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MixComm執行長:3大原因讓毫米波無可取代

Mike Noonen預估,未來5年全球5G基礎建設及衛星通訊市場規模將可達到60億~70億美元。李建樑

見證半導體產業過去20年榮枯歷史的Mike Noonen,在創立美國半導體加速器Silicon Catalyst以協助降低創新門檻後,現於新創公司MixComm擔任執行長。MixComm由美國哥倫比亞大學教授Harish Krishnaswamy和高通前資深主管Frank Lane於2017年共同創建,是提供5G高效能毫米波(mmWave)射頻與波束成形(beamforming)技術的IC設計公司。DIGITIMES線上專訪Mike Noonen 以了解MixComm的新技術應用,以及他對全球半導體產業近期發展的觀察:

請分享一下MixComm的目標市場和客戶?

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MixComm執行長Mike Noonen。Mike

Harish Krishnaswamy研發的技術是運用在功率放大器和波束成形的技術上,而MixComm則獨家取得授權使用。這項技術的應用場域非常廣泛,如車用雷達、成像技術等,但最主要的市場是5G基礎建設。我們也發現我們的裝置非常適合衛星通訊,特別是Ka頻段。

Harish和團隊持續在過去幾年將技術發揚光大,發展出具高效率的放大器和波束成形器,這有助大幅提升5G基地台,甚至是用戶終端設備(CPE)的功能;此外,對衛星通訊站也很重要,因為衛星通訊站可能有上千個元件和上千個裝置,所以節能是重要議題,我們的技術可以滿足這類的需求。

能否請您分享您對毫米波射頻技術的發展和未來展望的看法?

我們預估在5G推出,以及人們希望無時無刻都能使用寬頻網路服務的需求帶動下,未來5年全球5G基礎建設及衛星通訊市場規模將可達到60億~70億美元,因此我們聚焦於此。而毫米波技術在智慧型手機應用更大,預估到2025年,可在前述的市場規模上,再增加70億美元。

毫米波市場能快速成長的背後原因為何?

首先,大家對頻寬有無止境的需求。具體例如,視訊通話在4G-LTE初期其實並不常見,但現在線上視訊通話相當普遍,此外,串流影像節目也是重要的例子。面對更大的頻寬要求,sub-6GHz空餘的頻寬有限,甚至C-band也過度擁擠,所以向上移到高頻率的毫米波頻段才能跟上人們對寬頻需求的成長速度。

其次,毫米波是成本最低的解決方案。同樣是以28GHz傳送1GB的資料,成本僅為4G的10分之1。這對電信營運商是個好消息,意味能用更低的成本傳輸更多資料,而且更低延遲。智慧製造、機器人與自動駕駛等新應用需要這樣的服務。

資訊傳輸的安全性也是重要考量。未受管理的Wi-Fi很容易被駭客侵入,因此需要各種防火牆和加密措施來保護資料安全。如果使用公共場所提供的Wi-Fi,就更難知道背後有誰在偷看你的活動,更讓有心人有可乘之機。然而,5G網路在其授權機制與頻寬的保護下,駭客要入侵或竊聽並不容易,由於波束成形技術讓他們不易攔截資料,因此採用毫米波技術也因此相對安全。

我們認為以上3個原因會使毫米波在後疫情時代獲得更重要的市場地位,也將加速成長。

MixComm提供了結合「天線、射頻IC和演算法的設計」,與高通的AiP 模組解決方案相比,二者的差異是什麼?

我們發現,毫米波射頻IC需要和天線一起封裝才能解決訊號損失的問題,但矽鍺解決方案會產生高溫,這是天線封裝(AiP)模組難以承受的溫度,這也是鮮少公司可做AiP的原因。

高通的小型陣列(arrays) CMOS解決方案是針對行動裝置使用,AiP產生的溫度較低。然而,基礎建設通常需要較大型的天線陣列,使晶片產生較高的溫度,因此MixComm使用RF-SOI與散熱效率更好的架構,設計能承受高溫的天線封裝模組,以滿足基地台應用所需標準。

另外一個理由很有趣。當我們在設計毫米波陣列時,我們希望天線的間距是波長的函數。可是當頻率超過28Ghz時,為了讓天線間距與PCB焊墊(pad)對齊,公差非常嚴格,也使製造成本昂貴到幾乎無法製造。最好的解決方法是乾脆不用那些非常昂貴的PCB材料,而直接把IC與天線一起封裝。

但我們仍然需要有效率地解決溫度的問題,因為IC和天線相當接近。而MixComm找來原先在IBM領導天線封裝專案的專家,而且與我們的代工夥伴GlobalFoundries(GF)一起研究如何製造。不但解決了高溫的問題,也研發出體積小、節能但高效能的天線封裝模組。而且我們是專注在5G基礎建設市場,跟高通有所區隔。

MixComm 是否有開發sub-6GHz射頻產品?未來是否進入智慧型手機市場?

我們的技術和sub-6GHz的確是相關,但mmWave的商機龐大,從18GHz 到100GHz,生意已經做不完。而且身為新創公司,我們計劃先專注在一個特定領域。的確也有客戶請我們幫忙做設計其他晶片,但我們決定要專注在自己的本業。例如,我們與收發器夥伴合作,但聚焦在sub-6GHz系統之外,讓他們也能方便轉換到毫米波。

這就是我們的策略,讓MixComm成為客戶高效能的供應商。客戶當然會希望我們也能參與到終端裝置市場,例如平板電腦和熱點裝置。我想當我們更掌握5G基地台和CPE產品的優勢後,也將有助我們進軍智慧型手機市場,所以我們也加入OpenRF協會,開始進行相關研究。

MixComm 剛在20214月加入OpenRF,希望與其他Open RF會員例如Qorvo Murata進行合作?

OpenRF是打造5G生態系的好主意,我們可以使用各廠商之間共通的(inter-operable)軟/硬體,但還是可以持續創新。這並不容易,但OpenRF的創始團隊打造了正確的章程和願景。當技術聯盟一建立起來,整個產業就跟著成長了,因標準的共通性使效益極大化,也推動了創新。成功的例子不勝枚舉:USB、網際網路、PCIe和無線通訊標準都是。

OpenRF其他的成員,有些是專注在應用處理器,有些是射頻技術,有些是sub-6GHz,而MixComm是第一家專研毫米波技術的公司。我們會與其他夥伴一起努力,確保我們所有的零組件可以相容,且一起創新來提升彼此的表現。這也讓我們的顧客得以縮減產品進入市場的時間,並且降低研發的成本。

除GF之外,MixComm有其他的代工夥伴嗎?

我們與GF已經緊密合作多年,並使用其45nm FD-SOI製程,SOI技術對很多產品而言是一個甜蜜點。我們合作的領域不僅止於較為先進的22nm FD-SOI製程,也包括氮化鎵(GaN)材料等。例如某些應用需要非常高的功率輸出,因此採用氮化鎵增益級(gain stage)搭配SOI波束形成器。此外,我們也觀察到封裝技術所帶來的發展機會。 

半導體如今成為大國都想要在其國內生產的戰略物資,是否會阻礙創新?或激發更多創新?在EV、5G邊緣運算等新需求出現後還會在未來出現供過於求的狀況嗎?

我的職業生涯中,目睹了整個產業的歷史。過去很長一段時間裡,只有一個主要的終端應用在推動產業成長。從一開始的航太到電腦主機、迷你電腦、個人電腦、網通設備到智慧型手機都是。然而今天的需求是前述應用再加上你開的車、你的穿戴式裝置、智慧家居設備等。這與過往的產業循環週期截然不同。

而且供應鏈被COVID-19(新冠肺炎)疫情打亂了,沒有人料到疫情會帶動NB與平板電腦如此強勁的需求。我覺得那的確是種脫離常軌的現象,與我們過去見到的景氣循環大相逕庭。

我們所處的世界裡,半導體無所不在且帶給許多產業正面效益。當然半導體也有景氣循環,只是遇到了疫情,所以我們或許可以期待產業榮景,或是景氣下滑也不至於太嚴重。

另一個面向是,現在業界也不再執著於開發先進製程。十年前,所有人都在討論45nm CMOS製程,但現在只有2家在做5nm FinFET,另外有幾家代工業者聚焦在14~20nm及以上成熟製程。而我們則運用45nm FD-SOI製程開發先進的晶片。此外,現在的世界也不僅止於專注在單一晶片的封裝,因為更多的異質整合或2.5D/3D封裝技術正如火如荼發展。

因此,我對未來非常樂觀,因為半導體有非常多新的終端應用市場與製造技術。但從技術的角度看,晶片的失效可能也不存在單一的故障點(point of failure)。另外,晶片開發的時間有時會比手機產品壽命更長,但智慧型手機的半導體也有景氣循環,而這是很難控制的。 

我的信念是,看到半導體在全世界得到理所應當的重視是件好事,但有些國家早就認清了它的重要性,台灣就是產業當中的領導者。然而,半導體產業已是高度全球化發展,不論是半導體設備、晶圓製造,甚至消費也是如此。

您認為晶片荒多快能獲得解決? 

目前大多數的晶片交期仍長,但2022年此時(2022年6月),缺貨問題或可緩解。一般來說,當產能提升、生產效率改善,先前的過度反應就消失了。但這次主要是晶片通路商保持低庫存,加上疫情來時出乎意料的斷鏈危機,造成了今日的混亂情況。

部分產業受到的衝擊也比其他產業更嚴重,例如汽車業。此外,半導體佔電動車零組件比重增加,也會需要更長的時間解決晶片荒。而且要另外再找其他貨源非常困難,因為車用晶片認證通常耗時2~3年。但相對汽車業,其他產業2022年此時缺料問題或將明顯得到改善。 

歐盟也剛宣布新計畫要斥資重金興建晶圓廠,有意將其晶片產出佔全球比重從目前的8%拉到20%。歐洲砸重金想建立本土產能是否明智? 

歐洲有許多半導體業者,如荷蘭的恩智浦(NXP)等,而GF在德勒斯登(Dresden)也有晶圓廠。另外,歐洲在微機電系統(MEMS)技術也領先全球。現在有許多關於歐洲是否該投資先進製程晶圓廠的辯論,一部分是著眼於一下子需要投入數百億美元,這是個困難的決定。

但如果把眼光放在3nm、2nm、1nm製程,甚至是超越傳統CMOS製程,這將造就更多機會與創新,而非僅依賴微影(lithography)技術推進晶片製程。事實上,也有很多人嘗試在化合物材料上做創新,而這些創新的成本都比單純開發新微影技術更便宜。 

微影技術是歐洲的強項,尤其是EUV微影設備,但在晶片在效能提升等方面還有很多創新機會。摩爾定律依然在進行,但不會只靠微影或其他單一(monolithic)技術延續。

Gordon Moore在他原始論文的第3頁提到混合式(hybrids)架構,但他真正想講的其實是異質架構(heterogeneous structures),而英特爾(Intel)正在進行這方面相關研究。一定有企業可以成為在基板(substrate)和矽中介層(Si interposer)的半導體整合商,而且這個領域還可創造出巨大的商機,不只是歐洲可以因此獲益,其他地方亦同。此外,這方面的投資金額或許不需要500億美元,就能達到和三星、台積電或英特爾相抗衡的技術水準。

Mike Noonen是MixComm執行長,半導體新創加速器Silicon Catalyst創辦人與董事,業餘擔任輔導半導體新創的業師。曾任職於GF、恩智浦與美國國家半導體(National Semiconductor)。

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