ADI:工業(yè)級(jí)芯片如何錘煉
談及自家產(chǎn)品時(shí),趙軼苗眼神發(fā)亮,他會(huì)如數(shù)家珍地談到每一個(gè)產(chǎn)品系列的特色?!癆DI最新推出的SAR型ADC,分辨率可以做到32位(約42.9億分之一);我們有適用于地震波檢測(cè)的10MHz采樣率、18位分辨率的ADC;ADI還有超高速ADC,12位分辨率時(shí)帶寬可以做到10GHz,在高端測(cè)試儀器與數(shù)字示波器中得到廣泛應(yīng)用?!痹诒粏?wèn)到ADI公司(亞德諾半導(dǎo)體)的模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC/DAC)為何能獨(dú)步天下時(shí),趙軼苗舉例道,“不管是高精度、高速,還是高精度與高速相結(jié)合的產(chǎn)品,ADI都把ADC產(chǎn)品做到了行業(yè)內(nèi)最好的水平?!?

ADI公司系統(tǒng)解決方案事業(yè)部總經(jīng)理趙軼苗
在2019國(guó)際智能制造生態(tài)鏈峰會(huì)上演講
作為ADI公司成立50周年(2015年)納斯達(dá)克敲鐘儀式上的50名代表之一,趙軼苗曾經(jīng)負(fù)責(zé)ADI中國(guó)研發(fā)中心,從2006年到2016年,ADI中國(guó)研發(fā)團(tuán)隊(duì)共完整開發(fā)了50多款產(chǎn)品,其中有6款獲得ADI年度產(chǎn)品設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。而且,ADI中國(guó)研發(fā)中心連續(xù)四年在有著“芯片設(shè)計(jì)奧運(yùn)會(huì)”之稱的國(guó)際固態(tài)電路峰會(huì)(ISSCC)上發(fā)表論文,這是大陸唯一以企業(yè)形式能夠連續(xù)發(fā)表ISSCC論文的單位?!斑@些論文全部由中國(guó)籍員工獨(dú)立完成,”趙軼苗表示,ADI在模擬領(lǐng)域取得的成績(jī),離不開創(chuàng)新與積累,“ADI非常鼓勵(lì)創(chuàng)新,重視在做產(chǎn)品中激發(fā)工程師的創(chuàng)新能力,創(chuàng)新是ADI工程師文化的重要組成部分,而且ADI公司非常有積累,過(guò)去50年一直深耕模擬芯片領(lǐng)域,我們現(xiàn)在能取得大量的創(chuàng)新,得益于站在巨人的肩膀上?!?
增長(zhǎng)率“時(shí)差”
模擬芯片應(yīng)用需求千差萬(wàn)別,尤其是工業(yè)級(jí)應(yīng)用,不同場(chǎng)景需求通常需要相應(yīng)的芯片來(lái)對(duì)應(yīng),因此衡量能否進(jìn)入主流模擬芯片廠商門檻的標(biāo)準(zhǔn)之一就是看其產(chǎn)品線覆蓋率,這是公司底蘊(yùn)與積累的體現(xiàn)。以ADI為例,現(xiàn)有4.5萬(wàn)種產(chǎn)品,從傳感、測(cè)量、連接,到數(shù)據(jù)分析處理與系統(tǒng)安全,ADI有完整的工業(yè)級(jí)系統(tǒng)解決方案,而且全部強(qiáng)調(diào)高性能、高可靠性與高安全性,并不主打性價(jià)比。
不過(guò),即便能夠覆蓋工業(yè)領(lǐng)域全場(chǎng)景需求,但在進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的早期,ADI的發(fā)展速度反而沒(méi)有現(xiàn)在快。“在中國(guó)GDP兩位數(shù)增長(zhǎng)的時(shí)代,ADI在中國(guó)市場(chǎng)的增長(zhǎng)只有約8%”趙軼苗告訴探索科技(TechSugar), “這幾年全國(guó)GDP增長(zhǎng)只有個(gè)位數(shù)了,ADI在中國(guó)市場(chǎng)的銷售額卻連年達(dá)到兩位數(shù),甚至出現(xiàn)過(guò)20%以上的增長(zhǎng)。原因之一就是制造業(yè)在向高端升級(jí),需要相應(yīng)的技術(shù)配套來(lái)做支撐,這時(shí)候ADI的優(yōu)勢(shì)就能體現(xiàn)出來(lái)?!痹谔剿骺萍迹═echSugar)看來(lái),中國(guó)過(guò)去粗放式經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)時(shí)代,無(wú)論是通訊業(yè)還是制造業(yè),投入到高端市場(chǎng)的資源按絕對(duì)值算非常少,近年來(lái)狀況已經(jīng)發(fā)生了巨大變化,所以ADI真正迎來(lái)了屬于自己的中國(guó)機(jī)會(huì)。
這個(gè)增長(zhǎng)率“時(shí)差”真實(shí)反應(yīng)了中國(guó)制造業(yè)從求數(shù)量到求質(zhì)量的變化。以中國(guó)電子信息制造業(yè)為例,根據(jù)工信部的相關(guān)統(tǒng)計(jì),2000年時(shí)我國(guó)電子信息制造業(yè)營(yíng)業(yè)收入已達(dá)13萬(wàn)億元以上,僅以規(guī)模而言,已經(jīng)是全球第一。2017年,我國(guó)手機(jī)、計(jì)算機(jī)、彩電等主要產(chǎn)品產(chǎn)量分別達(dá)19億部、3.07億臺(tái)、1.72億臺(tái),手機(jī)、計(jì)算機(jī)、彩電產(chǎn)量分別占全球總產(chǎn)量的90%、90%和70%以上;光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)生產(chǎn)規(guī)模已連續(xù)多年全球占比超過(guò)50%,穩(wěn)居全球首位;中國(guó)大陸企業(yè)顯示面板出貨面積達(dá)6900萬(wàn)平方米,位居全球第一。
追求規(guī)模已經(jīng)不能讓中國(guó)制造業(yè)再上臺(tái)階,只有轉(zhuǎn)變發(fā)展模式,改造傳統(tǒng)生產(chǎn)方式,增加在高端制造業(yè)上的投入,果斷擁抱工業(yè)4.0時(shí)代機(jī)遇,才能讓中國(guó)制造業(yè)突破當(dāng)前瓶頸。如趙軼苗在2019國(guó)際智能制造生態(tài)鏈峰會(huì)上演講時(shí)所指出:工業(yè)4.0將會(huì)引入更多的傳感器與設(shè)備,更多的數(shù)據(jù)從物理網(wǎng)絡(luò)并入到云系統(tǒng),通過(guò)強(qiáng)大的分析處理能力與人工智能算法,制造業(yè)生態(tài)鏈廠商將實(shí)現(xiàn)多維度處理數(shù)據(jù)能力,讓生產(chǎn)效率得到指數(shù)級(jí)提升,并且生產(chǎn)系統(tǒng)更靈活、更安全。
對(duì)于中國(guó)市場(chǎng)需求的變化,趙軼苗體會(huì)頗深。在接受探索科技(TechSugar)專訪時(shí),趙軼苗舉了幾個(gè)例子,他表示,中國(guó)制造業(yè)在新興產(chǎn)業(yè)跟進(jìn)上速度非???,與世界先進(jìn)水平差距不大。比如鋰電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,就帶動(dòng)了鋰電池生產(chǎn)測(cè)試的需求,目前中國(guó)廠商在鋰電測(cè)試上走在了前列。ADI針對(duì)鋰電測(cè)試推出的AD8452系列產(chǎn)品,即為鋰電生產(chǎn)測(cè)試而開發(fā)的定制芯片,滿足國(guó)內(nèi)鋰電池廠商對(duì)更高精度、更高集成度與更高可靠性的需求。面板產(chǎn)業(yè)也與之類似,由于國(guó)內(nèi)面板產(chǎn)業(yè)的快速推進(jìn),ADI在屏幕生產(chǎn)測(cè)試領(lǐng)域的解決方案越來(lái)越受到歡迎。
事實(shí)上,不只中國(guó)有產(chǎn)業(yè)升級(jí)需求,伴隨消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)陷入停滯,在沒(méi)有新突破之前,全球科技巨頭紛紛將希望寄托在企業(yè)級(jí)市場(chǎng),產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提法日趨火熱,作為產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最有潛力的方向之一,業(yè)內(nèi)人士對(duì)工業(yè)4.0或者工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前景均有共識(shí)。
工業(yè)市場(chǎng)的機(jī)會(huì)
但實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的路徑尚不清晰,產(chǎn)業(yè)發(fā)展時(shí)間表還未明確,如何評(píng)估在智能制造上的投入產(chǎn)出比也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn),要真正讓工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮效應(yīng),業(yè)界還有很多工作要完成。
要發(fā)揮工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)效應(yīng),首先要完成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),而談芯片級(jí)的工業(yè)應(yīng)用,ADI公司最合適不過(guò)。這家全球模擬芯片領(lǐng)導(dǎo)廠商2018年62億美元營(yíng)收中,約8.5成業(yè)務(wù)都是面向企業(yè)級(jí)市場(chǎng),其中工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)占比近半(2019年一季度工業(yè)市場(chǎng)營(yíng)收占比為47%)。
在2019國(guó)際智能制造生態(tài)鏈峰會(huì)演講時(shí),趙軼苗總結(jié)了五個(gè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的工業(yè)市場(chǎng)機(jī)會(huì),分別是軟件可配置系統(tǒng)、云端連接、機(jī)器健康監(jiān)測(cè)與管理、系統(tǒng)安全,以及機(jī)器人。
具體來(lái)看,軟件可配置是實(shí)現(xiàn)柔性制造的基礎(chǔ)。工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)需要大量的輸入輸出(IO)接口,傳統(tǒng)方式采用固定模式接口,模擬輸出口只能用作模擬輸出功能,數(shù)字輸入口只能做數(shù)字輸入功能,這種處理初始成本最低,運(yùn)營(yíng)維護(hù)也相對(duì)簡(jiǎn)單,但若生產(chǎn)計(jì)劃變化(比如一條馬達(dá)生產(chǎn)線,市場(chǎng)需求改變需要生產(chǎn)與之前產(chǎn)品有較大區(qū)別的另一種馬達(dá)),則不易改變,重新布置成本高、風(fēng)險(xiǎn)大,甚至要推到重來(lái)。如今越來(lái)越多的行業(yè)更新?lián)Q代周期縮短,也就引發(fā)了對(duì)IO接口軟件可配置的需求,利用ADI的SoftwareIO產(chǎn)品,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)輸入輸出接口的軟件可配置,任何一個(gè)IO口都可以配置成模擬或數(shù)字模式的輸入或輸出口,這樣系統(tǒng)工作狀態(tài)切換只需要在軟件層面進(jìn)行配置,可以迅速響應(yīng)市場(chǎng)需求變化,減少設(shè)備重復(fù)投入,實(shí)現(xiàn)更高的投資回報(bào)比。
而云端連接是實(shí)現(xiàn)智能制造根本技術(shù)支撐,只有聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,才有可能實(shí)現(xiàn)智能分析與控制。但工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)眾多,型號(hào)復(fù)雜,新老設(shè)備或不同連接標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)經(jīng)常遇到困難,工業(yè)系統(tǒng)之間的兼容性并不好。ADI針對(duì)工業(yè)互聯(lián)的解決方案是Fido,F(xiàn)ido系列產(chǎn)品通過(guò)一顆芯片可以支持不同的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)不同架構(gòu)之間設(shè)備的連接,該系列產(chǎn)品也將支持下一代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。Fido支持100Mbps的時(shí)間敏感性網(wǎng)絡(luò)(TSN),并計(jì)劃開發(fā)1Gbps的TSN技術(shù),以滿足工業(yè)應(yīng)用中大數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景下的實(shí)時(shí)性需求。
機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與傳感器技術(shù)密不可分,利用傳感器收集到的數(shù)據(jù),機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)(CBM)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控與分析,從而讓制造商更加有效地運(yùn)營(yíng)管理生產(chǎn)線,減少停機(jī)次數(shù),提高生產(chǎn)效率。趙軼苗表示,作為MEMS技術(shù)的發(fā)明者,ADI的工業(yè)級(jí)MEMS產(chǎn)品性能非常出色,對(duì)低速或直流信號(hào)的響應(yīng)速度和能力極其突出,抗震能力很強(qiáng),體積又小,零漂、噪聲以及線性度都是行業(yè)內(nèi)標(biāo)桿,為簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度,ADI尤其強(qiáng)調(diào)模塊化設(shè)計(jì),方便用戶快速開發(fā)。
工業(yè)領(lǐng)域的安全則有多重含義。生產(chǎn)安全離不開隔離技術(shù),工業(yè)中有大量高壓場(chǎng)景,需要采用隔離技術(shù)為工作人員創(chuàng)造安全操控空間,而隨著工業(yè)總線速度需求提升,對(duì)安全技術(shù)也提出了更高要求,在慕尼黑上海電子展上,ADI展出了1.1Gbps的HDMI視頻隔離傳輸方案。趙軼苗還強(qiáng)調(diào),除了功能安全,數(shù)據(jù)安全也越來(lái)越受到重視,ADI正在開發(fā)防克隆的基于芯片物理層的數(shù)字認(rèn)證技術(shù),期望通過(guò)基于硬件的數(shù)字認(rèn)證技術(shù)與軟件加密技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)一條基于硬件認(rèn)證的數(shù)字信任鏈,從而保障工業(yè)數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理的安全。
機(jī)器人本身就是一個(gè)完整系統(tǒng),因此可以用上幾乎所有的ADI核心工業(yè)技術(shù),包括傳感、電源、連接、信號(hào)處理及安全技術(shù),ADI也針對(duì)機(jī)器人應(yīng)用推出了很多定制產(chǎn)品,例如超小尺寸雙通道同步SAR型ADC系統(tǒng)AD7380,面積只有9平方毫米(3毫米x3毫米),精度達(dá)到16位?!霸絹?lái)越多的高機(jī)械手臂,特變是關(guān)節(jié)環(huán)節(jié),需要非常小提及的模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)高精密控制,”趙軼苗解讀這款產(chǎn)品的開發(fā)背景,“利用AD7380,客戶可以把以前難以實(shí)現(xiàn)的機(jī)器人關(guān)節(jié)精細(xì)動(dòng)作控制做出來(lái)。”
隨著工業(yè)應(yīng)用日趨復(fù)雜,智能制造生態(tài)鏈上的廠商能否提供系統(tǒng)級(jí)解決方案就顯得尤為重要。以ADI公司為例,工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)以解決方案來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行劃分,用客戶更容易理解的方式來(lái)提供技術(shù)支持,“我們會(huì)更關(guān)注差異化的系統(tǒng)級(jí)解決方案,滿足工業(yè)客戶的具體要求,讓芯片的價(jià)值在系統(tǒng)中體現(xiàn),給客戶提供更完整、更快速、更可靠和高性能的方案。” 現(xiàn)任ADI公司系統(tǒng)解決方案事業(yè)部總經(jīng)理的趙軼苗表示,芯片公司向系統(tǒng)方案提供商角色轉(zhuǎn)變已經(jīng)成為行業(yè)趨勢(shì)。
如何錘煉中國(guó)的工業(yè)級(jí)模擬芯片
談及工業(yè)應(yīng)用時(shí),趙軼苗提到最多的詞是可靠與安全,這些指標(biāo)的高低就是工業(yè)級(jí)產(chǎn)品與消費(fèi)類產(chǎn)品的關(guān)鍵區(qū)別。以工業(yè)以太網(wǎng)為例,相比消費(fèi)級(jí)的高速率,目前業(yè)內(nèi)支持TSN的工業(yè)以太網(wǎng)最高速率不過(guò)100Mbps。趙軼苗告訴探索科技(TechSugar),在真正的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,用戶非常注重技術(shù)的成熟性,當(dāng)可靠性與吞吐量出現(xiàn)沖突時(shí),工業(yè)用戶會(huì)優(yōu)選可靠性。
芯片數(shù)據(jù)速率提高,往往意味著系統(tǒng)設(shè)計(jì)冗余減小,出錯(cuò)幾率提升,對(duì)于工業(yè)應(yīng)用而言,這就需要供應(yīng)商先把技術(shù)上可能的“坑”排除以后,客戶才會(huì)考慮上馬新技術(shù)?!跋M(fèi)級(jí)網(wǎng)絡(luò)1Gbps一點(diǎn)也不稀奇,但應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域就要面臨很大挑戰(zhàn),工業(yè)應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率及安全性要求極高,打電話掉個(gè)線問(wèn)題不大,但如果是工業(yè)控制的信號(hào)傳錯(cuò)了,很可能就是安全事故,”趙軼苗解釋道,“工業(yè)級(jí)產(chǎn)品需要花大量的時(shí)間把可靠性與安全性做好,一代產(chǎn)品的可靠性與安全性本身就是以時(shí)間為代價(jià),反復(fù)驗(yàn)證、實(shí)踐、迭代而實(shí)現(xiàn)的,ADI的工業(yè)產(chǎn)品確實(shí)歷經(jīng)千錘百煉,然后我們才敢拿到工業(yè)客戶去推廣。這樣的技術(shù)發(fā)展節(jié)奏,就是工業(yè)市場(chǎng)的特點(diǎn)。”
在邁向工業(yè)4.0過(guò)程中,中國(guó)也不應(yīng)缺少自產(chǎn)的工業(yè)級(jí)模擬芯片,但現(xiàn)階段來(lái)看,我國(guó)模擬芯片公司在工業(yè)領(lǐng)域差距還比較大。趙軼苗認(rèn)為,中國(guó)的模擬芯片公司要進(jìn)入工業(yè)級(jí)市場(chǎng),最重要的是耐心?!按蠖鄶?shù)中國(guó)半導(dǎo)體公司可以實(shí)現(xiàn)具體的功能,也能達(dá)到一定的性能,但工業(yè)級(jí)產(chǎn)品需要全方位的高性能、高可靠性與高安全性,這些要求,只有通過(guò)經(jīng)驗(yàn)累積、反復(fù)迭代才能實(shí)現(xiàn)?!?
對(duì)于投資模擬芯片的資本而言,也是耐心更重要。投入的資金滿足工業(yè)級(jí)芯片開發(fā)必要需求后,再單純靠增加投入并不能加速其開發(fā)節(jié)奏,只有深入理解工業(yè)級(jí)模擬芯片投資邏輯,尊重工業(yè)級(jí)模擬芯片開發(fā)的客觀規(guī)律,能夠容忍5年甚至更長(zhǎng)時(shí)間的回報(bào)期,再考慮投資工業(yè)級(jí)模擬芯片才比較合適。
探索科技(TechSugar)首席分析師王樹一也認(rèn)為,在工業(yè)應(yīng)用等企業(yè)級(jí)市場(chǎng),廠商試錯(cuò)成本極其高昂,以想走捷徑試圖“彎道超車”的思維來(lái)做工業(yè)市場(chǎng),最終往往得不償失。真想在這個(gè)市場(chǎng)有所成就,就要認(rèn)真考慮趙軼苗給出的建議:不要只考慮模仿,要在創(chuàng)新上下功夫,工業(yè)級(jí)模擬芯片技術(shù)最需要磨練,有足夠的耐心,方能把一個(gè)好產(chǎn)品錘煉出來(lái)。