模拟芯片有多重要

IC Insights预估，在电源管理、讯号转换与汽车电子三大应用的带动下，模拟芯片市场在2017~2022年的复合年增率(CAGR)将达到6.6%，优于整体IC市场的5.1% 。2017年全球模拟芯片市场的规模为545亿美元，预估到2022年时，市场规模将达到748亿美元。

在2018年，汽车应用将是带动模拟芯片市场成长的最大动力，预估市场规模将可成长15%。讯号转换则主要应用在通讯与消费性电子产品，是目前模拟芯片最主要的应用领域，未来3~5年的成长速度均可望维持在10%以上。至于电源管理芯片市场部分，2018年的成长速度会稍微减缓，从2017年的12%降到8%。

为什么看好模拟芯片

在这样一个对数字电路处理有利的世界中，模拟技术更多地用来处理对它们不利的过程。但这个现象可能正在改变。随着汽车成为半导体消费大户，未来可能会有好消息。 “通过TCAD，工艺设计公司可以了解它们对于PLLs和其他模拟部件的工作效果。” Synopsys产品营销副总裁Tom Ferry说:“随着芯片进入汽车市场的模拟内容越来越多，可靠性也越来越重要，因为它们的市场越来越大，所以我们会有更多的类型。 今天汽车设计的芯片比五年前要多。 这使得他们值得投资更多的钱，以便获得更多的生意。我们需要平衡这个过程，以满足集成部件的数字和模拟需求。”

需要大量模拟芯片的芯片，包括传感器、电源管理、集成MEMS和成像应用等组件，并不急于获得数字支持的最新节点。许多这些组件中需要与高电压相互作用，对噪声非常敏感，并受益于标准逻辑过程中无法获得的特殊器件类型和隔离技术。这导致了专门从事模拟能力的“超摩尔” 工艺节点的兴起。这些技术是新的工艺风格，但应用于更大的特征尺寸(高达180nm!)，并且支持双极晶体管、高压DMOS器件(一些器件能够处理超过100V!)，以及埋井和其他隔离策略，允许高精准模拟与嘈杂数字共存。 当模拟是设计的关键需求时，我们看到很多客户选择这些工艺。

已经开发了设计技术来帮助模拟电路克服其中的一些问题。例子包括后期校准和模拟电路的数字辅助，以动态调整变化。 这些不是免费的。 数字补偿的一个例子是流水线ADC。 这具有计算开销和数字的延迟，意味着补偿比纯模拟实现更慢，并增加了总功耗。

在技术节点上也可能有妥协的余地。“对于混合信号设计来说，数字内容庞大，但这不足以证明跳转到finFET的合理性，我们看到大量针对65nm的设计是一个不错的中间位置。 对于需要一些射频功能的设计，例如针对IoT边缘设备市场的设计，这一点尤其如此。

老化模型(Aging models)已经基于数字电路开发，并且在生命周期中，对模拟/ RF可靠性的关注不多。对于必须保证产品寿命的汽车和医疗应用来说，这可能会成为一个更大的问题。许多模拟电路依赖于匹配，这意味着如果两个组件老化程度和方式不相似，则会产生其他问题。这可能导致更频繁的重新校准，也可能导致更复杂的设计。 如果器件无法重新连接到测试仪进行校准，也可能意味着芯片或系统需要额外的复杂性。

较小的几何形状具有更多的可变性。“由于我们能够以大量的细节来模拟制造工艺，所以我们可以在制造工艺流程中注入可变性”，Borges说:“随着规模的不断扩大，这一趋势正变得越来越重要。通常，对于与数字相关的模拟应用，如设备匹配来说，这些效果变得更为重要。需要精心设计的过程来实现着一些功能。”

必须注意，不需要对这些模型产生太多的悲观情绪。“重要的是保持相关变异的来源，因为实际上，一些变异性来源可能在某种程度上互相抵消。”

业界长期以来对数字化的关注已经导致模拟技术被尽可能地挤出圈子，但模拟总是必须的。今天，当模拟内容很重要是，对于这个问题的答案是，留在较大的节点上，但是代工厂的额外努力可能产生一些更好的折中方案，允许数字和模拟可以集成而不会有不公平的偏见。汽车可能是推动这一趋势的行业。