「超越手機」，東芝電子中國面向IoT布局晶元

從手機到「超越手機」

當前，智能手機等移動設備在半導體的消耗量佔壓倒性的多數(如圖1)。從手機近十年的發展歷程可見，原來是功能性手機，現在把原來PC等同的運算能力、雲服務、網路服務、AI智能功能，已經加入到了智能手機里(如圖2)。從另一個角度看，手機把類似於人的五官的感知，諸如攝像頭、多軸感測器等也匯總進來。如果再加上執行器件，就會像人的肌肉一樣，可以形成機器人。

因此，隨著智能手機的進一步發展，越來越高的性能、低功耗、小型化、高性價比，可以廣泛應用到物聯網、無人機、機器人等各種各樣的領域，即」超越手機」(beyond mobile)。

圖1 移動設備引領半導體發展

圖2 移動設備發展的示意圖

超越手機

為此，在近日舉辦的2018「慕尼黑上海電子展」期間，東芝電子元件及存儲裝置株式會社數字營銷統括部總監吉本健、東芝電子(中國)公司副總經理野村尚司、存儲器戰略業務企劃統括部總監中藤俊輔、存儲&電子元器件解決方案市場統括部總監譚弘先生介紹了東芝的「超越手機」規劃及展示的重點產品。

*VR(虛擬現實)。從智能手機平台進入到其他領域的時候，會產生介面不一致的地方。例如VR主要是使用高清晰度的小型顯示設備，其實這是從智能手機顯示屏發展而來的，智能手機原來使用的是MIPI DSI(顯示屏串口介面協議)(如下圖)。但是VR主要從PC轉變來的，採用了大量的高清圖像，因此主要使用HDMI介面方式。因此圖像介面方式的制式統一是目前碰到的困難之一。再例如，智能手機的平台和設備進入到多媒體電視、安防監控領域的時候，也遇到同樣的問題，非高清晰度的圖像介面並不具備大型的HDMI的介面。

為此，東芝推出了與介面互相轉換的橋接晶元，例如把MIPI CSI(攝像頭串列介面)介面轉換到HDMI相關的介面。

*智能家居

2017年智能音箱的發展迅猛，前提是需要在家庭的各個地方能組成智能網路，且需要低功耗、小封裝的設備，而且能夠通過無線通訊，以實現語音和數據的傳輸，這是藍牙的應用場景之一。

為此，東芝推出的藍牙晶元TC35678整合了控制晶元，可實現很低的功耗(如下圖)。而且新的藍牙晶元不像過去那樣只能點對點通訊，現在已能組網(例如ScatterNet組網)。晶元尺寸也越來越小，可以放到非常小的設備上。再有，可以實現長距離傳輸，東芝的藍牙5方案最遠可以傳到600 m。而且，東芝的藍牙4.2版本最高電流只有3.3 mA，相當於能夠在鈕扣電池供電情況下使用3-4 年。

圖3 東芝BLE的部分產品及方案、規劃

2018年1月，東芝推出了基於第五代版本的藍牙技術的藍牙晶元，主要有兩個特點：①通訊距離可以實現近600 m，大大超越了以前的產品。②能夠支持寬溫度控制狀態，像這種非常惡劣的工作狀態都能實現，可以應用到車載或者工業上的極端要求的環境。

東芝另一個有趣的產品是語音控制方案：ApP Lite應用處理器——TZ2100。當前的智很多智能音箱產品必須要聯網才能識別語音命令。而東芝的ApP Lite方案可以不聯網，且識別的時間控制到0.3-0.4 s以下，而且可以根據不同場景進行編程配置(下圖)，例如在廚房油煙機開啟下識別語音。

*FlashAir集成了存儲、WiFi和網頁伺服器

東芝專利的FlashAir前兩年就有展示，今年新的方案不僅僅是Flash卡和Wi-Fi結合起來，而且整合了網頁伺服器(Webserver)的功能。即「Flash存儲、Wi-Fi、Webserver」三合一，用在有SD卡槽的終端設備上，實現物聯網的應用(如下圖)。

*介於FPGA和ASIC之間的FFSA

FFSA介於FPGA和ASIC之間。FPGA的初期投入比較少，開發靈活而快，但一旦投入量產，成本和功耗非常高。ASIC的研發周期較長，而且先期的一次投入費用較高。因此可以用FPGA設計電路，需要降低成本的時候，再轉到FFSA上。據悉，部分國內外大型網路路由器廠商和筆記本用固態硬碟控制器廠商已採用了FFSA。

*自動駕駛

ADAS(高級輔助駕駛)與自動駕駛成為熱點話題。東芝推出的圖像識別晶元能夠支持L3級駕駛。另外，歐盟2018年版的防碰撞標準——NCAP(新車碰撞測試) 2018(必要條件)提出，要能夠實現夜晚情況下檢測行人、自行車、橫向穿越的物體等。東芝新的Visconti 4晶元符合歐盟第四代的碰撞標準，已開始量產。

Visconti 4與前代產品相比，處理速度進一步提高，有8個圖像識別核心，可以實現8種不同的功能，處理時間縮短一半，可以降到50 ms以內。

現在有一種趨勢，廠商把人工智慧(AI)的演算法做進去。東芝在設計和研發的下一代的晶元當中，已經加入了AI功能。其實在圖像處理、自動駕駛等方面，和每個國家地區的場景、路況有非常緊密的關聯。東芝在推出基本核心產品以後，會對路況進行進一步的識別和訓練，以適合全世界各個市場。

那麼，東芝的方案與英偉達有何區別呢?英偉達是通過GPU加速的方式進行圖像識別。用GPU+GPU，就是把很多GPU加在一起來進行圖像處理，其架構下面是很多GPU，然後在軟體層把演算法加進去，用運算量/軟體的演算法進行圖像的識別。從媒體公開發布的信息來看，英偉達方案的功耗是500 W，但如果用Visconti來做，只有1~2 W。為何有這樣巨大的功率差?因為Visconti把演算法集成到硬體的加速器上，以硬體為主來實現圖像識別。對於新能源車/電動汽車，續航里程是非常關鍵的指標。所以在節省功耗方面，東芝的Visconti可以做更大的貢獻。

目前的Visconti 4是第四代產品。Visconti 的前幾代已獲採用，例如，第二代2015年已經開始通過日本的電裝量產，搭載在整車上，在日本、美國、歐洲市場上銷售。新的Visconti 4，整車廠已經開始生產。

*車載網路

隨著自動駕駛和車聯網的發展，越來越多的感測器/攝像頭搭載在車身上，帶來的挑戰是數據的傳輸需求越來越高。如果用車內的電纜進行傳輸，會達到幾公里的長度、幾十公斤的重量。為了解決這個矛盾，業內推出了新車專用的乙太網。與現有的車載用的車身數據通訊系統、通訊的標準相比，車載的專用乙太網的數據帶寬和傳輸效率有非常大的提高。

為此，東芝推出車載乙太網橋接的晶元——TC 9560系列。

*新能源車用光耦

東芝的光耦是非常有特色的產品，連續十幾年佔有世界光耦市場第一。東芝的光耦有17年以上給整車廠供貨的經驗，在目前為止已經有3億顆銷售到市場上，特點是低功耗(如下圖)。隨著最近新能源車的大力推廣，車載光耦的市場越來越大，特別是在電池管理、電機驅動部分，都廣泛使用到車載光耦來隔離信號。在國外的混動車裡，東芝約佔60%~70%的份額。東芝三年前在中國市場開始首推車規光耦。東芝已與本土很多整車廠商直接合作，有些測試已經開展一年多了，預計今年會有銷售量較大的知名車型上市。

圖 東芝車規級光耦消耗電流較低

*機器人

手機如果配上執行的部分，可以形成機器人的應用。東芝有豐富的電機控制經驗和基礎，結合東芝的電機控制的晶元，整合到所需要的設備的驅動部分、應用部分，就可以實現各種應用。

例如，全球最新發表的狗形智能寵物，就用到了東芝馬達的驅動晶元，來實現執行和運動。

*電源器件

2017年東芝曾在慕尼黑上海電子展推薦過東芝的無線充電方案。在無線充電三大聯盟里，東芝加入了兩大聯盟。2017年東芝推出了15 W左右的充電產品。隨著iPhone X搭載無線充電裝置，現在無線充電設備已經是百家爭鳴。東芝在無線充電的領域能夠提供從低功率，到中功率(15 W)以上的產品晶元。

東芝有特色的智能功率模塊(IPD)主要應用於家電的變頻電機的領域。公司把驅動電機所需要的IPD驅動模塊、二極體以及控制迴路，封裝在一個模塊裡面，稱之為叫IPD，特點是600V貼片封裝，低損耗，能夠非常方便供家電用戶使用到變頻電機的控制上(如下圖)。

*存儲器及硬碟

東芝發布了最新的BICS FLASH?。隨著智能手機、車聯網、物聯網各方面的應用，對存儲的需求越來越大。整個世界對快閃記憶體的需求，每年的複合增長率在40%左右。到2020年預估存儲的需求量是2016年的4倍以上，所以整個市場對存儲的需求會越來越高。

為了跟上不斷快速增長的快閃記憶體需求，東芝積極在快閃記憶體生產領域進行投資。2017年2月東芝已經發布了建設最新的四日市工廠的第六棟，今年可以正式投產。今年第六棟第二期也將建成，接下來也會逐步投產。

東芝的四日工廠提供了全球產能的40%左右。除了東芝的四日工廠，在日本的岩手也新建一座快閃記憶體的新工廠，已經開始建設了。

從快閃記憶體工廠生產出來的晶元，進入到各種存儲設備。從智能手機到再到其他應用，現在新的產品不斷推出。新的UFS和e-MMC的產品也推向市場。為了進一步在物聯網領域引入新的產品，東芝推出了無線SDXC卡「FlashAir?」，集成了Wi-Fi技術和網頁伺服器(Webserver)功能，把它變成了一個與物聯網相連的產品。

關於SSD產品，今年準備投入市場的新產品是面向數據中心、企業級的東芝SSD產品，分為兩個系列：CM和PM。PM的介面是SAS，高性能。CM是最新的NVMe介面方式，主要是面對伺服器和數據中心的產品。

圖 東芝近幾年的存儲器SSD及規劃

XG5和BG3是面向消費級市場的SSD產品，採用了東芝的最新的64層BiCS FLASH TLC晶元。

硬碟產品(HDD)方面，東芝是全球三大供應商之一，2016年是23%的市場份額，最近2017年還在不斷增長。東芝希望不久後，硬碟份額能夠超過30%。

針對數據中心大容量數據存儲需求，東芝推出全球首個大容量14 TB CMR HDD(如下圖)。

它內部有九片磁片構成，中間不是用空氣，而是充的氦氣，來降低磨損動作。這是東芝專門針對中國市場需求推出的產品，因為中國是全球監控攝像頭最大的生產商和出口製造基地。專門針對監控行業的硬碟產品，能夠同時服務於16路的視頻攝像頭，這樣一個專用監控的硬碟。

那麼Flash未來的發展，是繼續增加層數，還是有其他的方式嗎?中藤俊輔稱，目前東芝的量產產品是64層，接下來會量產最新的96層的3D的Flash快閃記憶體。同時現在正在開發100多層的3D，會在不久的將來投入量產。當然無限制疊加晶元也是不可能的，我們也在預研開發一些其他方案的存儲晶元。

目前TLC是市場的主宰，QLC出現以後，業界充滿了爭議。東芝SSD仍採用了TLC的技術，東芝如何看待QLC的SSD的發展前景?中藤俊輔解釋道，現在主要還是TLC，當然東芝也推出了一些QLC的產品和樣品。整個來講TLC和QLC這兩個產品，它的可靠性和讀寫次數還是有較大的差異。在企業的伺服器和數據中心的伺服器當中，根據客戶的應用，其實對數據的存儲壽命和參數有不同的要求。QLC價格相對有優勢，但是性能和可靠性，和TLC相比還是有比較大的差異。因此，QLC比較適合使用存儲不是經常使用的數據，它的讀寫次數有一個使用需求——不是熱數據的存儲，這比較適合。

今後可能會分成兩個市場，一個要求高性能的，但是對價格稍微高一點的市場。另外一個對性能要求不是很高，要求低成本的，可能是QLC SSD的市場。

那麼車載存儲如何布局?中藤俊輔指出，現在東芝在車載市場是以車規用的e-MMC為主，今後會以UFS潮流向前發展。如果整車廠或者客戶需要更加大容量的車規的存儲，可能要選用UFS產品。選擇車規的Memory(內存)，其實Memory的控制器是一個關鍵的部分。東芝會和控制器廠商(註：含東芝內部生產的控制器)共同合作和整車廠進行推進。 目前為止，東芝主要是和Tier 1(汽車一級供應商)為主的客戶合作，2017年開始與更多的整車廠進行交流，進行包括認證等合作，建立一個生態圈系統。

圖 車載存儲器市場長期項目

結論

總之，當智能設備逐步超越手機的範疇，進入到物聯網(IoT)或整個世界時，東芝布局了許多重點晶元產品來支持這些應用，例如連接類晶元、圖像處理晶元、馬達驅動晶元、電源和功率器件、存儲器等。

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