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MCU可10年不换电池?日本最大的半导体厂商瑞萨是如何做到的?

来源: 芯扒客 2019/6/21 浏览量:7013 关键词: MCU 瑞萨

在6月12日在日本京都召开的2019年度“VLSI和电路技术专题研讨会上,瑞萨展示了业界首款基于65nm SOTB技术的嵌入式2T-MONOS(双晶体管-金属氧化氮氧化硅)闪存的相关测试结果。基于SOTB的新技术已在瑞萨R7F0E嵌入式控制器中所采用,该控制器专门用于能量采集应用。

 

 

2003年由日立和三菱电机合并成立了瑞萨电子。

 

2010年4月1日,NEC电子和瑞萨电子合并,成为了全球第一的MCU供应商,也是SoC系统晶片与各式类比及电源装置等先进半导体解决方案的领导品牌之一。在成立之时一跃成为全球第三大半导体公司,仅次于英特尔和三星。

 

然而瑞萨电子合并后的几年路走的并不顺,从成立时的全球半导体老三的位置一路挣扎,在2014年跌出了全球前十。

 

2016年,瑞萨开始下注汽车行业,并以32亿美元收购Intersil,引入了模拟与混合信号芯片产品线,盈利才逐渐上来。2017年,瑞萨占据了全球20%的MCU市占率。

 

去年9月11日,瑞萨宣布以约67亿美元收购美国模拟芯片大厂IDT,这个收购被认为是为了应对汽车领域的老对手NXP的威胁。在智能手机市场增长下滑的今天,预计汽车市场将是未来半导体厂商最大的细分市场。然而在2018年,意法半导体(STMicroelectronics)、英飞凌(Infineon)和NXP的汽车业务收入均出现增长,而瑞萨(Renesas)的汽车业务收入却较2017年有所下降。

 

 

 

与最接近的竞争对手相比,瑞萨是唯一一家在2018年汽车业务营收出现下滑的供应商,这不仅让人感觉到一丝意外

 

瑞萨电子中国董事长真冈朋光认为,瑞萨在2018年已经预计到了市场需求疲软的现状,同时也根据需求下滑进行了相对应的措施,如调整工厂产能。此外这不仅仅是瑞萨电子一家企业的事情,还需要跟代理商和销售渠道不断的加强沟通。“我们的客户对市场的未来也比较谨慎。因为不由厂商控制的情况太多了,比如现在的中美贸易摩擦的问题,没有人能预计到,但就是发生了。”真冈朋光认为,中美贸易摩擦这种不可控的事情发生,对瑞萨的客户影响是很明显的,因此瑞萨需要不断调整自己去适应市场的变化。

 

目前对于瑞萨来说,最重要的事情是尽快适应与IDT的并购,以及实现“1+1大于2”的效果。

 

据IDT的财报,近些年其毛利率在60%以上,2014—2018年复合增长率更是高达14.8%,而且其技术和产品恰好符合瑞萨电子下注的汽车业务,其数据中心与通信基础设施也会为瑞萨开辟更大的市场。2019年瑞萨与IDT的收购案终于达成,瑞萨也一跃成为日本最大的半导体公司。

 

 

 

目前瑞萨全球销售额7600亿日元,全球19000员工。从财报来看,瑞萨电子收入7570亿日元。

 

“面向汽车电子的半导体产品是瑞萨的代表业务。从应用领域来看,汽车领域销售额约占总销售额的一半,很难找到一辆完全不使用瑞萨电子产品的汽车。”——这是瑞萨电子中国董事长真冈朋光在今年举行的CITE中国信息博览会上的发言。

 

汽车市场当然是瑞萨最重要的市场之一。根据srategy Analytics2018提供的数据,瑞萨电子在2017年的汽车MCU/SOC市场份额众,包括动力总成、xEV、车身、底盘与安全、信息娱乐&仪表相关的车用芯片均排名第一。

 

此外,2017年瑞萨发布了一个ADAS及自动驾驶平台Renesas Autonomy,同时发布的还有R-CarV3M  SoC,该芯片配有2颗ARM CortexA53、双CortexR7锁步内核和1个集成ISP,可满足符合ASIL-C级别功能安全的硬件要求,能够在智能摄像头、全景环视系统和雷达等多项ADAS应用中进行扩展。除了R-Car系列产品外,瑞萨也有针对雷达传感器的专业处理器芯片如RH850/V1R-M系列。

 

应该说R-Car系列是瑞萨进军自动驾驶的切入点。此前推出的第三代产品R-CarH3/M3已经具有L2等级的自动驾驶需求。只不过作为一家日系公司,瑞萨在自动驾驶领域的布局显得异常低调。

 

 

 

作为日本最大的半导体厂商,瑞萨的目标绝不仅仅是汽车市场,物联网市场也是瑞萨的布局重点。

 

5月28日,瑞萨电子2019产品及系统方案研讨会——厦门站正式召开。在此次活动上,瑞萨不仅展示了自己的多款嵌入式解决方案,还首次展示了IDT的多款物联网解决方案,以及融合了瑞萨与IDT双方技术的系统级解决方案。

 

瑞萨切入物联网领域,在今年重点推广的主要有两大技术:DRP技术和低功耗的SOTB技术。

 

提到瑞萨在物联网领域的布局,不得不提到瑞萨在今年重点推广的DRP技术和低功耗的SOTB技术。

 

DRP技术,简单来说就是本地的嵌入式AI解决方案,可以取代以往的云端AI计算能力。

 

在商汤、旷视等各大AI芯片厂商以及Nvidia、Intel、高通等传统半导体厂商纷纷布局嵌入式AI的今天,瑞萨的DRP有什么亮点呢?

 

据了解,瑞萨独有的DRP技术,是一种动态可编程的处理器,可以按照不同的时间把动态逻辑编程,这特别适合应用在图像处理等应用上。DRP中有AI -MAC,有大量的计算单元,可以来实现卷积运算。

 

此外,相比目前市场上的通用的嵌入式AI芯片,如MCU、DSP、FPGA,瑞萨DRP可以做到10~100倍的强大处理能力,而功耗则降低很多。据了解,这个DRP的主频只有60Mhz,而处理能力则比A9 MCU要快13倍。

 

 

 

瑞萨电子陈建明部长对《芯扒客》记者展示了瑞萨嵌入式领域的roadmap,他表示今年Q4瑞萨将推出第三代的E-AI解决方案,将会配置更强大的DRP AI芯片,将会更加适合卷积神经计算。第四代产品的DRP AI2也在规划中。在智能工厂这一块,通过e-AI的引入,可以立马减少人工的投入。在2019 CITE上,瑞萨演示了不少基于e-AI的方案,包括3D手势识别方案、电机故障检测方案、二维码扫描和实时图像处理方案等。

 

 

SOTB技术,则是一种极低功耗技术,可以让MCU的电流消耗降低到传统电流的十分之一。简单来说,这种技术让不需要电池的模式成为可能。

 

由于采用了无掺杂的晶体管,对比传统的平面式晶体管的淤积特性变化,可以在超低电压下进行稳定的操作,比如0.5伏左右。如果传统的MCU采用3V的纽扣电池供电,可能一个月后就没电了。

 

如果采用STB技术到MCU,由于本身需要的电流非常低,可能3μA就够了,这个功耗几乎可以忽略不计,可以实现无间断的工作。再配合低功耗的DRP嵌入式AI方案,整个系统就可以做到低时延、安全、低功耗。瑞萨电子也强调,其超低功耗的产品可保证设备10年左右不换电池,这是其技术优势所在。

 

 

陈建明部表示,SOTB技术的推广将分三步走,第一步主要是替换需要更换电池的各类MCU应用;第二步预计到2021年在蓝牙BLE中增加带SOTB功能的MCU。比如智能家电、智能楼宇等。第三步则将SOTB和E-AI技术共同加入进来,做成完整的解决方案,在农业、智能交通等领域都可以用到。

 

应用在智慧

 

在6月12日在日本京都召开的2019年度“VLSI和电路技术专题研讨会上,瑞萨展示了业界首款基于65nm SOTB技术的嵌入式2T-MONOS(双晶体管-金属氧化氮氧化硅)闪存的相关测试结果。基于SOTB的新技术已在瑞萨R7F0E嵌入式控制器中所采用,该控制器专门用于能量采集应用。与非SOTB2T-MONOS闪存(约需50μA/MHz读取电流)相比,新技术实现的读取电流仅6μA/MHz左右,等效于0.22pJ/bit的读取能耗,达到MCU嵌入式闪存最低能耗级别。这项新技术还有助于在R7F0E上实现20μA/MHz的低有效读取电流,达到业界最佳。

 

值得一提的是,能量收集技术的迅猛发展,使智能穿戴设备的自我供能有望成为现实。比如手环、耳机等可穿戴设备目前受限最大的就是功耗问题,而瑞萨下一步将在蓝牙BLE中增加带SOTB功能的MCU,很明显穿戴产品将大大受益。

 

我们有理由展望不久的未来,采用瑞萨的SOTB技术的能量采集系统将在智能手表等穿戴类设备中大显神威。

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