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谈一谈对物联网或移动设备至关重要的SOC性能指标

随着能源危机和环境污染问题日益严重,发展电动汽车成为我国汽车工业发展的主要方向,由于电动汽车电池性能的好坏决定了整车动力性和经济性等性能,因此对电动汽车电池的研究具有重要的意义。SoC作为电池的主要性能指标正在发生翻天覆地的变化,从纯性能指标转变为性能效率和最低功耗,这个对于物联网或移动设备至关重要的新指标正成为汽车、嵌入式系统等各种应用的关键,其测量的准确性很大程度上影响着汽车性能的好坏。

目前,市面上SoC性能指标嵌入式系统是泛计算领域的重要组成部分,是嵌入式对象宿主体系中完成某种特定功能的专用计算机系统。嵌入式系统有体积小、低功耗、集成度高、子系统间能通信融合的优点。随着汽车技术的发展以及微处理器技术的不断进步,在汽车电子技术中得到了广泛应用。目前,从车身控制、底盘控制、发动机管理、主被动安全系统到车载娱乐、信息系统都离不开嵌入式技术的支持。

汽车嵌入式SoC系统

汽车嵌入式SoC系统是嵌入式系统向实时多任务管理、网络耦合与通信的高端应用过渡的产物,大大提高了汽车电子系统的实时性、可靠性和智能化程度。除了具备普通嵌入式系统的共有特性之外,它还具有以下几个优点:

1、 对实时多任务管理有很强的支持能力,中断响应时间1~2μs;

2、具有很强的存储区保护功能;

3、 在嵌入式实时操作系统的支持下能合理进行任务调度,充分利用系统资源;

4、硬件结构和软件功能都有很强的扩展能力,系统集成度大大提高,降低了成本;

5、超低功耗,汽车静态功耗为豪瓦级;

6、系统硬件抗干扰能力增强,适应高温、潮湿、振动和电磁辐射等各种工作环境;

7、 实时操作系统支持软件多线程结构,增强了系统的软件抗干扰性;

8、提供强大的网络通信功能,具备地IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口,支持相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件,提供容错数据传输能力和更大通信带宽。

功率半导体是中国在半导体领域最好的突破口

半导体应用范围极其广泛,只要用电的地方,就会用到功率半导体,包括电网、电源。所以说这个市场很大,而且细分行业很多。而新能源是功率半导体的最大市场。相比传统汽车,新能源汽车对功率半导体的需求增长15倍。

随着我国新能源汽车持续放量,对功率半导体的需求会急速上升。一个电桩大概需要170个MOS,一辆电动车大约需要100个MOS,2017年中国充电桩差不多有21万个,这些都对功率半导体产生了很大的需求。

过去两年国内厂商有所突破,实现了很多功率半导体的国产化。这是国内厂商的第一次进入通讯、图像、家电市场,而之前这些市场都被国外垄断了。

新能源汽车对功率半导体的需求很高。以特斯拉为例,特斯拉的电驱模块需要120个功率器件,全部是英飞凌供应的。这些功率器件相当于是一片晶圆的1/8到1/10面积左右,也就是说一片晶圆只能满8-10辆车的需求,这还没考虑良率问题。目前Tier 1未来面临边缘化风险,整车厂和功率器件设计公司的结合度很高,配套厂会陷入困境,因为没有定价权,而上游芯片设计、下游整车厂都有定价权,所以配套厂可能很难生存下来。况且整车厂对驱动模块的需求是很明确,这些需求以往是通过tier 1实现的,而现在和未来都交给了设计厂来实现。

所以现在tier 1以组装为主,技术替代性比较强。但相信伴随政策和资本市场的支持,预计中国未来一定会出现100亿以上产值的功率半导体公司,并成为首批进入工业、汽车级应用的半导体公司,并成为半导体在高端领域国产化的领头羊。

无线移动行业一直是SOC的先驱

随着市场需要多电源电压轨的消费类电子产品的推出,当选择实际工作中所需的IC时,必须考虑成本、解决方案的外形尺寸、电源、占空比以及所需的输出功率等诸多因素。

据市场某调研机构统计,2016年电源管理IC市场预计将达到387亿美元,消费电子、网络通信、移动互联领域都是主要的应用市场,汽车电子、新能源领域也逐渐发力。在应用驱动和技术进步的作用下,对电源IC的技术要求也不断走高。而且随着应用的不断创新,电源IC的市场也呈现出需求多样化,应用细分化,更多高性能电源IC的市场需求也不断深化以及扩展化,更好地为满足系统创新,性能提升而服务。

一方面,伴随着半导体工艺技术的不断升级,PCB板上的芯片和元器件功能更高、运行速度更快、体积更小,驱使电源管理IC提供更低更精准的核电电压以及更大的供电电流、更严格的电压反馈精度、以及更高的效率性能。另一方面,电源管理IC应用领域不断扩张和深入,实现更优异的控制功能、更智能的控制环路,更快速的动态响应特性,更简化的外围布局设计等都“不可或缺”。电源管理IC想要“拿得出手”,都需直面这些难题。

电源IC数字化、模块化、智能化电源IC等已是必然之势,目前,已日益成为一个战略性的竞争优势,特别是在通信、计算以及工业应用等领域。随着FPGA和SoC的不断发展,设计人员在下一代嵌入式系统中增加了大量混合信号功能,实现了以前无法企及的系统级性能。如何给功能越来越多、性能越来越高、工艺越来越先进的FPGA供电,确实是一个非常具有挑战性的问题。比如采用14nm工艺的FPGA会具有更高的性能,相应地也会需要更加高性能的电源与之匹配。而且14nm的 FPGA对电源的要求更加苛刻,对电源精度的要求更高,如果电压范围超过了规范的要求,就有可能会使FPGA失效,甚至可能会烧坏。

自2000年以来,无线移动行业一直是SOC的先驱。负责应用处理器SoC的设计团队:TI的OMAP、高通、三星、苹果等,已经在系统级手机上实施了电源管理策略。电源管理技术非常复杂,以至于他们很快意识到在内部电源管理IC或PMIC之上需要外部器件。这里的各种解决方案将在SoC内部实施,不需要PMIC,因为目标是保持成本与使用PMIC之前相同或更低的水平。

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