创新这一名词对于半导体行业来说绝不仅仅止于一个概念,它是整个半导体行业的生命力和发展的驱动力量。当ADI公司视创新为企业价值的核心,当恩智浦半导体首席技术官Rene Penning de Vries将创新称为半导体产业成功的必备条件,当iPhone的出现带给世人难以想象的惊喜并引发新一波风潮时,创新对于整个行业的意义已不言而喻。也正是这一轮又一轮的技术创新,才使得我们那些遥不可及的梦想抑或异想天开的幻想变成了触手可及的便利和我们正在享受的美好现实生活。作为半导体整个产业链重要一环的测试环节同样离不了技术创新,全球领先的量测公司安捷伦科技在其2009年ADMF上充分展示了技术创新在其发展历程中所扮演的重要角色及重要的创新技术。
创新在过去
与往年不同,安捷伦将2009年ADMF的主题明确定为技术创新。在媒体发布会伊始,安捷伦科技全球电子测量事业部数字测试分部示波器营销经理Ross Nelson先生就指出,是技术创新让安捷伦走到了今天。2009年以往的技术创新成就了安捷伦今天量测行业全球领先的地位。1939年安捷伦(当年的惠普时代)的第一桶金来自迪斯尼公司当年订购的8台阻容声频振荡器用于测试制作电影《幻想曲》使用的音响设备,该振荡器是把一个白炽灯泡置入电路中,以提供可变电阻,这是振荡器设计上的一个突破。在随后的20世纪40年代,安捷伦公司的测试与测量产品在工程界和科学界大受欢迎,接下来爆发的二次世界大战,使美国政府的电子仪器订单雪片般飞进安捷伦公司。
单独从示波器产品的发展演进来看,安捷伦基于示波器的创新产品之多让人称奇,撷取重要的几个:1984年安捷伦推出第一台数字示波器,1996年推出第一台混合信号示波器(MSO),1997年推出第一台Windows平台示波器,1999年推出第一台声控示波器,2006年推出第一台可升级带宽的示波器,2008年推出第一台12.1寸XGA显示的示波器和第一台1G深存储示波器。
创新在当今
Ross Nelson先生称,2009年就不能不提Infiniium9000系列示波器,它是安捷伦2009年核心技术的代表作品,是2009安捷伦最骄傲的产品。这是一款三合一的产品,同时具有示波器、协议分析和频谱分析的功能,这款产品的技术创新不仅体现在技术本身,它的PCB板达20层,普通的笔记本电脑只有4层,台式机6层,服务器8层,这款示波器里单个的采集板是20层的电路板,集成度高;而且创新体现在产品设计上,这块电路板是垂直设计而非水平设计,垂直设计优于水平设计的好处在于体积缩小,不占空间,从而提高了仪器的便携性。在提高集成度的同时,为了降低成本,里面用了27块专用芯片,另外为了升级的方便,采用了3个FPGA,这款产品的协议分析功能就是写到FPGA里的,而非用软件写的,目前在业界这还是唯一的一个用硬件来实现协议分析的仪器。
这款示波器可以让仪器触发在某个协议上面,然后可以查看每条协议的细节,可以查看跟它相关的逻辑通道、时序控制是否正确,然后可以查看信号的质量,检查信号完整性的问题,也就是说用一台仪器完成了以往需要三台仪器所做的工作。Ross Nelson先生说,安捷伦得到了使用过这款产品的用户非常良好的反馈,所以Infiniium9000是2009年技术创新的代表作品绝非没有道理。
另一个技术创新源于惠普年代,惠普-安捷伦的技术核心在射频微波,半导体技术发展到今天,信号已经由几十兆、几百兆发展到G的领域,已经进入到射频微波的领域。因此安捷伦不可避免把射频微波的技术应用到示波器里面,2006年安捷伦推出的基于射频微波的技术是去嵌入技术,它完全是把安捷伦名扬全球的网络分析仪部门的技术核心移植到示波器里,做高速信号的测试。
去嵌入技术(De-Embedding)的前提是,当数字信号发展到G的领域时,已不再是单纯的逻辑跟逻辑之间的数字信号,它已经变成了射频微波的信号。因此连接被测对象,经过电缆、支具连接到仪器上进行量测时,这其中的每一个环节都可能导致量测的误差非常大,误差可能缘于支具、电缆或连接头,这种误差在测低速信号时是从来不会出现或可以忽略不计,但在测高速信号时则必须要考虑。去嵌入技术实现了把量测系统中由支具、电缆、连接头或其它PCB板所带来的误差去掉,使显示的信号是理想情况下的信号,免除了对传输介质(电缆、支具或连接头)所带来误差的担心,所以去嵌入技术全面来讲可以称为去嵌入量测误差技术。Ross Nelson先生称,就现今的半导体技术发展趋势而言,在量测的时候一定要使用这个技术,否则量测出来的东西是没有意义的。
Ross Nelson先生所介绍的第三个方面的创新体现在逻辑分析产品——16962A逻辑分析模块上,这是安捷伦2009年新推出的一款产品,它可提供最新的高速标准(如DDR3和快速通道互联(QPI))所需的性能。它的技术创新体现在两个方面:一状态速度(逻辑分析仪有两个指标,即状态速度和定时速度),16962A能够以2GHz状态对单端或差分信号进行传统状态测量,2GHz状态时钟速率目前在全球是最好的;二是能够同时监测所有通道上的眼图,这是安捷伦特有的一个功能。
创新的驱动因素
技术创新伴随着安捷伦的每一步前行,那么究竟是什么力量推动安捷伦的技术创新呢?Ross Nelson先生表示,驱动因素来自两个方面:一是用户的需求,二是半导体业界的技术本身。从半导体的技术本身来看,有两个方面趋势引导:一信号速度越来越快,二是信号原来多是并行,现在变成了多是串行。
以记忆体存储器为例,5年前在攻克的技术难题是DDR667,当时DDR667已经给量测技术带来了很大的挑战,而下一步就要发展到DDR800,而现今DDR800已经不是问题,业界在困惑的是DDR1333或DDR1600如何进行量测,5年的时间在信号速度和量测难度上发生了翻天覆地的变化;另一个很好的例子是外设I/O的速度,最开始是PCI并行总线(PCI 133发展到PCI 166),而后发展到串行总线,即PCIe(PCIExpress),5年前第一代串行总线的速度是2.5GT/s,而后第二代PCIe的速度5.0GT/s,现在讨论的第三代PCIe速度达8.0GT/S,5年的时间从2.5GT/s经历了5.0GT/s发展到8.0GT/s,速度同样是相当惊人的。
这样的技术发展趋势给量测带来的挑战在哪些方面?Ross Nelson先生说,并行总线要量测的是很多不同信号的延迟、时序,关系如何,而串行总线不同,因为信号速度变快了,信号的幅度相应也变低了,否则电路板承受不了就会烧掉。信号幅度高时轻微的噪声影响并不太明显,而信号幅度缩小轻微的噪声和抖动带来的影响都比较大,这些都成为量测面对的新挑战,以前不需要考虑噪声和抖动的地方现在都必须要考虑。此外,串行是为了把很多信号压到一路上,因此里面包含了很多协议,所以在信号分析的时候就需要进行协议分析,以及信号完整性分析。
安捷伦应对这些挑战的技术创新体现在哪些方面?Ross Nelson先生给出的答案是,安捷伦基于示波器的技术创新在四个方面:串行总线带来的信号幅度降低使得它的抗噪声能力降低,因此仪器本身的底噪声要比较低才能保证量测的准确性,安捷伦的一个创新是底噪声设计,通过将AD转换器做到芯片里面而实现了全球领先的底噪声能力;为了减小量测中的抖动误差,仪器固有的抖动误差要尽可能小,在这方面安捷伦的固有抖动足够小;安捷伦在信号触发上也独有优势,实现了从协议层到物理层的任何信号触发,如可以触发在信号边缘或触发在毛刺上;另外在存储深度上安捷伦的示波器达到了1G的深存储,这也是目前业界最高的量值。
值得一提的是,安捷伦公司的一批专家活跃在各个国际标准组织协会里。例如,安捷伦是串行ATA国际组织(SATA-IO)、USB实施者论坛(USB-IF)和移动产业处理器接口(MIPI)联盟的重要成员。这些专家掌握着各个标准的动态变化,有的专家主导着整个标准的定义和发展,他们能够将最前沿的技术信息第一时间告知安捷伦的研发工程师,这从一个侧面为安捷伦的技术创新提供了得天独厚的优势条件。
当然,技术创新还导致了其市场占有率的增长,以示波器产品为例,全球专业的示波器调研机构Prime Data给出的数据显示,最近几年全球示波器市场上安捷伦的增长速度高达14%,远远超出了第二名和第三名。
Ross Nelson先生认为,安捷伦能够在技术上领先还与其不可复制的核心架构密切相关。不可复制的核心架构是指,也许很多软件可以被别人复制,技术多年以后也可能被别人复制,但是一个公司的核心架构是很难被别人复制的,安捷伦是唯一一家从做仿真软件开始到网络分析仪到频谱分析仪到示波器再到逻辑分析仪这样全线产品的量测公司。因此这让我们有理由相信,在未来,安捷伦将会在技术创新上谱写新的篇章。