“超越手機”，東芝電子中國面向IoT布局芯片

　　從手機到“超越手機”

　　當(dāng)前，智能手機等移動設(shè)備在半導(dǎo)體的消耗量占壓倒性的多數(shù)(如圖1)。從手機近十年的發(fā)展歷程可見，原來是功能性手機，現(xiàn)在把原來PC等同的運算能力、云服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、AI智能功能，已經(jīng)加入到了智能手機里(如圖2)。從另一個角度看，手機把類似于人的五官的感知，諸如攝像頭、多軸傳感器等也匯總進(jìn)來。如果再加上執(zhí)行器件，就會像人的肌肉一樣，可以形成機器人。

　　因此，隨著智能手機的進(jìn)一步發(fā)展，越來越高的性能、低功耗、小型化、高性價比，可以廣泛應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)、無人機、機器人等各種各樣的領(lǐng)域，即”超越手機”(beyond mobile)。

　　圖1 移動設(shè)備引領(lǐng)半導(dǎo)體發(fā)展

　　圖2 移動設(shè)備發(fā)展的示意圖

　　超越手機

　　為此，在近日舉辦的2018“慕尼黑上海電子展”期間，東芝電子元件及存儲裝置株式會社數(shù)字營銷統(tǒng)括部總監(jiān)吉本健、東芝電子(中國)公司副總經(jīng)理野村尚司、存儲器戰(zhàn)略業(yè)務(wù)企劃統(tǒng)括部總監(jiān)中藤俊輔、存儲&電子元器件解決方案市場統(tǒng)括部總監(jiān)譚弘先生介紹了東芝的“超越手機”規(guī)劃及展示的重點產(chǎn)品。

　　*VR(虛擬現(xiàn)實)。從智能手機平臺進(jìn)入到其他領(lǐng)域的時候，會產(chǎn)生接口不一致的地方。例如VR主要是使用高清晰度的小型顯示設(shè)備，其實這是從智能手機顯示屏發(fā)展而來的，智能手機原來使用的是MIPI DSI(顯示屏串口接口協(xié)議)(如下圖)。但是VR主要從PC轉(zhuǎn)變來的，采用了大量的高清圖像，因此主要使用HDMI接口方式。因此圖像接口方式的制式統(tǒng)一是目前碰到的困難之一。再例如，智能手機的平臺和設(shè)備進(jìn)入到多媒體電視、安防監(jiān)控領(lǐng)域的時候，也遇到同樣的問題，非高清晰度的圖像接口并不具備大型的HDMI的接口。

　　為此，東芝推出了與接口互相轉(zhuǎn)換的橋接芯片，例如把MIPI CSI(攝像頭串行接口)接口轉(zhuǎn)換到HDMI相關(guān)的接口。

　　*智能家居

　　2017年智能音箱的發(fā)展迅猛，前提是需要在家庭的各個地方能組成智能網(wǎng)絡(luò)，且需要低功耗、小封裝的設(shè)備，而且能夠通過無線通訊，以實現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)的傳輸，這是藍(lán)牙的應(yīng)用場景之一。

　　為此，東芝推出的藍(lán)牙芯片TC35678整合了控制芯片，可實現(xiàn)很低的功耗(如下圖)。而且新的藍(lán)牙芯片不像過去那樣只能點對點通訊，現(xiàn)在已能組網(wǎng)(例如ScatterNet組網(wǎng))。芯片尺寸也越來越小，可以放到非常小的設(shè)備上。再有，可以實現(xiàn)長距離傳輸，東芝的藍(lán)牙5方案最遠(yuǎn)可以傳到600 m。而且，東芝的藍(lán)牙4.2版本最高電流只有3.3 mA，相當(dāng)于能夠在鈕扣電池供電情況下使用3-4 年。

　　圖3 東芝BLE的部分產(chǎn)品及方案、規(guī)劃

　　2018年1月，東芝推出了基于第五代版本的藍(lán)牙技術(shù)的藍(lán)牙芯片，主要有兩個特點：①通訊距離可以實現(xiàn)近600 m，大大超越了以前的產(chǎn)品。②能夠支持寬溫度控制狀態(tài)，像這種非常惡劣的工作狀態(tài)都能實現(xiàn)，可以應(yīng)用到車載或者工業(yè)上的極端要求的環(huán)境。

　　東芝另一個有趣的產(chǎn)品是語音控制方案：ApP Lite應(yīng)用處理器——TZ2100。當(dāng)前的智很多智能音箱產(chǎn)品必須要聯(lián)網(wǎng)才能識別語音命令。而東芝的ApP Lite方案可以不聯(lián)網(wǎng)，且識別的時間控制到0.3-0.4 s以下，而且可以根據(jù)不同場景進(jìn)行編程配置(下圖)，例如在廚房油煙機開啟下識別語音。

　　*FlashAir集成了存儲、WiFi和網(wǎng)頁服務(wù)器

　　東芝專利的FlashAir前兩年就有展示，今年新的方案不僅僅是Flash卡和Wi-Fi結(jié)合起來，而且整合了網(wǎng)頁服務(wù)器(Webserver)的功能。即“Flash存儲、Wi-Fi、Webserver”三合一，用在有SD卡槽的終端設(shè)備上，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用(如下圖)。

　　*介于FPGA和ASIC之間的FFSA

　　FFSA介于FPGA和ASIC之間。FPGA的初期投入比較少，開發(fā)靈活而快，但一旦投入量產(chǎn)，成本和功耗非常高。ASIC的研發(fā)周期較長，而且先期的一次投入費用較高。因此可以用FPGA設(shè)計電路，需要降低成本的時候，再轉(zhuǎn)到FFSA上。據(jù)悉，部分國內(nèi)外大型網(wǎng)絡(luò)路由器廠商和筆記本用固態(tài)硬盤控制器廠商已采用了FFSA。

　　*自動駕駛

　　ADAS(高級輔助駕駛)與自動駕駛成為熱點話題。東芝推出的圖像識別芯片能夠支持L3級駕駛。另外，歐盟2018年版的防碰撞標(biāo)準(zhǔn)——NCAP(新車碰撞測試) 2018(必要條件)提出，要能夠?qū)崿F(xiàn)夜晚情況下檢測行人、自行車、橫向穿越的物體等。東芝新的Visconti 4芯片符合歐盟第四代的碰撞標(biāo)準(zhǔn)，已開始量產(chǎn)。

　　Visconti 4與前代產(chǎn)品相比，處理速度進(jìn)一步提高，有8個圖像識別核心，可以實現(xiàn)8種不同的功能，處理時間縮短一半，可以降到50 ms以內(nèi)。

　　現(xiàn)在有一種趨勢，廠商把人工智能(AI)的算法做進(jìn)去。東芝在設(shè)計和研發(fā)的下一代的芯片當(dāng)中，已經(jīng)加入了AI功能。其實在圖像處理、自動駕駛等方面，和每個國家地區(qū)的場景、路況有非常緊密的關(guān)聯(lián)。東芝在推出基本核心產(chǎn)品以后，會對路況進(jìn)行進(jìn)一步的識別和訓(xùn)練，以適合全世界各個市場。

　　那么，東芝的方案與英偉達(dá)有何區(qū)別呢?英偉達(dá)是通過GPU加速的方式進(jìn)行圖像識別。用GPU+GPU，就是把很多GPU加在一起來進(jìn)行圖像處理，其架構(gòu)下面是很多GPU，然后在軟件層把算法加進(jìn)去，用運算量/軟件的算法進(jìn)行圖像的識別。從媒體公開發(fā)布的信息來看，英偉達(dá)方案的功耗是500 W，但如果用Visconti來做，只有1~2 W。為何有這樣巨大的功率差?因為Visconti把算法集成到硬件的加速器上，以硬件為主來實現(xiàn)圖像識別。對于新能源車/電動汽車，續(xù)航里程是非常關(guān)鍵的指標(biāo)。所以在節(jié)省功耗方面，東芝的Visconti可以做更大的貢獻(xiàn)。

　　目前的Visconti 4是第四代產(chǎn)品。Visconti 的前幾代已獲采用，例如，第二代2015年已經(jīng)開始通過日本的電裝量產(chǎn)，搭載在整車上，在日本、美國、歐洲市場上銷售。新的Visconti 4，整車廠已經(jīng)開始生產(chǎn)。

　　*車載網(wǎng)絡(luò)

　　隨著自動駕駛和車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的傳感器/攝像頭搭載在車身上，帶來的挑戰(zhàn)是數(shù)據(jù)的傳輸需求越來越高。如果用車內(nèi)的電纜進(jìn)行傳輸，會達(dá)到幾公里的長度、幾十公斤的重量。為了解決這個矛盾，業(yè)內(nèi)推出了新車專用的以太網(wǎng)。與現(xiàn)有的車載用的車身數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、通訊的標(biāo)準(zhǔn)相比，車載的專用以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)帶寬和傳輸效率有非常大的提高。

　　為此，東芝推出車載以太網(wǎng)橋接的芯片——TC 9560系列。

　　*新能源車用光耦

　　東芝的光耦是非常有特色的產(chǎn)品，連續(xù)十幾年占有世界光耦市場第一。東芝的光耦有17年以上給整車廠供貨的經(jīng)驗，在目前為止已經(jīng)有3億顆銷售到市場上，特點是低功耗(如下圖)。隨著最近新能源車的大力推廣，車載光耦的市場越來越大，特別是在電池管理、電機驅(qū)動部分，都廣泛使用到車載光耦來隔離信號。在國外的混動車?yán)铮瑬|芝約占60%~70%的份額。東芝三年前在中國市場開始首推車規(guī)光耦。東芝已與本土很多整車廠商直接合作，有些測試已經(jīng)開展一年多了，預(yù)計今年會有銷售量較大的知名車型上市。

　　圖 東芝車規(guī)級光耦消耗電流較低

　　*機器人

　　手機如果配上執(zhí)行的部分，可以形成機器人的應(yīng)用。東芝有豐富的電機控制經(jīng)驗和基礎(chǔ)，結(jié)合東芝的電機控制的芯片，整合到所需要的設(shè)備的驅(qū)動部分、應(yīng)用部分，就可以實現(xiàn)各種應(yīng)用。

　　例如，全球最新發(fā)表的狗形智能寵物，就用到了東芝馬達(dá)的驅(qū)動芯片，來實現(xiàn)執(zhí)行和運動。

　　*電源器件

　　2017年東芝曾在慕尼黑上海電子展推薦過東芝的無線充電方案。在無線充電三大聯(lián)盟里，東芝加入了兩大聯(lián)盟。2017年東芝推出了15 W左右的充電產(chǎn)品。隨著iPhone X搭載無線充電裝置，現(xiàn)在無線充電設(shè)備已經(jīng)是百家爭鳴。東芝在無線充電的領(lǐng)域能夠提供從低功率，到中功率(15 W)以上的產(chǎn)品芯片。

　　東芝有特色的智能功率模塊(IPD)主要應(yīng)用于家電的變頻電機的領(lǐng)域。公司把驅(qū)動電機所需要的IPD驅(qū)動模塊、二極管以及控制回路，封裝在一個模塊里面，稱之為叫IPD，特點是600V貼片封裝，低損耗，能夠非常方便供家電用戶使用到變頻電機的控制上(如下圖)。

　　*存儲器及硬盤

　　東芝發(fā)布了最新的BICS FLASH™。隨著智能手機、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)各方面的應(yīng)用，對存儲的需求越來越大。整個世界對閃存的需求，每年的復(fù)合增長率在40%左右。到2020年預(yù)估存儲的需求量是2016年的4倍以上，所以整個市場對存儲的需求會越來越高。

　　為了跟上不斷快速增長的閃存需求，東芝積極在閃存生產(chǎn)領(lǐng)域進(jìn)行投資。2017年2月東芝已經(jīng)發(fā)布了建設(shè)最新的四日市工廠的第六棟，今年可以正式投產(chǎn)。今年第六棟第二期也將建成，接下來也會逐步投產(chǎn)。

　　東芝的四日工廠提供了全球產(chǎn)能的40%左右。除了東芝的四日工廠，在日本的巖手也新建一座閃存的新工廠，已經(jīng)開始建設(shè)了。

　　從閃存工廠生產(chǎn)出來的芯片，進(jìn)入到各種存儲設(shè)備。從智能手機到再到其他應(yīng)用，現(xiàn)在新的產(chǎn)品不斷推出。新的UFS和e-MMC的產(chǎn)品也推向市場。為了進(jìn)一步在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域引入新的產(chǎn)品，東芝推出了無線SDXC卡“FlashAir™”，集成了Wi-Fi技術(shù)和網(wǎng)頁服務(wù)器(Webserver)功能，把它變成了一個與物聯(lián)網(wǎng)相連的產(chǎn)品。

　　關(guān)于SSD產(chǎn)品，今年準(zhǔn)備投入市場的新產(chǎn)品是面向數(shù)據(jù)中心、企業(yè)級的東芝SSD產(chǎn)品，分為兩個系列：CM和PM。PM的接口是SAS，高性能。CM是最新的NVMe接口方式，主要是面對服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)品。

　　圖 東芝近幾年的存儲器SSD及規(guī)劃

　　XG5和BG3是面向消費級市場的SSD產(chǎn)品，采用了東芝的最新的64層BiCS FLASH TLC芯片。

　　硬盤產(chǎn)品(HDD)方面，東芝是全球三大供應(yīng)商之一，2016年是23%的市場份額，最近2017年還在不斷增長。東芝希望不久后，硬盤份額能夠超過30%。

　　針對數(shù)據(jù)中心大容量數(shù)據(jù)存儲需求，東芝推出全球首個大容量14 TB CMR HDD(如下圖)。 

        它內(nèi)部有九片磁片構(gòu)成，中間不是用空氣，而是充的氦氣，來降低磨損動作。這是東芝專門針對中國市場需求推出的產(chǎn)品，因為中國是全球監(jiān)控攝像頭最大的生產(chǎn)商和出口制造基地。專門針對監(jiān)控行業(yè)的硬盤產(chǎn)品，能夠同時服務(wù)于16路的視頻攝像頭，這樣一個專用監(jiān)控的硬盤。

　　那么Flash未來的發(fā)展，是繼續(xù)增加層數(shù)，還是有其他的方式嗎?中藤俊輔稱，目前東芝的量產(chǎn)產(chǎn)品是64層，接下來會量產(chǎn)最新的96層的3D的Flash閃存。同時現(xiàn)在正在開發(fā)100多層的3D，會在不久的將來投入量產(chǎn)。當(dāng)然無限制疊加芯片也是不可能的，我們也在預(yù)研開發(fā)一些其他方案的存儲芯片。

　　目前TLC是市場的主宰，QLC出現(xiàn)以后，業(yè)界充滿了爭議。東芝SSD仍采用了TLC的技術(shù)，東芝如何看待QLC的SSD的發(fā)展前景?中藤俊輔解釋道，現(xiàn)在主要還是TLC，當(dāng)然東芝也推出了一些QLC的產(chǎn)品和樣品。整個來講TLC和QLC這兩個產(chǎn)品，它的可靠性和讀寫次數(shù)還是有較大的差異。在企業(yè)的服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器當(dāng)中，根據(jù)客戶的應(yīng)用，其實對數(shù)據(jù)的存儲壽命和參數(shù)有不同的要求。QLC價格相對有優(yōu)勢，但是性能和可靠性，和TLC相比還是有比較大的差異。因此，QLC比較適合使用存儲不是經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)，它的讀寫次數(shù)有一個使用需求——不是熱數(shù)據(jù)的存儲，這比較適合。

　　今后可能會分成兩個市場，一個要求高性能的，但是對價格稍微高一點的市場。另外一個對性能要求不是很高，要求低成本的，可能是QLC SSD的市場。

　　那么車載存儲如何布局?中藤俊輔指出，現(xiàn)在東芝在車載市場是以車規(guī)用的e-MMC為主，今后會以UFS潮流向前發(fā)展。如果整車廠或者客戶需要更加大容量的車規(guī)的存儲，可能要選用UFS產(chǎn)品。選擇車規(guī)的Memory(內(nèi)存)，其實Memory的控制器是一個關(guān)鍵的部分。東芝會和控制器廠商(注：含東芝內(nèi)部生產(chǎn)的控制器)共同合作和整車廠進(jìn)行推進(jìn)。 目前為止，東芝主要是和Tier 1(汽車一級供應(yīng)商)為主的客戶合作，2017年開始與更多的整車廠進(jìn)行交流，進(jìn)行包括認(rèn)證等合作，建立一個生態(tài)圈系統(tǒng)。

　　圖 車載存儲器市場長期項目

　　結(jié)論

　　總之，當(dāng)智能設(shè)備逐步超越手機的范疇，進(jìn)入到物聯(lián)網(wǎng)(IoT)或整個世界時，東芝布局了許多重點芯片產(chǎn)品來支持這些應(yīng)用，例如連接類芯片、圖像處理芯片、馬達(dá)驅(qū)動芯片、電源和功率器件、存儲器等。