前言

一年一度的飛思卡爾技術論壇（Freescale Technology Forum；FTF）日前於中國深圳圓滿落幕，估計有超過2000人參與盛會。此次論壇主軸以Design Intelligence為核心，在汽車電子、工業控制、無線通訊、消費電子、網路傳輸這五大領域推出並發表多項技術內容成果。

今年全球FTF先於6月底在美國佛羅里達州揭開序幕，爾後接續在以色列臺拉維夫、日本東京、德國慕尼黑、法國巴黎、印度Bangalore以及中國深圳舉辦。除了在車用電子領域已維持相當厚實的基礎外，Freescale在手持式DSP和無線通訊晶片、自動化控制IC和類比／感測控制元件、網路通訊處理器和無線射頻晶片等領域，均擁有設計優勢地位，因此這次FTF除了讓與會者進一步認識Freescale的既有強項之外，也進一步介紹Freescale在無線通訊、消費電子、工業自動控制以及網路基礎建設的新興產品。

《圖一　FTF中國深圳展會現場一隅》

半導體產業市場重心朝向亞太地區移動

從全球佈局來看，半導體產業重心逐漸往亞太地區移動，亞太地區是全球半導體市場成長最快速的地區。Freescale副總裁兼亞太區總經理汪凱便指出，預估2006年到2010年亞太地區的年複合成長率將達到10.1％，其中中國9.5％，印度則為8％；再加上亞太地區消費能力不容小覷的中間階層正在高速成長，其中渴望新科技應用的年輕新興消費族群將佔大多數，半導體大廠正高度寄望與期待這塊潛力無窮的龐大市場。汪凱進一步表示，2006年Freescale在全球的總營收超過64億美元，亞太地區營收佔Freescale全球總營收的47％，今年FTF特別首次在印度舉辦，並且選擇在全中國電子產業年產值排行第一的深圳亮相，便是看好這兩塊新興市場發展重鎮的前景。

《圖二　Freescale副總裁兼亞太區總經理汪凱正在闡述來年發展計畫》

這也是為什麼Freescale要把全球消費電子和工業控制業務的總部從美國遷至上海的緣故，也是為了就近深化本身在模擬器、微控制器以及傳感器整合製造的市場優勢。舉例來說，上海創新中心便包括4個設計和應用實驗室：無線多媒體應用設計（WMAD）實驗室，重點在片上系統項目以及內建90奈米和60奈米技術的行動消費電子和汽車應用上；汽車實驗室提供動力整合、車身控制、底盤和安全應用等總體解決方案；MCU系統設計和應用實驗室；RF應用和DSP應用實驗室，支援網際網路和通訊應用。

目前Freescale在亞太地區設立8個研發中心，其中5個位於中國，包括北京、天津、上海、蘇州以及成都五區。成都設計中心集中研發RF、DSP和通訊處理技術，同時不僅是Freescale推動TD-SCDMA的主要基地，也負責QUICC Engine架構推進微代碼技術的研發作業。至於天津的晶圓廠，每週能夠向全球各地市場量產900萬顆微控制器、混合訊號晶片以及RF元件，亦是Freescale擁有完整測試和封裝能力的兩家工廠之一。

《圖三　FTF主題演講現場》

半導體產業出路：系統級整合差異化設計

作為半導體整合製造大廠之一的Freescale，對於技術發展趨勢也有相當程度的定見。Freescale 的CEO Michel Mayer以及高階副總裁兼CTO Lisa T. Su博士都不諱言表示，全球半導體市場即將邁入大規模重組階段，半導體產業看似有許多競爭者，未來卻不會有太多的公司持續存在，屆時全球16家主要的手機晶片製造大廠將只剩下4～5家；晶片價格的激烈競爭以及昂貴的研發成本，使得晶片廠商的利潤受到挑戰。

《圖四　Freescale高階副總裁兼CTO Lisa T. Su博士正在說明45奈米技術》

小時候出生於台灣台南的Lisa T. Su說明指出，以往半導體產業高速成長的態勢已經趨緩，無所不在的聯網環境以及消費電子領域，已成為產業成長的主要驅動力；系統級設計重要性越來越高，卻也越來越複雜；遵照差異化設計比摩爾定律更能提高處理器效能。至為關鍵的是，半導體整合製造大廠必須以系統設計角度，具體瞭解韌體與介面周邊的系統架構，將市場需求與系統設計整合於晶片製程當中，以滿足客戶的系統級需求（System Level Requirements），藉此降低整體成本、尺寸、功耗，提高效能、改善設計品質、縮短開發費用並加速上市時程（Time to Market），同時也必須順應節能與降低系統功耗設計的潮流，才能具備永續經營的競爭力。

勝利方程式：嵌入式處理器＋寬頻網通解決方案

對於未來的策略藍圖，Lisa T. Su強調，嵌入式處理器和網路通訊解決方案，將會是下一階段Freescale主要的發展重點；她並認為未來貫穿所有應用電子領域的技術核心，在於整合多核心處理器、無線通訊和網路連結解決方案的嵌入式控制系統設計架構，這將取代孤立的機電系統，成為下一世代半導體產業的主要驅動力。Freescale高階副總裁兼網路和多媒體事業群總經理Lynelle Mckay在談到未來的勝利方程式時亦認為，寬頻聯網新世代的來臨，將創造另一種商業應用模式，預估2011年全球將有8億8300萬個具有100Mbps高速聯網的終端裝置，架構出一個嶄新的寬頻網路世界。

《圖五　嵌入式處理器結合寬頻聯網的利基所在示意圖》

Lynelle Mckay表示，Freescale的嵌入式控制系統是以MCU和MPU的處理器結合軟體為核心，搭配感測器以及類比控制器作為主要架構；結合MCU／MPU、感測器及類比控制器的嵌入式控制系統，未來應用的廣度及深度將會超越目前以PC或是消費電子產品帶動半導體產業的現況，進而成為主流。因此嵌入式處理器、數位訊號處理器（DSPs）、多核心平台的網路處理器和多媒體應用處理器的晶片產品，應用領域將會越來越廣。分散式的智慧系統以及即時的連結機制，是工業控制半導體解決方案的主要發展重點。而車體自動化電子控制、聲控和面部辨識以及無線機械連結控制，也都會是Freescale發展嵌入式工業領域的核心項目。

展望未來應用趨勢，Lisa T. Su認為，寬頻接取以及無所不在的聯網環境，將帶動一個新興的商業消費模式，這其中包括：節能與降低二氧化碳等排放將不只是環保理念而已，也會進一步成為具有約束力的生產規章；日益增加的銀髮族生活需求，讓醫療看護、安全駕駛以及其他更為舒適便利的應用領域越來越重要。因此，具備整合性的市場應用趨勢，包括高效能連結（The Net Effect）、朝向綠色環保（Going Green）、擴展銀髮生活應用（Silver Living）等等，會是未來半導體晶片解決方案具體的服務項目。

掌握關鍵的多核心處理器技術

為因應上述發展趨向，每年在投資研發項目的資金超過12億美元，目前在全球擁有超過5900個專利團隊。過去3年來，Freescale主要的研發投資項目涵蓋四大部分：電子材料、處理運算、矽晶製程以及IP和晶片應用產品。貫穿這四大研發部分的主軸，便是45奈米及32奈米微細化製程的多核心處理器技術。提高多核心處理器效能，自然也是嵌入式控制系統架構的核心關鍵，而強調高速密集運算的應用環境，多核心架構勢必也會成為主流，因此Freescale看好伺服器多核心處理器和整合不同功能的多核心處理器應用在未來市場的發展。

《圖六　多核心處理器叢集應用效能示意圖》

Lynelle Mckay進一步表示，45奈米能比90奈米縮小50％的die size，並可降低50％的功耗，45奈米多核心處理器更擁有4倍的系統效能。Freescale已在45奈米製程技術領域已準備就緒，不僅與IBM和通用平台（Common Platform）技術合作夥伴特許半導體（Chartered）在32奈米半導體製程及封裝技術上達成協議，合作開發以圖形處理LSI為主的Bulk CMOS製程以及絕緣層上覆矽SOI（Silicon on Insulator SOI）技術；同時並導入高介電high-k閘極技術、應變矽（Strained-Si）技術、AirGap等low-k技術以及第2代濕浸曝光技術等。Lynelle Mckay強調，Freescale和IBM、Chartered、Samsung Electronics、Infineon等合作預定持續至2010年，2009年第4季度將投產32nm製程LSI，合作開發基地為位於紐約州East Fishkill的IBM基地。並且積極降低多核心數位處理器與RF基地台的Watt-Hr耗電量以及CO2的排放量。

《圖七　Freescale高階副總裁兼網路和多媒體事業群總經理Lynelle Mckay正在說明多核心處理器應用趨勢》

Lisa T. Su認為，多核心45奈米以及32奈米的High-K量產製程，將持續按照摩爾定律發展下去，但到22奈米階段時，半導體大廠會不會繼續相信摩爾定律而投資相關製程，仍有待觀察。為因應22奈米以下製程能否按照摩爾定律發展的不確定性，讓多核心處理器平均發揮最佳效能，也是半導體整合製造產業另闢蹊徑的良方。

《圖八　不同多核心應用市場接受曲線圖》

Lynelle Mckay進一步強調，成熟的多核心系統設計發展環境，必須搭配軟體架構、除錯診斷分析骨架和混合驗證的虛擬量測環境；多核心處理器應用的複雜度與彈性化的技術架構，使半導體大廠在設計上朝向以軟體為基礎的可擴充性方向發展。節能與降低系統功耗，成為半導體產業能否具有市場競爭力的關鍵。不過目前嵌入式多核心的發展並不如預期，因為多核心處理器若要能發揮高效能，在架構設計所要面臨的挑戰，便是如何簡化數百萬條程式碼在可編程以及除錯的複雜過程，並以既有的內核為主軸，順應多元整合的處理器應用，來確保熟悉的設計經驗得以延續。

FTF展會現場焦點

此次FTF的技術主題，涵蓋汽車電子、工業控制、無線傳輸、消費電子、整合網路等五大領域，論壇的互動技術展示區設立了70多個展台。除了Freescale在傳統車用電子以及ZigBee領域領先具有優勢的產品之外，在其他領域Freescale也推出較不為一般所熟悉、卻在會場中引人矚目的新款解決方案，包括應用於設備儀表整合TFT驅動的16位元MCU、車用整合高解析視訊與音訊處理器、多合一封裝胎壓監控系統、LCD背光模組、以i.MX為基礎的可攜式導航設備、GPON網路參考設計、用聲控連接運作可攜式裝置的SYNC平台、VoIP語音整合視訊功能模組、整合3G以及RF頻段的子系統解決方案、可編程WiMAX／LTE寬頻無線基地台解決方案、WiMAX MIMO基地台物理層、以及會場中最受矚目的3軸加速度計與低重力傳感器等等。以下是重點摘要介紹。

中央車體電子控制解決方案

《圖九　FTF會場所展示的整合資通訊娛樂之車體控制架構模型》

《圖十　採用Freescale汽車電子解決方案的嵌入式車用設備平台》

車用電子在每一台車內的普及率以每年6％的速度成長，嵌入式控制方案驅動著汽車電子整體系統的發展。汽車內建資通訊娛樂（Infotainment）設備的發展趨勢，正在改變人們對於汽車的定義與需求，同時也擴張了車用電子（Telematics）的應用領域。汽車電子不僅是要顧及車體各子系統內部的控制訊息，更要設計出一套能夠高度整合各子系統之間的中央車體電子控制解決方案，因此安全節能的控制平台、高效能的類比數位轉換、以及高解析的多媒體影像處理，便成為技術關鍵。FTF現場就展示新一代整合鳥瞰圖導航、線控駕駛（Steer-by-Wire）網路以及ZStar防翻車安全系統及其他資通訊娛樂功能的車體控制架構模型。其中Freescale和Wind River Systems合作的嵌入式車用設備平台，是針對車用資通訊娛樂系統所提出的解決方案，可在Freescale的Media5200上執行。汽車OEM廠商可使用預先整合的軟體技術，進行專案研發，以此加速產品上市時程。

車用多媒體資訊娛樂處理器

《圖十一　車用多媒體資訊娛樂處理器》

Freescale針對車用多媒體資訊娛樂所開發的新款車用資通訊處理器MPC5200B系統解決方案，可搭配Media5200開發作業平台、Lite5200B參考用機板，以及可擴充的第三方生態系統（ecosystem of third-party），加快系統開發和產品上市時間。這個支援高階多媒體應用程式的處理器架構相對簡化，具備760MIPS的MPC5200B能在一個PowerPC核心上，能同時執行汽車前座導航系統與後座娛樂系統，不僅能更有效率地執行各種應用程式，並還有多餘的效能空間可執行多媒體影音系統、3D導航系統與其它影音訊號編解碼功能。該處理器亦是Media5200開發平台的一部份，可發展下一代車用多媒體中心應用程式所需的硬體和軟體資源，包括：整合式影像系統、綜合多頻道音響子系統、數位相機輸入和整合式GPS。這個平台也支援整合式控制器區域網路（CAN）以及多媒體為主的MOST系統傳輸網路。

三軸加速度感測器解決方案

《圖十二　三軸加速度感測器解決方案》

Freescale也展示了為動作式操作使用者界面所推出的輕薄XYZ三軸式加速度感應器，能夠感應各類操作功能，例如傾斜捲動、遊戲控制、觸控消音、以及硬碟防摔等等。在設計上智慧型MEMS感應器可提供數位輸出，簡化微處理器與微控制器MCU的整合，體積比一般業界產品可縮小77％，可因應多功能可攜式裝置中的空間限制，無須再用到A／D 類比對數位轉換器和外部記憶體，適用於需要以手部移動來操作使用者界面的手持式終端周邊設備，以及需要感應移動、加速度或是傾斜度的家電用品。Freescale中國上海分公司總監陳光輝表示，三軸數位輸出加速度感測器，已經被應用於日系遊戲機感應器當中，Lisa T. Su則進一步透露，目前Freescale的三軸加速度計產品也已朝向GPS領域發展，應用範圍也將越來越廣。Freescale亞洲區產品系統應用工程師高德鈞說明時則指出，可攜式元件製造商還可將這三軸式加速度感應器，直接連接到i.MX架構的無線平台、或是高度整合的8位元MCU上，藉此設計出行動電話及可攜式媒體裝置的加速度感應器。

胎壓監控單一封裝解決方案

《圖十三　胎壓監控單一封裝解決方案》

Freescale推出智慧型單一封裝晶片組的胎壓監控系統（tire pressure monitoring system；TPMS），結合壓力感測器、8位元微控制器、雙軸加速度感測器及射頻RF功能，內含低功率損耗、可精準感應的電容式壓力感應器。TPMS所需的數位、類比及感測器功能都合併在單一封裝內，並內建加速度感測器，可偵測動作，亦能減少零組件數目，降低系統成本。在應用上不僅可讓汽車製造商精確偵測輪胎壓力，預防爆胎、減少生命危險、提升路面適應性、改善耗油程度、延長輪胎壽命、並能降低車輛的持有成本。單一封裝解決方案系統可設定在特定輪胎轉速時傳送測量數據，藉此使TPMS電池壽命延長至10年以上，封裝方案所使用的電容感應技術，在設計上就可以大幅降低功率損耗，延長電池壽命。

ZigBee家庭自動化控制

《圖十四　以家庭自動化控制為主的ZigBee解決方案》

Freescale也展示以家庭自動化控制為主要應用的ZigBee解決方案，包括簡易的MAC層軟體設計。Freescale亞洲區無線連結營運部門行銷經理鄺景亮表示，應用在家庭無線遙控溫度、燈光以及安全控制的ZigBee解決方案，主要是以8位元控制器為主，強調低功耗和體積微細化等功能，並可提升Mesh網路節點之間的資料傳輸效率。目前的設計方向是透過套裝平台（Platform in Package），使ZigBee應用基礎元件能夠整合於在單一套件中，減少元件數目以降低系統成本，並滿足WSN要求體積小與低成本的應用需求，因此封裝技術也很重要。

無線寬頻WiMAX／LTE基地台解決方案

《圖十五　可編程WiMAX／LTE基地台處理器解決方案》

《圖十六　WiMAX 基地台MIMO天線物理層設計》

為了因應3.9G高速寬頻無線通訊傳輸的環境，Freescale已經開發出WiMAX／LTE軟硬體參考套件，並且和中國浙江大學數字技術與儀器研究所合作研發WiMAX／LTE基地台解決方案，可整合多核DSP處理器架構，並能支援不同標準的基地台平台。Freescale亞太區網絡及通訊系統分部DSP系統應用資深工程師沈海亮表示，Freescale所設計出的快速系統開發平台（Rapid System Development Platform），能夠符合LTE未來上市時程的標準，可同時處理媒體存取控制（MAC）和物理層（PHY）；以此解決方案為基礎的基地台設備，在優化後具有高頻率、良好的通道密度和營運成本低等特點，目前相關基頻軟體設計都已經準備就緒，可加快並簡化高性能WiMAX基地台設備的鋪設流程。

用設計彰顯智慧

這次FTF清晰地勾勒出下一世代半導體產業發展的新輪廓，晶片整合製造需順應系統級整合差異化設計的大前提，並提出整合軟硬體套件和有效降低功耗節能的解決方案，才能符合未來市場需求。以嵌入式處理器結合寬頻網通的嵌入式控制系統設計架構，將會帶動半導體產業另一波的成長高峰，多核心處理器技術勢必成為主流。為因應上述發展趨勢，Freescale全面地推出相關晶片整合方案，用設計彰顯智慧，展現出半導體整合製造大廠的新風貌。