電源管理芯片市場穩中有升 技術突破不應忽視成本因素

    隨著節能成為當今世界的重大課題，電源管理也越來越受重視，技術水平的提升正不斷優化系統的能效。但是，在“高集成度”、“數字化”等概念面前，企業更關注的還是市場和成本等現實問題。 
 

    電源管理芯片曾被形容為半導體行業的灰姑娘，這表明電源管理芯片長期以來被認為是半導體業界一個不起眼的配角。然而，與數字電路市場的大起大落不同，電源管理芯片保持著長期、穩定的增長勢頭。Databeans公司的市場調查結果顯示，2007年電源管理芯片全球銷售額超過80億美元，預計今年的增長可達7%。隨著原油價格的不斷上升，節能領域的應用無疑是給灰姑娘穿上了紅舞鞋，電源管理應用正邁步走向半導體產業的前臺。

    技術創新促進能效提高

    節能是當今電子制造的主旋律，各種電源管理芯片在這一領域正發揮越來越重要的作用。很多國家利用行政手段甚至立法鼓勵生產廠家在其產品中運用節能技術。

    一提到節能，人們往往首先想到機器轟鳴的大型工廠。其實，信息技術應用領域的能耗在全球范圍內也是非常驚人的。對此，凌力爾特公司電源產品部產品市場經理Tong Armstrong在接受采訪時做了形象的說明：“以分發數以百萬計的YouTube視頻并保持經濟運行的服務器功耗為例，在2000年至2005年間，其用電量翻了一番，到2010年有可能再上升75%。在2005年，為了使諸如Google、Microsoft和Yahoo等因特網巨頭所擁有的世界數據中心保持在線狀態，其耗電量相當于14家10億瓦電廠的總發電量。僅美國的服務器群所消耗的電力就需要5家上述巨型發電廠晝夜不停地運轉。2005年，美國服務器群的耗電量達到了美國當年總發電量的1.2%。這部分能耗的公用事業費為27億美元。可見，單就美國的服務器群而言，能耗在此水平下降1%將意味著每年可以節省2700萬美元！”

    飛兆半導體公司技術及應用支持中心亞太區副總裁王瑞興也表示：“提高能效是半導體市場的主要發展趨勢。燃油供應的不斷緊縮，加上全球各地強制廣泛采用的相關能效標準陸續出臺，都推動著低功耗節能新技術需求的持續增長。電源管理IC將繼續采用創新的節能方法，應對這些重大的能效挑戰，從而提高能源效率和空間效率。”他還指出，棄用單相AC/DC電機而改用可變速電機，能夠節省高達40%的能量，而把感應電機改為永磁電機，可提高效率達5%。可見，電源管理對節能的貢獻是建立在技術不斷突破的基礎之上的。

    電源管理芯片慎言集成

    盡管電源管理技術并不遵從“摩爾定律”，但半導體制造工藝的發展對電源管理芯片同樣有著深遠的影響。隨著SoC的集成度不斷提高，很多產品處理器內部集成了電源管理功能，這樣系統廠商就可以不必在外圍搭配相應的電源管理芯片。因此，有業界人士擔心，如果越來越多的電源管理功能都集成到處理器內，單獨的電源管理芯片市場空間可能會被壓縮。

    北京思旺電子技術有限公司總裁裴石燕告訴我們，這樣的擔憂至少在5年前就有了，但市場的發展似乎正在走向相反的方向。最近，有幾家設計MP4和數碼相機主芯片的公司甚至正考慮將主芯片中的電源管理功能分離出來，他們希望電源管理芯片設計公司能提供配合其主芯片工作的電源管理解決方案。

    “他們做出這樣的選擇，理由其實很簡單。這些公司要在市場競爭中處于領先地位，就必須以盡可能快的速度提供功能盡可能完備的產品。”裴石燕解釋道，“此外，他們的產品還面臨著節能的壓力，這就要求針對芯片的不同部分提供不同的電壓，因此需要花費額外的時間去為芯片設計電源管理功能。然而關于電源管理的這一部分設計工作并沒有使芯片的整體功能得到擴展，因此通常得不到終端用戶的認可。這就是這些設計公司樂于把主芯片中的電源管理功能逐漸分離出來的原因。”

    盡管如此，業界專家還是認為，單芯片方案在便攜式電子產品領域仍然是發展方向，而集成多個電源管理器件的電源管理單元(PMU)也將加速發展。

    數字電源管理尚未成熟

    在與數字電路的競爭中，模擬電路在通信、網絡和智能家電等領域的勢力范圍都紛紛失守，唯有電源管理陣地還巋然不動。

    然而，近年來數字電源芯片產品也開始受到業界關注。有專家指出：在簡單易用、參數變更要求不多的應用場合，模擬電源產品可能更具優勢，因為其應用的針對性可以通過硬件固化來實現；而在可控因素較多、實時反應速度更快、需要多個模擬系統電源管理的、復雜的高性能系統應用中，數字電源則具有更大的優勢。

    但是，數字電源要得到大規模的推廣應用還存在許多障礙，并且在可以預見的將來仍難有大的突破。杭州士蘭微電子股份有限公司研究所副所長吳建興在接受采訪時表示：“從模擬控制轉到數字控制將面臨很多挑戰。比如響應速度或帶寬，數字控制電路是一個采樣系統，涉及CPU和ADC的延時等問題，而模擬控制的反應是瞬時的；又比如加工工藝，數字電源中大量的數字電路迫使利用小尺寸的標準CMOS工藝以降低成本，而模擬電路在這些工藝上通常難以獲得高的性能。因此高性能的數字電源產品在設計和制造上都具有挑戰性，電源系統的數字化、智能化需要一定的時間。”

    推廣數字電源管理芯片的最大障礙恐怕還是成本問題。上海嶺芯微電子有限公司CEO張翌：“純粹的數字電源管理芯片一般必須額外加上A/D和D/A。標準的A/D和D/A器件的價格都會比一般的模擬電源管理芯片的價格高，現在的主要研究是將A/D和D/A做得剛剛夠用以降低成本，所以在服務器、通訊電源等相對較貴的系統上有了應用，要廣泛使用還是要解決成本問題。”