无线芯片在高集成化中寻找机遇与困惑

摘要：本文从多个角度介绍了在无线芯片日益高集成化的趋势下，各种无线技术集成在一起带来的市场发展新机遇以及遇到的具体问题，力求从多个公司的角度探讨无线芯片未来发展的主要方向。
关键词：无线芯片；功能集成；Wi-Fi；蓝牙；

　　连接性是未来电子产品最值得期待的特性，几乎所有的电子产品消费者都希望能够通过无线连接与其他设备进行互动，因此，未来每个电子产品都有一个射频收发模块将成为无线芯片最主要的市场推动力，在这样庞大的市场机遇面前，并不是每个公司都可以分一杯羹，随着无线技术的成熟，无线市场的竞争远比以前更为激烈和复杂。

集成化趋势

　　无线半导体市场在早期以手机半导体为主，基带是最早无线芯片的核心，TI正是以此奠定多年无线半导体老大的地位，随着基带技术的成熟和普及，NXP、Skyworks、ADI和MTK等公司的产品与TI在质量上不相上下，基带市场逐渐饱和并形成均势的格局，而随着无线网络和无线连接技术的普及，其他无线标准芯片逐渐成为无线市场的主力，并且催生了一系列新兴无线半导体厂商。

　　目前，无线半导体的主要应用领域是便携消费产品（手机依然是其中最主要的载体），这就注定要持续面临低功耗和低成本要求，与此同时，不同的接入标准也逐渐吸引消费者，因此将不同的标准引入到单一设备，特别是手机中，就成为未来无线半导体技术发展的主要方向，并由此开始了高集成化在无线半导体技术中的关键角色。

图1　无线连接成为便携设备新需要

　　博通（Broadcomm）公司是倡导无线芯片高集成化的主力军之一，作为一家以通信技术起家的Fabless公司，博通公司大中华区总经理梁宜认为，未来无线市场将是以高集成度取胜的领域，对于博通来说，意味着需要将多种无线技术集成在一颗芯片上，并且在每个技术上都需要保持技术优势才能取得竞争的胜利，因此企业在集成化技术上的实力和全面技术发展优势将是未来无线半导体企业发展的核心竞争力。如果按博通公司的业务划分，无线和手机应用已经占据公司1/3以上的市场份额，梁宜认为，博通产品在市场上取胜的关键之一就是博通一直在IC设计的集成度上优势明显。

　　博通公司认为无线半导体未来一个重要的需求是Mobile与Wireless技术的整合，特别是将Wi-Fi、Bluetooth、GPS、FM等多种无线技术整合到尽可能少的芯片中，为单一设备提供多种连接方式将广受市场的欢迎。由于多种无线技术工作在相近的频段，并且射频电路有许多相似之处，这就为集成提供了更多的可能性。与博通持相同观点的还包括另外两家领先的无线半导体厂商，CSR和Atheros。

　　Atheros公司是以标准CMOS工艺设计无线射频芯片为主，并且在高性能和低功耗结合角度取得很大成功。该公司GPS业务拓展总监 James Horng肯定地认为，未来通信半导体产品如果不能做成单芯片，将缺乏足够的成本竞争力，在未来五年内，Bluetooth+Wi-Fi+GPS将成为绝大多数可连接无线设备的标准配置，至少从封装成本来看，单芯片与多芯片相比就有了足够的成本优势，更何况还能降低功耗、缩减体积。

　　依靠蓝牙技术上的优势发展起来的CSR公司则在应用角度更为贴近市场需求，该公司中国区总经理吴松如将无线集成技术的范围延伸到更多技术，他认为NFC（近距离通信）和FM调频收发技术同样将会在未来的个人电子设备中与其他无线技术集成到一起。随着智能交通的发展，个人NFC特别是无源NFC技术将会在便携电子产品（比如手机）中获得广阔的应用前景，毫无疑问，如果能将NFC和其他无线技术融合在一起，将是个极有竞争力的产品。

　　虽然在市场上，这几家公司彼此存在许多竞争领域，但对于无线技术相近的看法正是几家公司取得成功的原因之一。博通最初主攻网络通信，CSR则是蓝牙起家，Wi-Fi是Atheros成功的基础，三家公司在技术上各有擅长，不过都强调出色的射频设计是决定产品性能的关键。随着无线技术的发展，三家公司已经步调一致地将未来维系在Bluetooth+Wi-Fi+GPS为基础的无线半导体单芯片集成产品领域。另一个相同的地方是，三家公司都认为GPS技术若要取得大范围应用，未来必须将芯片成本降低到1美元以下。

面临的问题

　　集成化作为未来无线半导体的趋势，意味着要将更多的无线技术集成到同一颗芯片中，这不仅对IC设计能力提出挑战，同时面临很多其他的问题。

　　博通公司的梁宜认为，无线技术的集成面临最大的问题并不是如何把这些电路集成到一颗芯片上，而是在于集成之后如何工作，这其中抗干扰能力是面临的最大挑战。特别是在集成度不断增加之后，确保不同标准技术在工作时的相对独立和减少其他技术对其的干扰就成为一个亟待解决的问题。如果不能有效解决不同电路之间的干扰问题，那么集成就失去了应有的意义。

　　CSR公司的吴松如谈到这个问题时认为，集成之后的一个重点问题是射频和天线，特别是不同无线技术虽然射频端电路有很多相似的地方，但在天线部分还存在很多不同，比如蓝牙技术的天线短但是要求功率较大，而FM技术的天线则要求环形长天线，这就造成即使芯片可以集成多功能但天线将成为未来设计的制约因素。

　　Atheros公司的Horng则把无线集成技术未来的瓶颈定位在射频设计上，随着集成度的提高和制程的进步，无线半导体留给模拟部分的面积越来越紧凑，65nm工艺对射频设计而言并没有什么优势，因为数字技术可以轻易缩小，模拟部分则面临很多困难，这也是65nm射频产品效率不高的主要问题。

　　除了这些技术上亟待解决的问题之外，无线半导体的集成还面临许多应用上的困惑。博通公司梁宜就明确指出，无线半导体虽然集成是大趋势，但如何规划集成技术的产品路线图有很大的学问，必须充分考虑到市场的需求和实际设计特别是产品设计的定位，否则，一味追求高集成度而融合更多无线技术可能适得其反。

图2　多功能产品对无线连接的需求

　　诚然，在单芯片中集成更多的无线技术可以降低总体成本，但集成技术越多意味着设计面临的挑战越大，其成本比少集成一两种技术还是要高一点的，因此集成也需要满足成本和功能之间的平衡。另外，由于集成之后面临着共用射频电路的问题，因此集成在一颗芯片上的多种无线技术必然不能同时应用，这就促使经常或者偶尔需要同时开启的业务必须尽可能保持在不同的芯片之上；而且还必须解决多种技术同时应用的干扰问题，这要求在芯片设计时必须合理考虑不同标准之间的抗干扰条件的不同。上述这些问题意味着，即使集成更多无线技术是未来无线芯片发展的最主要趋势，但集成不是简单地将无限多的技术统统扔进一颗芯片，依然要在性能、成本和功耗等前提下实现有效地多种标准集成。