single solution),未来的关键在于整合包括安全、连接和微控制器。其中未来最主要的趋势就是由IoT驱动或刺激感测器Sensor的需求量,接着由终端消费刺激功耗和性能的优化来带动未来市场驱动的两大因素。

1、感测器(Sensor):可以说没有Sensor就没有IoT,因为它是终端感应系统(End-Points),它可以收集环境在某一特定范围内的变化(range of change)如温度、湿度、光强,并将它反馈给控制系统。当然这些只是初级应用,如果需要持续的增长动力,则需要持续的创新如感测呼吸或肌肉能量以及透过皮肤感测生物信息(BioMEMS)等等。说起Sensor的制程除了已经成熟占主流市场>1/3的技术如CIS(CMOS Image Sensor)还有环境光检测,触控技术等等,还有未来会成为主流的MEMS技术,而目前主要的MEMS技术还是掌握在国外的IDMs巨头手里,包括Bosch、STM、Freescale。但是这块的市场应该是非常巨大的,平均每个smartphone需要10个sensor,而每个汽车需要100个sensor,你自己算有多大市场?所以各家Foundry也在开始扶植自己的MEMS设计公司,比如tsmc投资mCube以及扶植InvenSense来进军motion sensor (陀螺仪),UMC扶植鑫创(Solid State System, 3S)专攻smartphone/portable MEMS麦克风,SMIC扶植敏芯微电子搞TSV、WLP封装的三轴感应器,以及华宏宏力与上海矽睿、上海丽恆光微电子合作MEMS等等。而目前国内主要MEMS厂商有AAC和Goertek提供Microphone,MEMSIC提供Accelerometers和Magnetrometers (在无锡啊~),QST提供motion sensor(貌似比较高级,毕竟是动态的)。而且这些local MEMS提供商也都已经打入苹果供应链,2014年Apple的~47% sensor由我们的本土MEMS供应商提供,而三星有23%由我们本土供应商提供。未来预计到2019年这个数字将会分别下降到34%(APPL)和15%(SAMSUNG),而剩下的产能将会提供给以小米、华为为首的中国OEMs厂商。而如果要keep持续sensor的动力除了来自应用领域的拓宽还需要来自更加先进的制程技术除了MEMS还有NEMS(纳米级制造)走向微型化(Miniaurrization)。

2、互连(connectivity):不管是穿戴设备还是汽车,我们都需要将每个智能终端通过有线/无线(Wired/wireless)连接起来 (connected with "others" surround)。预计到2019年在4G-LTE的带动下,会持续增长>4.8%/$127 billion。目前主流的通讯有WiFi、蓝牙、NFC、以及未来适合“点间通讯”以及安全组网的ZigBee,但是随着技术的成熟,这些通讯模块很有可能被整合到处理器里面,将来的趋势一定是AP处理器整合嵌入GPU、DSP、GPS模块、4G-LTE、WiFi、蓝牙等,降低功耗提高性能,所以会导致纯通讯商难以生存。所以现在很多通讯商提供另一条策略叫做“Combo Wireless”芯片,他们整合NFC、WiFi、蓝牙以及ZigBee的多合一芯片,首当其冲的就是Marvell公司的EZ-connected platform,整合了WiFi、蓝牙、音频codec、存储以及有线无线链接等综合平台主推汽车电子的ADAS (Advanced Driving Assistant System)实现Car-to-Car以及Car-to-Infrastructure(汽车与基站)之间的通讯。

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3、计算处理(Computing/Processing):2014年全球半导体营收最大的就是数据处理比2013年上涨12.8%,主要贡献来自通讯以及汽车的MCU和MPU (Controller and Processor)。未来随着IoT的持续发展,MCU/MPU会持续保持高增长率预计2019年会达到$78billion,其中MCU主要以32位为主要动力,因为车用、工业、医疗等高复杂度要求以及实时复杂计算等,另外有些整合连接(connectivity) 以及/或者整合Sensor的系统SoC也将成为主要动力之一来达到低功耗的目的。在处理器层面上,主要还是以ARM架构为主,因为ARM指令架构比较简单,适合低功耗的移动终端,而x86的RISC指令适合比较复杂的计算,但是就是太耗电,这就是为什么笔记本只能待机3小时了,所以未来在只能终端以及Sensor越来越多的情况下,如何支撑如此复杂的计算将是ARM架构的挑战,虽然现在都在跟风搞8核、10核等等,但我觉得那都不是重点,毕竟苹果的2核就完胜Andriod阵营的10核。未来不知道有没有可能把x86结构运用到移动终端来,我们拭目以待吧。

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4、存储(Memory):存储器在过去一年里成长18.2%,速度最快。预计到2019年达到$103 billion仅次于MCU和Logic IC,这就是为什么国家大力发展存储器制造业(设计主要就是IP)。这个东西在物联网来讲主要得益于大量的传感器数据传输到云端存储,所以在未来物联网的爆发,存储器也将是非常有前景的领域。在存储器领域,NAND flash将会快于DRAM,主要由于Smartphone/Tablets兴起而PC机持续衰退,所以很多纯DRAM厂要么转型要么倒闭(如尔必达),随着2014年15nm/16nm NAND技术的量产以及3D封装技术的推动(SAMSUNG),未来几年NAND将会取代DRAM的主导地位。而现在的SSD硬盘就是主流的NAND Flash芯片存储阵列组成,随着制造成本的降低以及存储容量的增加,必将成为未来存储的主流。

 

呼应以前互联网流行的一句话,一流的公司做生态、二流的公司做产品、三流的公司做服务。毋庸置疑最赚钱的一定是做生态系统的公司,比如google、Apple、Amazon、华为等,我们半导体公司一定不是最赚钱的,但是我们必须要抓住这个契机,拿到属于我们的那一份。

那么,我们半导体公司,我们所处的位置是技术服务型产业,那我们在这样的supply chain里面我们需要布局的是什么?围绕上面讲述的四个方面,存储器不是Foundry可以做的,而MEMS将会是我们逐渐扩大并且占领的领域。除此之外,我们能做的就是在通讯速度(high speed)以及运算处理(Low Power)上为客户提供完整的解决方案(total solution),所以很多FAB提出ULP (Ultra Low Power)以及ULL (Ultra Low Leak)搭配eFlash制程for MCU Market,以及现在比较热门的SOI制程技术都是冲ULP/ULL的MCU market以及RF switch to be integrated to SOI (HiR-SOI: 因为高阻能够得到很低的RF insertion损耗(<0.15dB @1GHz),等效于SOS衬底的串扰电容,现在国际比较大的SOI公司是Soitec还有IBM公司等,而近期GlobalFoundry也推出22nm FD-SOI制程(http://ic-garden.cn/?p=629)。将来会是以Low cost和Low power为主要推动力,而在制程的选择上不需要用到非常advance technology,65nm已经是trailing edge了。

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所以说没有半导体产业,就没有互联网、物联网。这就是为什么中美互联网论坛上,美国参加的公司都是半导体巨头公司(Intel、高通、AMD、Cisco、IBM等),不夸张的说全球的互联网都是靠他们撑起来的。所以说芯片是信息时代的粮食或者灵魂一点都不为过啊。

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