電源管理芯片市場(chǎng)穩(wěn)中有升 技術(shù)突破不應(yīng)忽視成本因素

    隨著節(jié)能成為當(dāng)今世界的重大課題，電源管理也越來(lái)越受重視，技術(shù)水平的提升正不斷優(yōu)化系統(tǒng)的能效。但是，在“高集成度”、“數(shù)字化”等概念面前，企業(yè)更關(guān)注的還是市場(chǎng)和成本等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。 
 

    電源管理芯片曾被形容為半導(dǎo)體行業(yè)的灰姑娘，這表明電源管理芯片長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是半導(dǎo)體業(yè)界一個(gè)不起眼的配角。然而，與數(shù)字電路市場(chǎng)的大起大落不同，電源管理芯片保持著長(zhǎng)期、穩(wěn)定的增長(zhǎng)勢(shì)頭。Databeans公司的市場(chǎng)調(diào)查結(jié)果顯示，2007年電源管理芯片全球銷(xiāo)售額超過(guò)80億美元，預(yù)計(jì)今年的增長(zhǎng)可達(dá)7%。隨著原油價(jià)格的不斷上升，節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用無(wú)疑是給灰姑娘穿上了紅舞鞋，電源管理應(yīng)用正邁步走向半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的前臺(tái)。

    技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)能效提高

    節(jié)能是當(dāng)今電子制造的主旋律，各種電源管理芯片在這一領(lǐng)域正發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。很多國(guó)家利用行政手段甚至立法鼓勵(lì)生產(chǎn)廠家在其產(chǎn)品中運(yùn)用節(jié)能技術(shù)。

    一提到節(jié)能，人們往往首先想到機(jī)器轟鳴的大型工廠。其實(shí)，信息技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的能耗在全球范圍內(nèi)也是非常驚人的。對(duì)此，凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Tong Armstrong在接受采訪時(shí)做了形象的說(shuō)明：“以分發(fā)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的YouTube視頻并保持經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的服務(wù)器功耗為例，在2000年至2005年間，其用電量翻了一番，到2010年有可能再上升75%。在2005年，為了使諸如Google、Microsoft和Yahoo等因特網(wǎng)巨頭所擁有的世界數(shù)據(jù)中心保持在線狀態(tài)，其耗電量相當(dāng)于14家10億瓦電廠的總發(fā)電量。僅美國(guó)的服務(wù)器群所消耗的電力就需要5家上述巨型發(fā)電廠晝夜不停地運(yùn)轉(zhuǎn)。2005年，美國(guó)服務(wù)器群的耗電量達(dá)到了美國(guó)當(dāng)年總發(fā)電量的1.2%。這部分能耗的公用事業(yè)費(fèi)為27億美元。可見(jiàn)，單就美國(guó)的服務(wù)器群而言，能耗在此水平下降1%將意味著每年可以節(jié)省2700萬(wàn)美元！”

    飛兆半導(dǎo)體公司技術(shù)及應(yīng)用支持中心亞太區(qū)副總裁王瑞興也表示：“提高能效是半導(dǎo)體市場(chǎng)的主要發(fā)展趨勢(shì)。燃油供應(yīng)的不斷緊縮，加上全球各地強(qiáng)制廣泛采用的相關(guān)能效標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)出臺(tái)，都推動(dòng)著低功耗節(jié)能新技術(shù)需求的持續(xù)增長(zhǎng)。電源管理IC將繼續(xù)采用創(chuàng)新的節(jié)能方法，應(yīng)對(duì)這些重大的能效挑戰(zhàn)，從而提高能源效率和空間效率。”他還指出，棄用單相AC/DC電機(jī)而改用可變速電機(jī)，能夠節(jié)省高達(dá)40%的能量，而把感應(yīng)電機(jī)改為永磁電機(jī)，可提高效率達(dá)5%。可見(jiàn)，電源管理對(duì)節(jié)能的貢獻(xiàn)是建立在技術(shù)不斷突破的基礎(chǔ)之上的。

    電源管理芯片慎言集成

    盡管電源管理技術(shù)并不遵從“摩爾定律”，但半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展對(duì)電源管理芯片同樣有著深遠(yuǎn)的影響。隨著SoC的集成度不斷提高，很多產(chǎn)品處理器內(nèi)部集成了電源管理功能，這樣系統(tǒng)廠商就可以不必在外圍搭配相應(yīng)的電源管理芯片。因此，有業(yè)界人士擔(dān)心，如果越來(lái)越多的電源管理功能都集成到處理器內(nèi)，單獨(dú)的電源管理芯片市場(chǎng)空間可能會(huì)被壓縮。

    北京思旺電子技術(shù)有限公司總裁裴石燕告訴我們，這樣的擔(dān)憂至少在5年前就有了，但市場(chǎng)的發(fā)展似乎正在走向相反的方向。最近，有幾家設(shè)計(jì)MP4和數(shù)碼相機(jī)主芯片的公司甚至正考慮將主芯片中的電源管理功能分離出來(lái)，他們希望電源管理芯片設(shè)計(jì)公司能提供配合其主芯片工作的電源管理解決方案。

    “他們做出這樣的選擇，理由其實(shí)很簡(jiǎn)單。這些公司要在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于領(lǐng)先地位，就必須以盡可能快的速度提供功能盡可能完備的產(chǎn)品。”裴石燕解釋道，“此外，他們的產(chǎn)品還面臨著節(jié)能的壓力，這就要求針對(duì)芯片的不同部分提供不同的電壓，因此需要花費(fèi)額外的時(shí)間去為芯片設(shè)計(jì)電源管理功能。然而關(guān)于電源管理的這一部分設(shè)計(jì)工作并沒(méi)有使芯片的整體功能得到擴(kuò)展，因此通常得不到終端用戶的認(rèn)可。這就是這些設(shè)計(jì)公司樂(lè)于把主芯片中的電源管理功能逐漸分離出來(lái)的原因。”

    盡管如此，業(yè)界專(zhuān)家還是認(rèn)為，單芯片方案在便攜式電子產(chǎn)品領(lǐng)域仍然是發(fā)展方向，而集成多個(gè)電源管理器件的電源管理單元(PMU)也將加速發(fā)展。

    數(shù)字電源管理尚未成熟

    在與數(shù)字電路的競(jìng)爭(zhēng)中，模擬電路在通信、網(wǎng)絡(luò)和智能家電等領(lǐng)域的勢(shì)力范圍都紛紛失守，唯有電源管理陣地還巋然不動(dòng)。

    然而，近年來(lái)數(shù)字電源芯片產(chǎn)品也開(kāi)始受到業(yè)界關(guān)注。有專(zhuān)家指出：在簡(jiǎn)單易用、參數(shù)變更要求不多的應(yīng)用場(chǎng)合，模擬電源產(chǎn)品可能更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠鋺?yīng)用的針對(duì)性可以通過(guò)硬件固化來(lái)實(shí)現(xiàn)；而在可控因素較多、實(shí)時(shí)反應(yīng)速度更快、需要多個(gè)模擬系統(tǒng)電源管理的、復(fù)雜的高性能系統(tǒng)應(yīng)用中，數(shù)字電源則具有更大的優(yōu)勢(shì)。

    但是，數(shù)字電源要得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用還存在許多障礙，并且在可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)仍難有大的突破。杭州士蘭微電子股份有限公司研究所副所長(zhǎng)吳建興在接受采訪時(shí)表示：“從模擬控制轉(zhuǎn)到數(shù)字控制將面臨很多挑戰(zhàn)。比如響應(yīng)速度或帶寬，數(shù)字控制電路是一個(gè)采樣系統(tǒng)，涉及CPU和ADC的延時(shí)等問(wèn)題，而模擬控制的反應(yīng)是瞬時(shí)的；又比如加工工藝，數(shù)字電源中大量的數(shù)字電路迫使利用小尺寸的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝以降低成本，而模擬電路在這些工藝上通常難以獲得高的性能。因此高性能的數(shù)字電源產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和制造上都具有挑戰(zhàn)性，電源系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化需要一定的時(shí)間。”

    推廣數(shù)字電源管理芯片的最大障礙恐怕還是成本問(wèn)題。上海嶺芯微電子有限公司CEO張翌：“純粹的數(shù)字電源管理芯片一般必須額外加上A/D和D/A。標(biāo)準(zhǔn)的A/D和D/A器件的價(jià)格都會(huì)比一般的模擬電源管理芯片的價(jià)格高，現(xiàn)在的主要研究是將A/D和D/A做得剛剛夠用以降低成本，所以在服務(wù)器、通訊電源等相對(duì)較貴的系統(tǒng)上有了應(yīng)用，要廣泛使用還是要解決成本問(wèn)題。”