芯東西（公眾號：aichip001）
作者 |? 云鵬
編輯 | ?漠影
在曾經(jīng)被海外巨頭壟斷的芯片品類，一家中國公司基于多年積淀和持續(xù)的創(chuàng)新突破，真正實(shí)現(xiàn)了在技術(shù)指標(biāo)上躋身前列，給行業(yè)帶來了一股新風(fēng)。
近期，芯東西走訪了一家位于北京中關(guān)村科技園區(qū)電子城科技園的專精特新“小巨人”——北京七星華創(chuàng)微電子有限責(zé)任公司，他們向我們展示了多款代表性電源芯片。
▲七星微電子北京總部
在與七星微電子多位高管展開的近兩小時深度專訪中，一場自主技術(shù)頑強(qiáng)突圍的“中國芯片敘事”，在我們眼前徐徐展開。一顆顆DC/DC變換器，在比“指甲”還小的器件中塞入滿滿黑科技，著實(shí)是“螺螄殼里做道場”。
為什么在AI當(dāng)?shù)赖慕裉?，我們要關(guān)注這樣一顆小小的電源芯片？
七星微電子技術(shù)負(fù)責(zé)人給出的答案很簡單：“AI需要好腦子，也需要強(qiáng)心臟?！?/strong>
實(shí)際上，今天的AI正加速走向邊緣和端側(cè)，從智能汽車、具身機(jī)器人、無人機(jī)到智能工業(yè)臂、AI高清攝像頭。AI能力越來越強(qiáng)大，智能終端設(shè)備對實(shí)時感知世界的需求越來越高，從圖像、音頻、文本到觸覺、聽覺甚至味覺信息。
形象地來看，AI模型和GPU、CPU等算力芯片就像AI的“大腦”，負(fù)責(zé)分析決策，各類高速信號處理板就像AI的“小腦”，負(fù)責(zé)將復(fù)雜信號翻譯為大腦看得懂的0和1。
當(dāng)然，光有“腦子”還不夠，電源芯片構(gòu)成的供電系統(tǒng)就像“供血中樞”，如同“心臟”般重要，將電流輸送至各個模塊，支撐起整個AI系統(tǒng)的運(yùn)行。
為AI打造一顆“強(qiáng)大心臟”，其重要性不言而喻。
尤其是在AI催生海量高速數(shù)據(jù)交互需求的當(dāng)下，高速信號處理板不斷挑戰(zhàn)性能和體積的極限，倒逼電源管理芯片必須向著“更高集成度、更小體積、更低噪聲、更高可靠性”的方向狂卷。
可以說，沒有扎實(shí)電源系統(tǒng)支撐，AI的落地就會寸步難行。
從高端儀器儀表、醫(yī)療成像設(shè)備、復(fù)雜機(jī)器人與工業(yè)控制到航空航天與雷達(dá)，幾乎在所有的“硬核”場景，高速信號處理板卡都是“剛需”，而這類板卡是硬件系統(tǒng)中最難啃的骨頭之一。
我們在七星微電子看到的多款黑科技滿滿的DC/DC變換器，正是回答這些行業(yè)痛點(diǎn)的“新答案”。
這些電源芯片在國產(chǎn)化、小體積、高可靠三個重要維度實(shí)現(xiàn)了突破，在技術(shù)指標(biāo)上可對標(biāo)全球頭部企業(yè)，在通信、工業(yè)、醫(yī)療、分布式電源系統(tǒng)等應(yīng)用場景都具備極高應(yīng)用潛力。
七星微電子技術(shù)負(fù)責(zé)人在與芯東西的深入交流中特別提到，他們始終奉行“推動中國電子行業(yè)持續(xù)發(fā)展”的使命，持續(xù)賦能國產(chǎn)高端電子元器件產(chǎn)業(yè)升級，很快七星微電子就會有更多重磅產(chǎn)品推向市場。
一、芯片設(shè)計、封裝工藝雙突破，精準(zhǔn)狙擊“高密度”時代行業(yè)痛點(diǎn)
在深入到產(chǎn)品技術(shù)細(xì)節(jié)之前，一個更首要的問題是：七星微電子為什么要做這件事？做好電源芯片，對產(chǎn)業(yè)究竟有著怎樣的價值？
對此，七星微電子技術(shù)負(fù)責(zé)人告訴芯東西，雖然大眾對AI的認(rèn)知多停留在高算力GPU的大電流供電，但在廣義的AI生態(tài)和高端制造中，電源的“小型化”和“高密度”同樣面臨巨大挑戰(zhàn)。
今天，各類電子設(shè)備都呈現(xiàn)出“高密度”發(fā)展趨勢，廠商們都希望在同樣的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多特性，或是將同樣功能集成實(shí)現(xiàn)在更小的模組內(nèi)。而所有電子設(shè)備都不可或缺的供電系統(tǒng)也成為提升空間利用率的重點(diǎn)優(yōu)化環(huán)節(jié)，板載供電模塊必須在更小空間內(nèi)輸出更大功率或?qū)崿F(xiàn)更高規(guī)格特性。
傳統(tǒng)分立式電源設(shè)計占用極大板級面積，已經(jīng)無法滿足如數(shù)據(jù)中心、通信基站、航空航天、工業(yè)等領(lǐng)域設(shè)備所用到的現(xiàn)代高密度板卡、高性能信號處理板的需求。
在AI時代，各類任務(wù)更常出現(xiàn)負(fù)載的劇烈波動，供電需要實(shí)現(xiàn)毫秒級響應(yīng)。在轉(zhuǎn)換效率方面，效率的提升往往意味著巨額的電費(fèi)節(jié)省或是續(xù)航的大幅提升。
可靠性方面，航天、航空、基站、工控等場景對穩(wěn)定性要求極高，高頻高電流，帶來的電磁干擾以及散熱問題都是芯片廠商迫切需要面對的挑戰(zhàn)。
七星微電子技術(shù)負(fù)責(zé)人在回顧行業(yè)發(fā)展情況時特別提到，高端POL電源芯片市場長期由德州儀器、ADI、MPS等國際巨頭主導(dǎo)，一方面，這導(dǎo)致供應(yīng)鏈安全受制于人，另一方面，也讓很多關(guān)鍵設(shè)備缺乏全套國產(chǎn)化替代方案。
電源芯片國產(chǎn)化替代加速已成為行業(yè)的另一重要特點(diǎn)，而其中DC/DC變換器作為供電系統(tǒng)關(guān)鍵組成，正成為國產(chǎn)化替代的關(guān)鍵戰(zhàn)場。
針對這一系列行業(yè)痛點(diǎn)，傳統(tǒng)的解決方案已經(jīng)觸及天花板，七星微電子給出了新的解法，選擇從“根”上入手，通過芯片設(shè)計和封裝工藝的突破、應(yīng)用去要空間。
二、國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)、行業(yè)率先推出，揭開“螺螄殼里做道場”的秘密
在與七星微電子的深入交流中我們了解到，雖然同屬DC/DC變換器這一細(xì)分品類，但這幾款產(chǎn)品具體技術(shù)特性和突破點(diǎn)都不盡相同，應(yīng)用場景也有所區(qū)別。
可以說是“顆顆能打，各有所長”。
其中重點(diǎn)提及并反復(fù)討論的一款DC/DC變換器是HCE4644S，這也是極具代表性的一款電源芯片。
HCE4644S發(fā)布于2023年12月，是國產(chǎn)化四通道POL逆勢翻盤的里程碑產(chǎn)品，也是全球率先推出，七星微電子技術(shù)負(fù)責(zé)人提到，這款產(chǎn)品使得POL電源行業(yè)進(jìn)入了新的發(fā)展階段。
從技術(shù)指標(biāo)來看，HCE4644S是一款有完整的四通道4A輸出、寬電壓輸入的DC/DC變換器，采用了芯片嵌埋基板工藝。
基于這一工藝，七星微電子在芯片封裝中內(nèi)置了開關(guān)控制器、功率FET、電感器和所有的支撐元件。HCE4644S在8.0mm×8.0mm×2.2mm的體積內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)4V到14V的輸入電壓，每通道0.6V到5.5V的輸出電壓，四通道并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)16A的電流。
七星微電子技術(shù)負(fù)責(zé)人特別提到，HCE4644S這一型號是國內(nèi)目前4顆芯片嵌埋于基板中率先量產(chǎn)的產(chǎn)品，相較于國際頭部廠商的進(jìn)口器件，其占板面積減小了52%，高度降低了2.8mm，在超小尺寸的同時還實(shí)現(xiàn)了性能的提升，可以說實(shí)現(xiàn)了“既要又要”。此外，其熱阻降低了50%以上，可以進(jìn)一步提高產(chǎn)品的可靠性和壽命。
在應(yīng)用場景方面，HCE4644S大有可為，包括高速信號處理板卡中的各類FPGA、ASIC、微處理器的供電，賽靈思A7、K7、V7、Zynq7系列FPGA，恩智浦LS10XX系列網(wǎng)絡(luò)處理器，以及英特爾Cyclone V等主流處理器。
從通信與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工業(yè)與醫(yī)療電子到分布式電源系統(tǒng)等領(lǐng)域均可以覆蓋。HCE4644S可以在交換機(jī)、路由器中，為各種高速芯片供電，也能適用于測試測量設(shè)備、便攜式醫(yī)療儀器的電源部分，還可以作為板載負(fù)載點(diǎn)的理想電源轉(zhuǎn)換器。
另一款產(chǎn)品為七星微電子自研的高密度雙通道電源HCE4622D，其為一款完整的雙通道各2A輸出、寬電壓輸入的DC/DC變換器，采用面板級扇出型封裝工藝封裝，據(jù)稱是國內(nèi)體積超小的每通道最大可輸出11W的雙通道電源。
其在4.5mm×2.7mm×2.3mm的小體積內(nèi)可實(shí)現(xiàn)3.6V到最高20V的輸入電壓，每通道0.6V到5.5V的輸出電壓。相較于海外對標(biāo)的LTM4622ML，占板面積減小了69%，可在標(biāo)準(zhǔn)QFN封裝中提供低EMI、高功率密度解決方案。
場景方面，HCE4622D可以應(yīng)用于Zynq7系列FPGA、PCIe和嵌入式計算系統(tǒng)中的Advanced TCA載波卡高級夾層卡（AMC）；一些便攜設(shè)備、正弦波信號發(fā)生器，工業(yè)與通信設(shè)備中的分布式供電也可以應(yīng)用。
第三款DC/DC變換器為HCE3009，其定位“超小體積的負(fù)載點(diǎn)標(biāo)桿產(chǎn)品”，發(fā)布時間較海外頭部企業(yè)提前兩年左右，是一款完整的單通道5A輸出、寬電壓輸入的DC/DC變換器。
芯片嵌埋基板工藝封裝使其占板面積僅相當(dāng)于兩顆1210電容大小，可以在AMD Versal HBM系列、Versal AI Edge系列自適應(yīng)SOC，嵌入式系統(tǒng)中供電。
七星微電子在交流中向我們重點(diǎn)提及的最后一款產(chǎn)品為HCE4638，其為核心處理器核電解決方案的重要貢獻(xiàn)組件，采用了支架電感封裝工藝，有著完整的單通道15A輸出。其內(nèi)部器件同樣采用了三層堆疊設(shè)計，也是國內(nèi)超小體積的單通道最大可輸出82.5W的電源，體積僅有6.25mm×6.25mm×4.92mm，有極高的功率密度。
電感置于封裝體外部可以讓器件有更好的散熱表現(xiàn)，散熱效率高于國外進(jìn)口器件，這是其關(guān)鍵技術(shù)突破之一。
從射頻前端、收發(fā)器、PA驅(qū)動器等高功耗基站設(shè)備模塊供電到Ascend 310P等GPU輔助供電，HCE4638均可以勝任。值得一提的是，其還能在交換機(jī)與路由器中，為ASIC、高速SerDes、PHY芯片提供15A級核心電源。
縱觀這些DC/DC變換器，先進(jìn)封裝工藝是其核心優(yōu)勢，形象地來看，這些先進(jìn)封裝工藝，就像在寸土寸金的北京二環(huán)內(nèi)，把老平房改造成立體公寓，有著地下室+地上住宅的極高空間利用率。
七星微電子技術(shù)負(fù)責(zé)人告訴芯東西，對于客戶來說，最直觀的效果莫過于“1顆國產(chǎn)芯，替代4顆進(jìn)口貨”，成本更低、性能更強(qiáng)，同時供應(yīng)還更加安全、可控、穩(wěn)定。
當(dāng)然，這樣的成果來之不易，他們聯(lián)合多家封裝廠進(jìn)行了電源芯片的適配以及大量模組工藝的開發(fā)和突破，這才得以將這些先進(jìn)封裝工藝落地在產(chǎn)品中。
客觀來看，七星微的多款DC/DC變換器均在體積功率密度、多通道集成方面實(shí)現(xiàn)了局部超越，其基礎(chǔ)電氣參數(shù)已經(jīng)與國際主流產(chǎn)品持平，封裝工藝國內(nèi)量產(chǎn)的突破更是給客戶吃下了“定心丸”。
用七星微電子技術(shù)負(fù)責(zé)人的話來說，“客戶要的不僅是‘國產(chǎn)’的穩(wěn)定保障，更是‘省板面積、少物料數(shù)、快交付’，客戶選擇七星微電子不是因?yàn)椤坏貌弧?，而是因?yàn)椤娴暮谩??！?/strong>
三、數(shù)十年深厚行業(yè)積淀，設(shè)計制造封測驗(yàn)證一體化，解密七星微技術(shù)護(hù)城河
七星微電子今天的突破絕非一日之功，而是深厚技術(shù)積淀的階段性成果落地。
在近兩個小時的采訪中我們深刻感受到，七星微的每一位成員談及產(chǎn)品和技術(shù)細(xì)節(jié)都“如數(shù)家珍”，對技術(shù)和行業(yè)層面的探討有著發(fā)自內(nèi)心的熱情。他們每個人或許經(jīng)歷了七星微電子生命歷程中不同的階段，但貫穿始終的是七星微對技術(shù)創(chuàng)新的持續(xù)追求。
作為專注于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計和封測的一家創(chuàng)新型平臺企業(yè)，七星微有著遠(yuǎn)超“創(chuàng)企”的深厚積淀，這也是他們能夠賦能國產(chǎn)高端電子元器件產(chǎn)業(yè)升級的底氣所在。
今天，作為“創(chuàng)新型平臺企業(yè)”的七星微與傳統(tǒng)芯片公司有何不同？作為老牌玩家的七星微能夠在新時代給行業(yè)客戶提供怎樣“獨(dú)特”的價值？
對于這個問題，七星微電子技術(shù)負(fù)責(zé)人給出了非常直觀且簡明的回答：從設(shè)計到封測，從研發(fā)到驗(yàn)證，他們把高端電源芯片的“全鏈路”都握在了自己手里。七星微真正做到了全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控，能為客戶提供穩(wěn)定持續(xù)的供貨保障，助力客戶從容應(yīng)對市場波動與量產(chǎn)需求。
具體展開來說，在核心研發(fā)設(shè)計能力方面，七星微有著幾十年的深厚積累，有著海量的應(yīng)用經(jīng)歷，歷經(jīng)不同客戶的驗(yàn)證和苛刻使用環(huán)境的考驗(yàn)，芯片設(shè)計硬實(shí)力毋庸置疑。
而在多維研發(fā)設(shè)計能力方面，其有著綜合設(shè)計平臺，在具備常規(guī)IC設(shè)計能力的同時，還具有覆蓋磁、熱等多物理場仿真與設(shè)計能力，遠(yuǎn)超單一芯片設(shè)計企業(yè)。
同時，七星微能充分整合自有工藝平臺與外部頭部封測廠的戰(zhàn)略合作資源。一方面，依托自有工藝產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案快速迭代與開發(fā)；另一方面，通過與頭部封測廠商深度協(xié)同，開展定制化封測工藝聯(lián)合開發(fā)，從而形成更穩(wěn)定、更靈活的綜合交付能力。
七星微電子技術(shù)負(fù)責(zé)人特別提到，七星微還擁有行業(yè)內(nèi)權(quán)威的CNAS驗(yàn)證平臺。CNAS是對企業(yè)試驗(yàn)場地、試驗(yàn)設(shè)備、人員能力等多維度的綜合性權(quán)威評價，而七星微具備 CNAS認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室及權(quán)威檢測資質(zhì)，可自主完成各類可靠性與環(huán)境試驗(yàn)。
在七星微電子技術(shù)負(fù)責(zé)人看來，該實(shí)驗(yàn)室能夠真實(shí)模擬客戶實(shí)際應(yīng)用場景，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全流程質(zhì)量可控，這也是其區(qū)別于同行的核心驗(yàn)證能力優(yōu)勢，對客戶服務(wù)與產(chǎn)品落地具有重要價值。
簡單來說，客戶用其提供的解決方案，可以更省心省力，甚至做到“開箱即用”。
在電子元器件行業(yè)競爭日趨激烈的當(dāng)下，智能制造水平與供應(yīng)鏈穩(wěn)定性，已成為企業(yè)核心競爭力的關(guān)鍵標(biāo)尺。
七星微電子依托SPI/AOI技術(shù)驅(qū)動數(shù)字化質(zhì)量管控轉(zhuǎn)型，目前負(fù)載點(diǎn)電源自動連線生產(chǎn)設(shè)備及AOI系統(tǒng)，已經(jīng)完成質(zhì)量管控從 “人防” 到 “機(jī)防” 的升級，通過SPI/AOI自動化檢測技術(shù)替代傳統(tǒng)人工檢驗(yàn)，規(guī)避人工疲勞、技能差異帶來的質(zhì)量波動。同時，七星微全程沉淀了海量可追溯量化數(shù)據(jù)，為后續(xù)引入AI質(zhì)量預(yù)測與優(yōu)化體系打下了扎實(shí)基礎(chǔ)。
▲七星微電子自動化生產(chǎn)線
在七星微電子技術(shù)負(fù)責(zé)人看來，這種全鏈路自主可控的智能制造能力，不僅是七星微電子的技術(shù)底氣，更是對客戶的核心承諾。穩(wěn)定的產(chǎn)能、可控的品質(zhì)、高效的交付，他們用硬實(shí)力夯實(shí)了供應(yīng)鏈安全底座，確保每一批產(chǎn)品能可持續(xù)、穩(wěn)定持續(xù)供貨，讓客戶的量產(chǎn)計劃、項目迭代無后顧之憂。
目前，七星微電子已構(gòu)建起覆蓋電源芯片、數(shù)字芯片、信號鏈芯片、存儲芯片、SiP系統(tǒng)級封裝模塊及電源模塊等在內(nèi)的豐富產(chǎn)品矩陣，品類齊全、結(jié)構(gòu)多元。隨著新品持續(xù)落地與布局深化，公司正加速推進(jìn)技術(shù)普及與場景化應(yīng)用，為人工智能、通信、工業(yè)控制、航空航天等多個高價值領(lǐng)域提供核心芯片支撐。
在技術(shù)研發(fā)和支持方面，七星微在全國有7個客戶支持中心，可以提供本地化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，5個研發(fā)中心則能夠?qū)崿F(xiàn)多地協(xié)同研發(fā)和創(chuàng)新。
結(jié)語：國產(chǎn)硬科技突圍，高端芯片市場國產(chǎn)化提速，“大心臟”讓AI跑得更遠(yuǎn)
未來，在AI技術(shù)繼續(xù)高速演進(jìn)之下，AI的“大腦”必將越來越聰明，而是否有一顆強(qiáng)大“心臟”則決定著AI可以跑多遠(yuǎn)。
在七星微等國內(nèi)企業(yè)的積極突圍之下，以DC/DC變換器為代表的電源芯片所構(gòu)成的供電系統(tǒng)作為AI“心臟”，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在高端市場的突破， 國產(chǎn)方案從“可用”走向“好用”，甚至在體積和特定指標(biāo)上比肩、超越國際頭部企業(yè)。
在近兩個小時深入交流中，我們看到：七星微的故事，絕不是簡單的“國產(chǎn)替代”，而是用硬核技術(shù)創(chuàng)新，生生在巨頭長期壟斷的市場中撕開一道口子，找到新的可行路徑。
在與國內(nèi)優(yōu)秀CPU/GPU/FPGA廠商協(xié)同之下，七星微已成為構(gòu)建真正自主可控且性能強(qiáng)悍的中國計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)的重要參與方。
