浅析数字电源市场发展过程中存在的问题
作者:im足球 来源:im赛事 发布时间:2022-07-02 07:38:30

  随着节能成为当今世界的重大课题,电源管理也越来越受重视,技术水平的提升正不断优化系统的能效。但是,在“高集成度”、“数字化”等概念面前,企业更关注的还是市场和成本等现实问题。

  电源管理芯片曾被形容为半导体行业的灰姑娘,这表明电源管理芯片长期以来被认为是半导体业界一个不起眼的配角。然而,与数字电路市场的大起大落不同,电源管理芯片保持着长期、稳定的增长势头。Databeans公司的市场调查结果显示,2007年电源管理芯片全球销售额超过80亿美元,预计今年的增长可达7%。随着原油价格的不断上升,节能领域的应用无疑是给灰姑娘穿上了红舞鞋,电源管理应用正迈步走向半导体产业的前台。

  节能是当今电子制造的主旋律,各种电源管理芯片在这一领域正发挥越来越重要的作用。很多国家利用行政手段甚至立法鼓励生产厂家在其产品中运用节能技术。

  一提到节能,人们往往首先想到机器轰鸣的大型工厂。其实,信息技术应用领域的能耗在全球范围内也是非常惊人的。对此,凌力尔特公司电源产品部产品市场经理TongArmstrong在记者采访时做了形象的说明:“以分发数以百万计的YouTube视频并保持经济运行的服务器功耗为例,在2000年至2005年间,其用电量翻了一番,到2010年有可能再上升75%。在2005年,为了使诸如Google、Microsoft和Yahoo等因特网巨头所拥有的世界数据中心保持在线亿瓦电厂的总发电量。仅美国的服务器群所消耗的电力就需要5家上述巨型发电厂昼夜不停地运转。2005年,美国服务器群的耗电量达到了美国当年总发电量的1.2%。这部分能耗的公用事业费为27亿美元。可见,单就美国的服务器群而言,能耗在此水平下降1%将意味着每年可以节省2700万美元!”

  飞兆半导体公司技术及应用支持中心亚太区副总裁王瑞兴也对记者表示:“提高能效是半导体市场的主要发展趋势。燃油供应的不断紧缩,加上全球各地强制广泛采用的相关能效标准陆续出台,都推动着低功耗节能新技术需求的持续增长。电源管理IC将继续采用创新的节能方法,应对这些重大的能效挑战,从而提高能源效率和空间效率。”他还指出,弃用单相AC/DC电机而改用可变速电机,能够节省高达40%的能量,而把感应电机改为永磁电机,可提高效率达5%。可见,电源管理对节能的贡献是建立在技术不断突破的基础之上的。

  尽管电源管理技术并不遵从“摩尔定律”,但半导体制造工艺的发展对电源管理芯片同样有着深远的影响。随着SoC的集成度不断提高,很多产品处理器内部集成了电源管理功能,这样系统厂商就可以不必在外围搭配相应的电源管理芯片。因此,有业界人士担心,如果越来越多的电源管理功能都集成到处理器内,单独的电源管理芯片市场空间可能会被压缩。

  北京思旺电子技术有限公司总裁裴石燕告诉记者,这样的担忧至少在5年前就有了,但市场的发展似乎正在走向相反的方向。最近,有几家设计MP4和数码相机主芯片的公司甚至正考虑将主芯片中的电源管理功能分离出来,他们希望电源管理芯片设计公司能提供配合其主芯片工作的电源管理解决方案。

  “他们做出这样的选择,理由其实很简单。这些公司要在市场竞争中处于领先地位,就必须以尽可能快的速度提供功能尽可能完备的产品。”裴石燕解释道,“此外,他们的产品还面临着节能的压力,这就要求针对芯片的不同部分提供不同的电压,因此需要花费额外的时间去为芯片设计电源管理功能。然而关于电源管理的这一部分设计工作并没有使芯片的整体功能得到扩展,因此通常得不到终端用户的认可。这就是这些设计公司乐于把主芯片中的电源管理功能逐渐分离出来的原因。”

  尽管如此,业界专家还是认为,单芯片方案在便携式电子产品领域仍然是发展方向,而集成多个电源管理器件的电源管理单元(PMU)也将加速发展。

  在与数字电路的竞争中,模拟电路在通信、网络和智能家电等领域的势力范围都纷纷失守,唯有电源管理阵地还岿然不动。

  然而,近年来数字电源管理芯片产品也开始受到业界关注。有专家指出:在简单易用、参数变更要求不多的应用场合,模拟电源产品可能更具优势,因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现;而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的、复杂的高性能系统应用中,数字电源则具有更大的优势。

  但是,数字电源要得到大规模的推广应用还存在许多障碍,并且在可以预见的将来仍难有大的突破。杭州士兰微电子股份有限公司研究所副所长吴建兴在接受采访时表示:“从模拟控制转到数字控制将面临很多挑战。比如响应速度或带宽,数字控制电路是一个采样系统,涉及CPU和ADC的延时等问题,而模拟控制的反应是瞬时的;又比如加工工艺,数字电源中大量的数字电路迫使利用小尺寸的标准CMOS工艺以降低成本,而模拟电路在这些工艺上通常难以获得高的性能。因此高性能的数字电源产品在设计和制造上都具有挑战性,电源系统的数字化、智能化需要一定的时间。”

  推广数字电源管理芯片的最大障碍恐怕还是成本问题。上海岭芯微电子有限公司CEO张翌告诉记者:“纯粹的数字电源管理芯片一般必须额外加上A/D和D/A。标准的A/D和D/A器件的价格都会比一般的模拟电源管理芯片的价格高,现在的主要研究是将A/D和D/A做得刚刚够用以降低成本,所以在服务器、通讯电源等相对较贵的系统上有了应用,要广泛使用还是要解决成本问题。”

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