半导体厂抢滩可穿戴,竞推低功耗/小体积方案,

    穿戴式应用产品将更轻巧、省电。因应穿戴式电子装置对轻薄、小尺寸和低功耗等设计要求，半导体厂无不积极研发厚度更薄的封装技术，以及超低功耗晶片方案，以协助客户打造小体积且超长待机时间的穿戴式电子产品。

穿戴式应用热潮延烧至矽谷。看好未来穿戴式电子应用发展，半导体厂商Silego及QuickLogic分别推出极薄封装技术及超低功耗感测器集线器方案，协助客户设计小体积及超长待机时间的穿戴式电子产品。  
三星(Samsung)、高通(Qualcomm)、Google等厂商已在穿戴式电子市场初试啼声，发表智慧手表、智慧眼镜等装置；而2014年各种应用领域的穿戴式装置将如雨后春笋般冒出，为消费性电子带来新一波生气。在品牌厂商戮力研发创新的穿戴式产品同时，半导体厂商也已嗅到庞大商机，正火速发动穿戴式电子市场产品攻势。  

Silego插旗穿戴市场　极薄DFN封装技术亮相

看好穿戴式电子市场成长前景，Silego发表极薄矩形平面无接脚封装(Extreme Thin DFN, ETDFN)方案--Lo-Z，欲以仅0.27毫米(mm)的厚度以及超低功耗的优势，推出一系列可配置混合讯号积体电路(Configurable Mixed-signal IC, CMIC)，全面攻占穿戴式电子市场版图。  


图1　Silego行销总监Nathan John指出，采用Lo-Z封装技术方案将为客户带来较分离式元件方案更低的功耗以及更佳的散热表现。
Silego行销总监Nathan John(图1)表示，传统印刷电路板(PCB)元件配置方式往往受限于主动式元件(Active Circuit)与被动式元件(Passive Circuit)的厚度、体积不同，因此厂商常将双方分别放置于PCB的两侧，但若主动式元件厂商导入Lo-Z技术，即可让产品以仅0.27毫米的高度与被动元件放置于同一侧，并缩小整体电路板面积及厚度，而如此一来，手持式装置及穿戴式电子制造商将可开拓更多的外观尺寸(Form Factor)可能性。  

John强调，与晶圆级晶片尺寸封装(WLCSP)技术相较，Lo-Z封装技术可以为客户减少二分之一以上的产品厚度，且Lo-Z封装提供额外的环境光(Ambient Light)保护并可以避免WLCSP常发生的破裂问题。  

Silego总裁暨执行长Ilbok Lee指出，Lo-Z封装首波锁定的应用市场为穿戴式电子及运动健身手表，紧接着是软性显示器(Flexible Display)及射频(RF)模组市场，至于智慧型手机、平板及笔记型电脑亦将是该技术可着墨的重要领域。  

Lee认为，穿戴式电子市场变化甚钜，客户在极短的生命周期内欲创造差异化产品，将倾向于采用可编程方案，却同时具备高成本压力，因此Silego于业界创造CMIC分类，期结合类比元件与类似现场可程式逻辑闸阵列(FPGA)的架构，树立「可编程类比元件」标准，同时提供特殊应用积体电路(ASIC)的成本竞争力与FPGA的设计弹性，预期CMIC事业可为该公司带来至少3亿美元的潜在营收(图2)。  


图2　Silego市场定位
事实上，由于一级(Tier 1)客户对CMIC需求若渴，2009?2013年Silego旗下CMIC事业营收年复合成长率(CAGR)高达46%；而今年CMIC出货量已达五亿颗，为该公司挹注近5,000万美元的营收。  

John透露，Silego的Lo-Z封装技术已获得穿戴式电子主要大厂的青睐，未来将应用于运动健身手表、手环等应用市场，且该公司极有自信可以ETDFN封装技术夺下更多的大单，为Silego创造倍数成长的营收。  

Silego已抢先于旗下电源切换器(Load Switch)-- SLG59M1493Z GreenFET3系列产品导入Lo-Z封装技术。SLG59M1493Z系八接脚单通道电源切换器，尺寸大小仅1.0毫米×1.6毫米×0.27毫米。未来该公司计划将Lo-Z封装技术导入旗下其他产品线，包括GPAK可编程混合讯号矩阵(GPAK Programmable Mixed-signal Matrix)与GCLK 32.768kHz石英晶体替代产品系列。  

无独有偶，客制化特定标准产品(CSSP)厂商QuickLogic亦瞄准穿戴式电子的感测需求，欲以超低功耗的感测器集线器(Sensor Hub)方案挥军穿戴式市场。  


打造数位第六感　省电Sensor Hub亮相
穿戴式电子产品为打造更多元的感测应用，搭载的感测器数量已逐渐增加，造成功耗问题日益严重；因此QuickLogic开发出仅会消耗1?2%电池能量的超低功耗Sensor Hub解决方案，协助穿戴式装置制造商实现省电又精准的情境感知功能，让穿戴式产品成为使用者的数位第六感。 


图3　QuickLogic总裁暨执行长Andrew J. Pease认为，该公司的Sensor Hub方案可同时具备演算法弹性及功耗优势。
QuickLogic总裁暨执行长Andrew J. Pease(图3)表示，无论是三星Galaxy S4、苹果(Apple)iPhone 5S或富士通(Fujitsu)等品牌厂的高阶手机，皆十分强调智慧感测功能，包括健康监测、室内导航定位等；未来行动装置将增添更多智慧化功能，包含广告提示、天灾预警、安全驾驶等，而上述功能皆须透过陀螺仪、磁力计、光感测器、压力计等感测器实现。 

根据Semico Research市场研究报告，未来5年内，智慧型手机应用将占据57%的九轴感测器市场，与此同时，感测器集线器数量亦将同步攀升，以支援上述复杂的感测解决方案，因此2017年感测器集线器市场规模将达27亿美元，2013?2017年的年复合成长率高达26%。 

Pease强调，感测融合(Sensor Fusion)系感测器集线器的关键功能，而现今软体开发者多着重于透过先进的演算法提供更精确的感测功能，例如过往计步计仅记录步数及距离，未来功能将进阶至记录每一步的间距及手机是由消费者手持或放在口袋中；另一方面，手机的健康管理功能亦将由体重记录及计步升级至辨识运动类型或行进斜度、方向变化，以精准计算使用者卡路里消耗情形。 

尽管如此，行动装置精确的感测功能背后却是可观的功耗。由于情境感知资讯每天变换上百次，因此Always-on的情境感知解决方案需要即时的感测器管理、仅1?2%电池容量的超低功耗感测器演算法、对GHz等级应用处理器(AP)最小的干扰以及处理高速、精确动作感测的效能。 

Pease指出，感测器集线器须兼顾功耗及运作各式情境感知资讯的弹性，但以特定应用标准产品(ASSP)为基础的感测器集线器不具调整弹性，且功耗介于1~10毫瓦(mW)，至于微控制器(MCU)或应用处理器虽较有弹性，不过功耗却可能高于100毫瓦；相较之下，超低功耗感测器集线器以软体补强可编程装置，能针对新的演算法具备调整弹性，将可以低于1毫瓦的功耗运作，系MCU方案的三十分之一，因此该方案未来在穿戴式电子市场亦具备十足优势(图4)。 


图4　QuickLogic感测器集线器方案同时拥有超低功耗及高调整弹性的优势。
QuickLogic的超低功耗感测器集线器平台结合传输管理(Communication Manager)、弹性融合引擎(FFE)以及感测器管理(Sensor Manager)三大区块，可即时管理、计算智慧型手机应用处理器的感测器资料，其中，FFE系该公司特别设计用于感测器数据传送到应用处理器前，先针对数据进行相关处理、过滤和转译。FFE的微代码(Micro-code)可以编程，因此可实现感测器融合、背景感测器校准和情境变更演算法等复杂演算法功能。 

未来穿戴式电子应用将于各式领域遍地开花，成为半导体厂商除消费性行动装置后的另一块重要战场，半导体厂商如何针对穿戴式产品轻薄外型及续航力需求快速推出对应解决方案，将成为在该市场脱颖而出的重要关键。