ADI：工业级芯片如何锤炼

谈及自家产品时，赵轶苗眼神发亮，他会如数家珍地谈到每一个产品系列的特色。“ADI最新推出的SAR型ADC，分辨率可以做到32位（约42.9亿分之一）；我们有适用于地震波检测的10MHz采样率、18位分辨率的ADC；ADI还有超高速ADC，12位分辨率时带宽可以做到10GHz，在高端测试仪器与数字示波器中得到广泛应用。”在被问到ADI公司（亚德诺半导体）的模数/数模转换器（ADC/DAC）为何能独步天下时，赵轶苗举例道，“不管是高精度、高速，还是高精度与高速相结合的产品，ADI都把ADC产品做到了行业内最好的水平。”

ADI公司系统解决方案事业部总经理赵轶苗

在2019国际智能制造生态链峰会上演讲

作为ADI公司成立50周年（2015年）纳斯达克敲钟仪式上的50名代表之一，赵轶苗曾经负责ADI中国研发中心，从2006年到2016年，ADI中国研发团队共完整开发了50多款产品，其中有6款获得ADI年度产品设计奖。而且，ADI中国研发中心连续四年在有着“芯片设计奥运会”之称的国际固态电路峰会（ISSCC）上发表论文，这是大陆唯一以企业形式能够连续发表ISSCC论文的单位。“这些论文全部由中国籍员工独立完成，”赵轶苗表示，ADI在模拟领域取得的成绩，离不开创新与积累，“ADI非常鼓励创新，重视在做产品中激发工程师的创新能力，创新是ADI工程师文化的重要组成部分，而且ADI公司非常有积累，过去50年一直深耕模拟芯片领域，我们现在能取得大量的创新，得益于站在巨人的肩膀上。”

增长率“时差”

模拟芯片应用需求千差万别，尤其是工业级应用，不同场景需求通常需要相应的芯片来对应，因此衡量能否进入主流模拟芯片厂商门槛的标准之一就是看其产品线覆盖率，这是公司底蕴与积累的体现。以ADI为例，现有4.5万种产品，从传感、测量、连接，到数据分析处理与系统安全，ADI有完整的工业级系统解决方案，而且全部强调高性能、高可靠性与高安全性，并不主打性价比。

不过，即便能够覆盖工业领域全场景需求，但在进入中国市场的早期，ADI的发展速度反而没有现在快。“在中国GDP两位数增长的时代，ADI在中国市场的增长只有约8%”赵轶苗告诉探索科技（TechSugar）， “这几年全国GDP增长只有个位数了，ADI在中国市场的销售额却连年达到两位数，甚至出现过20%以上的增长。原因之一就是制造业在向高端升级，需要相应的技术配套来做支撑，这时候ADI的优势就能体现出来。”在探索科技（TechSugar）看来，中国过去粗放式经济增长时代，无论是通讯业还是制造业，投入到高端市场的资源按绝对值算非常少，近年来状况已经发生了巨大变化，所以ADI真正迎来了属于自己的中国机会。

这个增长率“时差”真实反应了中国制造业从求数量到求质量的变化。以中国电子信息制造业为例，根据工信部的相关统计，2000年时我国电子信息制造业营业收入已达13万亿元以上，仅以规模而言，已经是全球第一。2017年，我国手机、计算机、彩电等主要产品产量分别达19亿部、3.07亿台、1.72亿台，手机、计算机、彩电产量分别占全球总产量的90%、90%和70%以上；光伏产业链各环节生产规模已连续多年全球占比超过50%，稳居全球首位；中国大陆企业显示面板出货面积达6900万平方米，位居全球第一。

追求规模已经不能让中国制造业再上台阶，只有转变发展模式，改造传统生产方式，增加在高端制造业上的投入，果断拥抱工业4.0时代机遇，才能让中国制造业突破当前瓶颈。如赵轶苗在2019国际智能制造生态链峰会上演讲时所指出：工业4.0将会引入更多的传感器与设备，更多的数据从物理网络并入到云系统，通过强大的分析处理能力与人工智能算法，制造业生态链厂商将实现多维度处理数据能力，让生产效率得到指数级提升，并且生产系统更灵活、更安全。

对于中国市场需求的变化，赵轶苗体会颇深。在接受探索科技（TechSugar）专访时，赵轶苗举了几个例子，他表示，中国制造业在新兴产业跟进上速度非常快，与世界先进水平差距不大。比如锂电产业的蓬勃发展，就带动了锂电池生产测试的需求，目前中国厂商在锂电测试上走在了前列。ADI针对锂电测试推出的AD8452系列产品，即为锂电生产测试而开发的定制芯片，满足国内锂电池厂商对更高精度、更高集成度与更高可靠性的需求。面板产业也与之类似，由于国内面板产业的快速推进，ADI在屏幕生产测试领域的解决方案越来越受到欢迎。

事实上，不只中国有产业升级需求，伴随消费级市场陷入停滞，在没有新突破之前，全球科技巨头纷纷将希望寄托在企业级市场，产业互联网提法日趋火热，作为产业互联网最有潜力的方向之一，业内人士对工业4.0或者工业互联网的前景均有共识。

工业市场的机会

但实现工业4.0的路径尚不清晰，产业发展时间表还未明确，如何评估在智能制造上的投入产出比也没有标准，要真正让工业互联网发挥效应，业界还有很多工作要完成。

要发挥工业互联网效应，首先要完成工业互联网的硬件基础设施建设，而谈芯片级的工业应用，ADI公司最合适不过。这家全球模拟芯片领导厂商2018年62亿美元营收中，约8.5成业务都是面向企业级市场，其中工业应用市场占比近半（2019年一季度工业市场营收占比为47%）。

在2019国际智能制造生态链峰会演讲时，赵轶苗总结了五个应重点关注的工业市场机会，分别是软件可配置系统、云端连接、机器健康监测与管理、系统安全，以及机器人。

具体来看，软件可配置是实现柔性制造的基础。工业应用现场需要大量的输入输出（IO）接口，传统方式采用固定模式接口，模拟输出口只能用作模拟输出功能，数字输入口只能做数字输入功能，这种处理初始成本最低，运营维护也相对简单，但若生产计划变化（比如一条马达生产线，市场需求改变需要生产与之前产品有较大区别的另一种马达），则不易改变，重新布置成本高、风险大，甚至要推到重来。如今越来越多的行业更新换代周期缩短，也就引发了对IO接口软件可配置的需求，利用ADI的SoftwareIO产品，可以实现对每一个输入输出接口的软件可配置，任何一个IO口都可以配置成模拟或数字模式的输入或输出口，这样系统工作状态切换只需要在软件层面进行配置，可以迅速响应市场需求变化，减少设备重复投入，实现更高的投资回报比。

而云端连接是实现智能制造根本技术支撑，只有联网设备，才有可能实现智能分析与控制。但工业网络标准众多，型号复杂，新老设备或不同连接标准的设备之间实现联网经常遇到困难，工业系统之间的兼容性并不好。ADI针对工业互联的解决方案是Fido，Fido系列产品通过一颗芯片可以支持不同的工业网络标准，实现不同架构之间设备的连接，该系列产品也将支持下一代工业互联网标准。Fido支持100Mbps的时间敏感性网络（TSN），并计划开发1Gbps的TSN技术，以满足工业应用中大数据应用场景下的实时性需求。

机器状态监测与传感器技术密不可分，利用传感器收集到的数据，机器状态监测（CBM）系统对设备运行状况进行监控与分析，从而让制造商更加有效地运营管理生产线，减少停机次数，提高生产效率。赵轶苗表示，作为MEMS技术的发明者，ADI的工业级MEMS产品性能非常出色，对低速或直流信号的响应速度和能力极其突出，抗震能力很强，体积又小，零漂、噪声以及线性度都是行业内标杆，为简化系统设计难度，ADI尤其强调模块化设计，方便用户快速开发。

工业领域的安全则有多重含义。生产安全离不开隔离技术，工业中有大量高压场景，需要采用隔离技术为工作人员创造安全操控空间，而随着工业总线速度需求提升，对安全技术也提出了更高要求，在慕尼黑上海电子展上，ADI展出了1.1Gbps的HDMI视频隔离传输方案。赵轶苗还强调，除了功能安全，数据安全也越来越受到重视，ADI正在开发防克隆的基于芯片物理层的数字认证技术，期望通过基于硬件的数字认证技术与软件加密技术相结合，实现一条基于硬件认证的数字信任链，从而保障工业数据采集、传输与处理的安全。

机器人本身就是一个完整系统，因此可以用上几乎所有的ADI核心工业技术，包括传感、电源、连接、信号处理及安全技术，ADI也针对机器人应用推出了很多定制产品，例如超小尺寸双通道同步SAR型ADC系统AD7380，面积只有9平方毫米（3毫米x3毫米），精度达到16位。“越来越多的高机械手臂，特变是关节环节，需要非常小提及的模数转换器实现高精密控制，”赵轶苗解读这款产品的开发背景，“利用AD7380，客户可以把以前难以实现的机器人关节精细动作控制做出来。”

随着工业应用日趋复杂，智能制造生态链上的厂商能否提供系统级解决方案就显得尤为重要。以ADI公司为例，工业应用市场以解决方案来对产品进行划分，用客户更容易理解的方式来提供技术支持，“我们会更关注差异化的系统级解决方案，满足工业客户的具体要求，让芯片的价值在系统中体现，给客户提供更完整、更快速、更可靠和高性能的方案。” 现任ADI公司系统解决方案事业部总经理的赵轶苗表示，芯片公司向系统方案提供商角色转变已经成为行业趋势。

如何锤炼中国的工业级模拟芯片

谈及工业应用时，赵轶苗提到最多的词是可靠与安全，这些指标的高低就是工业级产品与消费类产品的关键区别。以工业以太网为例，相比消费级的高速率，目前业内支持TSN的工业以太网最高速率不过100Mbps。赵轶苗告诉探索科技（TechSugar），在真正的工业生产领域，用户非常注重技术的成熟性，当可靠性与吞吐量出现冲突时，工业用户会优选可靠性。

芯片数据速率提高，往往意味着系统设计冗余减小，出错几率提升，对于工业应用而言，这就需要供应商先把技术上可能的“坑”排除以后，客户才会考虑上马新技术。“消费级网络1Gbps一点也不稀奇，但应用在工业领域就要面临很大挑战，工业应用对数据传输的准确率及安全性要求极高，打电话掉个线问题不大，但如果是工业控制的信号传错了，很可能就是安全事故，”赵轶苗解释道，“工业级产品需要花大量的时间把可靠性与安全性做好，一代产品的可靠性与安全性本身就是以时间为代价，反复验证、实践、迭代而实现的，ADI的工业产品确实历经千锤百炼，然后我们才敢拿到工业客户去推广。这样的技术发展节奏，就是工业市场的特点。”

在迈向工业4.0过程中，中国也不应缺少自产的工业级模拟芯片，但现阶段来看，我国模拟芯片公司在工业领域差距还比较大。赵轶苗认为，中国的模拟芯片公司要进入工业级市场，最重要的是耐心。“大多数中国半导体公司可以实现具体的功能，也能达到一定的性能，但工业级产品需要全方位的高性能、高可靠性与高安全性，这些要求，只有通过经验累积、反复迭代才能实现。”

对于投资模拟芯片的资本而言，也是耐心更重要。投入的资金满足工业级芯片开发必要需求后，再单纯靠增加投入并不能加速其开发节奏，只有深入理解工业级模拟芯片投资逻辑，尊重工业级模拟芯片开发的客观规律，能够容忍5年甚至更长时间的回报期，再考虑投资工业级模拟芯片才比较合适。

探索科技（TechSugar）首席分析师王树一也认为，在工业应用等企业级市场，厂商试错成本极其高昂，以想走捷径试图“弯道超车”的思维来做工业市场，最终往往得不偿失。真想在这个市场有所成就，就要认真考虑赵轶苗给出的建议：不要只考虑模仿，要在创新上下功夫，工业级模拟芯片技术最需要磨练，有足够的耐心，方能把一个好产品锤炼出来。