揭秘方案背后:超越摩尔定律的SiP

NB-IoT模组芯片化的演进过程并不是一蹴而就的。从芯片技术演进角度讲,NB-IoT行业的芯片/模组厂商更像是“站在巨人的肩膀上”受到启发,弥补了NB-IoT行业多年的空白。

众所周知,电子产品在过去几十年的发展过程中都以摩尔定律为“圣经”,这使得相关产品的性能在此期间获得了最大保障。但是,随着芯片承载的物理空间逼近极限,摩尔定律也只能随着时间推移而失效。

业界为在芯片层面继续探索小型化和微型化系统,提出了SoC片上集成和SiP芯片级封装两种思路,前者是摩尔定律的延续,已经被证实发展前景困难重重,后者是超越摩尔定律的尝试,在摩尔定律逐渐失效以及PCB板技术演进长期停滞的状态下,为对设计空间、产品体积、成本等要求严格的物联网行业拓展了更大空间。

根据国际半导体路线组织(ITRS)对SiP的定义:SiP为将多个具有不同功能的有源电子器件和可选无源电子元件,以及诸多如MEMS或光学器件等其他器件优先组装到一起,实现一定功能的单个标准封装件,进而形成一个系统或子系统。

从思路上来看,SoC从设计的角度出发,而SiP则是从封装的角度出发。从架构上来看,SiP将不同功能的芯片集成在一个封装内,不同功能的芯片、不同材质的芯片都可以按照并排或叠加的方式,也就是2D SiP或3D SiP的方式封装。对于物联网下游终端客户而言,除了已经提及的小体积降低PCB板用量、更低成本、更高更可靠的性能等优势之外,SiP技术减少了芯片的重复封装,降低了布局与排线难度,也进一步缩短了物联网产品的研发周期,有助于行业用户研发的产品更快实现商业化落地。

当然,NB-IoT行业逐渐应用SiP技术并非摸着石头过河,早在消费端电子产品中SiP就已经进行了大量的实践和验证。苹果就是SiP技术的坚定拥护者,比如iPhone7 Plus中就采用了约15处不同类型的SiP封装技术,以便在智能手机功能不断丰富以及高性能的过程中仍保持其轻薄化。并且,不局限于消费端,物联网行业对SiP技术的使用也由来已久。

相比NB-IoT领域,不少企业在Lora相关的产品研发中早已采用了SiP技术,并验证了它潜在的价值。众所周知,从目前Lora芯片的供应链来看,早已摆脱了以往单一供应商,转为多供应商的格局。主导LoRa技术的Semtech公司不仅销售LoRa芯片,同时也向获得授权的合作伙伴同时直接销售LoRa晶圆(不带封装)。比如台湾群登科技、ASR、深圳国民技术等公司,都可以通过SiP技术把MCU和其他芯片与LoRa一起封装,自行销售SiP芯片。而这样做的优势显而易见,LoRa上演了百家争鸣的繁荣格局,并避免了现阶段国际环境下对于供应链的担忧。

对于已经到来的5G时代,SiP技术的重要还将日益凸显,因为5G时代电子产品将集成更多的电子元器件,包括毫米波的应用、多网络通信制式的兼容等,对于芯片封装技术的要求只会更高。

价值凸显:更适应物联网行业的方案

当然,NB-IoT行业芯片及模组厂商应用SiP技术不仅是行业内部动力使然,作为NB-IoT产业链的上游供应方,向行业展示其垂直行业解决方案全栈能力也有外部环境的驱动。不同于数十年发展而来的消费电子领域,几乎由上游主导,上游供应链提供什么,下游就只能使用什么,然后再基于各自理解做差异化扩展。而物联网领域本身就是极具碎片化、差异化,不再由技术驱动,转而向需求驱动转变。

在这种商业思维的转变下,近几年行业中也出现了不同以往的理解,以往感觉高高在上的芯片、模组企业都在不断下沉,贴近垂直行业,做更加精细化的分工,提供差异化的解决方案。向上是芯片及模组厂商主动求变,推动技术革新;向下则是深入垂直行业获取行业Konw-How,形成更紧密的供应链体系。

模组芯片化就是更适应物联网发展的一条可行之径。以往,上游芯片厂商开发多功能集成、多部件植入的通用模组,由下游模组厂商做扩展并圈定适用范围,对于终端侧用户而言并无太多主动权与发言权,行业用户甚至无法对商业模式进行主导。现在,通过模组厂商客制化能力,由行业用户需求入手为其提供个性化的系统集成,配合行业软件、AI应用支撑等,更需要把行业发展的主动权交还给行业用户自己。

简单来说,NB-IoT与Cat．1一定有差异化的应用场景需求,而即使是同为NB-IoT应用,其需求也是千差万别。比如典型的NB-IoT水表与燃气表,它们在数据类型、数据颗粒度、功耗等方面根据自身需求也有不同的要求。相比传统通用模组,进行模组芯片化定制开发的模组不仅能在形态、成本以及性能上满足用户,更可以根据不同类型的业务场景提供精细化服务,打造属于行业简单、易用、智慧的商业化方案。

小结

随着物联网应用规模落地,越来越多物联网智能终端需要更加极致的设计和多功能的整合,通过SiP技术达到模组芯片化将会日益受到关注。同时,上游厂商不断下沉行业已成为既定的事实,进而更加务实的转向行业发展,以需求驱动,以定制化为主,才是突破物联网行业碎片化、差异化瓶颈的必经之路。