物联 的万亿级别市场正在逐步形成，超万亿级的设备和节点将通过物联 技术实现万物互联和万物智联。但是受限于体积、重量和成本等因素，物联 节点需要在微型电池或能量收集技术进行供电的情况下，能够持续工作数年乃至十年以上，这对芯片提出了苛刻的低功耗要求。
在低功耗、电池供电的物联 设备正处于爆发性增长态势的背景下，如何才能真正满足物联 设备的低功耗、低成本需求呢？为此，2020年5月27日（周三）上午10:00，集微 邀请芯原微电子（上海）股份有限公司副总裁汪洋做客第九期“开讲”，带来以《超低功耗物联 连接方案与先进半导体工艺技术的结合》为主题的精彩演讲。截至5月28日中午12:00，已有11488名观众通过爱集微APP直播平台观看了该节目。
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芯原微电子（上海）股份有限公司副总裁汪洋
适用于物联 市场FD-SOI 22nm工艺
在汪洋看来，如今的物联 连接市场正持续高速扩张。物联 主要分为广域物联 和短距物联 ，其中广域物联 主要包括NB-IoT和Cat-M，目前全球已部署60个支持NB-IoT/Cat-M的商用 络；而短距物联 包括WiFi、蓝牙BLE和LoRa等等，主要应用于智能楼宇、室内定位、智能家居、智能工业、智慧城市等海量市场，该市场正呈现持续增长趋势，预计2022年全球设备出货达到52亿。
“对于芯原而言，将主要选择以NB-IoT和蓝牙BLE为代表的IoT连接技术，并会根据5G场景下的不同应用进行持续演进。”汪洋说道。
实际上不管是广域物联 ，还是短距物联 ，对于IoT设备系统平台的需求都是相似的。其中基于IP的硬件平台，可以结合工艺的特点来满足其完整性和可靠性，而面向应用场景的软件平台则需要满足可扩展和场景化的需求。
汪洋指出，基于IP的硬件平台需要与半导体工艺技术结合。“随着半导体工艺技术节点不断向前演进，对漏电控制的要求会越来越高，经过芯原的比较和选择，认为FD-SOI 22纳米是最合适的工艺技术。”
为什么FD-SOI工艺适用于物联 市场呢？这主要归功于它的三个特点：一是低功耗，FD-SOI独有的体偏压(body bias)可通过用软件控制体偏压在功耗、性能和漏电功耗之间实现动态平衡；二是FD-SOI更容易集成RF工艺，FD-SOI可以为射频设计提供超优的RF特性，可以支持更高的射频频段，包括毫米波频段，射频电路匹配性能更好；三是FD-SOI能够支持物联 超低电压芯片的实现。
汪洋表示，“将采用FD-SOI 22纳米工艺的芯原IP集成到SoC中，可以满足物联 设备对于低成本、低功耗、高集成度的三个需求。”
经过芯原的多方面测试，FD-SOI 22纳米工艺的射频优势主要体现在5个方面：一是高电流效率Gm/I，支撑低噪声高增益的射频电路设计；二是更优的器件匹配度可帮助减少电路面积；三是更低的漏/源极寄生效应；四是通过back-gate biasing可灵活调整MOS管阈值电压，支持更多射频电路新结构；五是通过控制back-gate 电压可简化实现射频电路校准和微调。
芯原的多种IP产品
从芯原的布局来看，其拥有多种IoT无线连接性技术，IP产品主要包括NB-IoT数字基带IP和射频IP、蓝牙BLE5.0射频IP和基于ZSPnano的链路层IP、多模式GNSS射频IP。
芯原NB-IoT IP
据汪洋介绍，在NB-IoT技术方面，芯原可以提供包括RF、收发器、基带、处理器和电源管理组件的高效单芯片集成。
芯原NB-IoT IP是FD-SOI 22纳米工艺下的单片方案，其集成了RF的最先进工艺，不仅采用低功耗设计，低工作电压及Body-biasing技术，同时由于寄生参数及噪声被压制，因此工作电流很小；此外其拥有为功耗及面积优化的数字电路，不仅工作电压低于0.8v，同时通过reverse body biasing将漏电流降到最低，22nm器件可缩小硅片面积。
值得一提的是，基于FD-SOI 22纳米工艺上的芯原NB-IoT射频IP是一个完整收发机，其拥有的几大亮点包括：无电感高增益 LNA、低 IF/zero IF 可配置 RX 架构、用于校准的TRX loopback、支持26MHz DCXO/VCTCXO和集成PMU。
而芯原NB-IoT 数字基带处理IP是基于ZSPnano core的单核基带处理，ZSPnano集MCU和DSP功能及特性于一身，其拥有低功耗、低成本的内核架构，以及全系统集成和验证。
从芯原NB-IoT 基带测试 告来看，在标准符合性测试方面，不仅使用第三方协议栈软件通过了PHY功能的系统测试，同时通过了R&S CMW500 测试仪的信令测试；此外在功耗测试方面，不仅内核电压可低至 0.65v，同时通过body-biasing技术将漏电流降至了最低。
芯原蓝牙BLE IP
据汪洋介绍，在蓝牙BLE技术方面，芯原BLE系统平台是可集成到SoC的完整蓝牙BLE系统解决方案。芯原BLE RF经多个测试芯片验证，多次迭代，可支持SMIC55和GF 22FDX FD-SOI 22nm工艺节点。此外，芯原BLE系统平台已通过BQB认证，具备高可靠性。
芯原BLE射频 IP具备高性能射频设计和低功耗优化，可以满足高集成度、高性能、低功耗、低成本这四大优势。在芯原BLE5.0 射频测试 告中，所有参数均符合BT5.0协议规范。
提到蓝牙，不得不提其最大的应用市场耳机。从有线耳机到无线耳机，再到真无线耳机（TWS），其市场发展也是日新月异。据调研机构数据显示，2024年，蓝牙音频及娱乐设备的年出货量为19.1亿台，其中，真无线耳机的占比将达38%；2024年，每年出货的音频及娱乐设备中，50%将采用低功耗蓝牙技术。
毫无疑问，TWS耳机占据着耳机市场中巨大的市场份额。汪洋认为，下一代 TWS 主芯片除了具备可靠连接、超低功耗、高音质的特点，还将具备主动降噪，AI辅助降噪，以及语音控制，智能控制的特点。
芯原GNSS射频IP
据汪洋介绍，基于GF 22FDX工艺的芯原 GNSS 射频 IP，其外部供电/电池电压为1.2V~3.6V，支持GPS L1、北斗B1、伽利略E1 和格洛纳斯 G1双频段，集成了PLL synthesizer, VCO & loop filter，同时拥有2dB串联噪声指数，以及高度集成的LNA及电源管理。
芯原GNSS 射频测试芯片是独立的射频芯片以供 IP 验证，其拥有完整的 Rx 通路，数字信号输出至基带处理，同时集成了集成 32K 振荡器及 LDOs。芯原GNSS 射频测试芯片可供 IP 评估，已经与基带方案合作方一起通过集成测试，测试结果显示 CN0 良好: ~40dB。
芯原的全球化布局
芯原成立于2001年，全球设有5个设计研发中心和10个销售与客户支持办事处。目前在全球有900多位员工，其中80%的员工在上海和成都，80%的员工专职从事研发。2018年12月，芯原集团完成了拆红筹重组，芯原上海已于2019年9月向上交所递交科创板IPO申请，目前已成功过会。
汪洋表示，芯原拥有独有的业务模式：芯片设计平台即服务（SiPaaS）。SiPaaS 模式具体是指基于芯原自主半导体 IP 所搭建的技术平台，为客户提供一站式芯片定制服务和半导体 IP 授权的一种商业模式。正如20年前台积电引领了芯片设计公司从“有制造”（IDM）到“无制造”（Fabless）的转变，芯原致力于帮助芯片设计公司从“重设计”到“轻设计”的转变。
坚持只做服务，不做产品，不与任何一家晶圆代工厂捆绑在一起，有着清晰定位的芯原正在正确的轨道上前进着。通过多年的自主研发及并购积累，芯原不仅可以提供世界一流的系统级芯片(SoC)和系统级封装(SiP)一站式解决方案，同时针对消费电子、汽车电子、计算机及周边、工业、数据处理、物联 等领域建立起自己的IP护城河，成功发展成为一流的“IP Power House”。
根据 IPnest 统计，芯原2019年度半导体IP销售收入在中国大陆排名第一、全球排名第七。芯原IP种类的齐备程度在全球半导体 IP 授权供应商中也具有较强竞争力。芯原至今已拥有高清视频、高清音频及语音、车载娱乐系统处理器、视频监控、物联 连接、数据中心等多种一站式芯片定制解决方案，以及自主可控的GPU IP、NPU IP、VPU IP、DSP IP 和ISP IP 五类处理器IP以及1,400多个数模混合 IP 和射频 IP。
汪洋最后强调，未来拥有多样化客户基础的芯原必将更好地应对日益增长的市场。
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