下一代芯片革命讓世界更快、更好、更智能

　　半導(dǎo)體、醫(yī)藥、消費(fèi)電子行業(yè)公司--比如應(yīng)用材料公司(Applied Materials)和恩智浦(NXP)--正在制造將改變我們身體、環(huán)境或交通方式的設(shè)備。

　　我們周圍的世界不久將被那些影響我們生活空間、我們的身體、以及影響我們聲光體驗(yàn)的設(shè)備所吞沒，這些設(shè)備的動力來自半導(dǎo)體與微型發(fā)動機(jī)的創(chuàng)新結(jié)合。諸如給智能手機(jī)充電、煮雞蛋之類的簡單任務(wù)，以及復(fù)雜如掃描結(jié)直腸癌或?yàn)殚L距離飛行無人機(jī)提供動力等都將被改變。

　　通過將刺激信號轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)據(jù)，傳感器賦予機(jī)器感知光線、高度、濕度的能力。即將來臨的革命將充滿反其道而行之的所謂致動器。通過將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為某種形式的力量，比如光線、電磁波，甚至能夠推動物體的物理壓力，致動器能夠讓機(jī)器使我們的世界簡單化。

　　致動器像之前的傳感器一樣，是科技上下求索的部分成果，目的是為了讓機(jī)器做越來越多的事情，效率越來越高，有史以來最高效的信息設(shè)備微處理器即是其典型體現(xiàn)。

　　斯坦福大學(xué)機(jī)械工程系副教授薩福(Paul Saffo)表示，我們花了五十年時間打造計算機(jī)的大腦(微處理器)，現(xiàn)在應(yīng)該給這些大腦相應(yīng)的肌肉影響我們的世界了。

　　“大家可以隨便看看任何笨重的東西，然后把它做得又小又便宜，”薩福說。“未來便是我們?nèi)绾斡酶俚臇|西做更多的工作。”

　　于是整個工業(yè)都將被重新塑造。比如，化石燃料市場將遭受新的挫折，因?yàn)殡妱悠囉靡粔K簡單的充電板電可充電，其方式就像座充給Apple Watch充電一樣。

　　生命科學(xué)市場也將不得不適應(yīng)新的世界，在這個世界口服一粒膠囊便可進(jìn)行檢查和治療。配備致動器的機(jī)器人能夠十分精確地移動部件和進(jìn)行無線充電，從而將承擔(dān)更多制造任務(wù)。

　　在這個更快、更好、更智能的世界里，致勝者將是應(yīng)用材料之類的公司，這是全球最大的半導(dǎo)體制造設(shè)備公司，正在開發(fā)利用創(chuàng)新材料更高效地動用能源的辦法。Integrated Device Technology公司(IDT)之類歷史較老的模擬芯片公司將因其掌握電能運(yùn)動的能力而獲得新的重要性。新近上市的明星公司，比如無線能源公司Energous，隨著其產(chǎn)品成為現(xiàn)實(shí)將獲得優(yōu)勢。造就致動器革命的更多公司尚未上市。

　　拿微波爐這樣的笨設(shè)備來說吧。在芯片制造商恩智浦亞利桑那州辦公大樓的一間會議室里，幾臺微波爐放在一起做演示。負(fù)責(zé)該公司新興應(yīng)用部門及射頻烹飪的維薩(Dan Viza)希望通過烹飪一個雞蛋來顯示公司芯片的神奇功能。

　　你不能在微波爐里烹飪雞蛋。因?yàn)槲⒉t發(fā)射微波的磁控管力量太大，會使雞蛋爆炸。維薩的電器看起來就像一臺傳統(tǒng)微波爐，但安裝了一個功率放大器，即恩智浦銷售多年的芯片。該芯片用在移動蜂窩基站中向你的手機(jī)發(fā)送射頻信號。

　　在微波爐中，功率放大器就是利用微波輻射刺激食物分子的致動器。但它能夠持續(xù)改變微波輻射強(qiáng)度，和磁控管的統(tǒng)一輻射不同，當(dāng)食物比較嬌嫩時能夠調(diào)低輻射強(qiáng)度。最后烹飪出來的雞蛋變了形，裝在小盤子里。咬一口會發(fā)現(xiàn)雞蛋硬，不好吃，但也并非嚼不動--介于煮雞蛋和蒸雞蛋之間，但完全可以吃。

　　維薩及其同事、恩智浦射頻芯片業(yè)務(wù)經(jīng)理哈特(Paul Hart)表示，如果功率放大器能夠烹飪一個雞蛋，那它也能烹飪整頓飯。他倆把它稱之為“高分辨率烹飪”設(shè)備。維薩說，磁控管以要么打開要么關(guān)閉的方式提供微波輻射，但利用恩智浦的芯片就能夠控制微波輻射，為不同溫度區(qū)間的食品分配熱源，為蔬菜、肉類、面包等你放進(jìn)去的食品適用不同的加熱方式。

　　這本身不是什么新技術(shù)，多年來恩智浦一直在出售功率放大器。但直到2014年，該公司才能夠以完全符合家電制造商標(biāo)準(zhǔn)的方式制造一臺足以高效地將電力轉(zhuǎn)化為熱量的設(shè)備。

　　和恩智浦的芯片不同，一些致動器需要半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)突破。前途最光明的突破之一是由氮化家化合物做成的半導(dǎo)體材料。在將電子運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛲廨椛涞哪茉捶矫妫@種材料比硅有效得多。

　　氮化鎵(GaN)獲得了越來越多的追隨者?？偛课挥诩又莞ダ锩商氐膭?chuàng)業(yè)公司Soraa利用該技術(shù)開發(fā)了發(fā)光光譜大大拓寬的新型LED燈泡。在這種燈泡的照射下，色彩顯得比典型LED燈照射下更加豐富。

　　對于GaN的熱情，很少有人比得上加州創(chuàng)業(yè)公司Efficient Power Conversion (EPC)聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO李都(Alex Lidow)。他的團(tuán)隊正在推廣令人震驚的大量創(chuàng)新。其中一項是以色列公司Check-Cap開發(fā)的結(jié)直腸癌檢測藥丸。結(jié)直腸癌是美國癌癥第二大死因，五十歲以上的美國人都建議進(jìn)行結(jié)直腸癌篩查，但40%的人沒有進(jìn)行篩查。Check-Cap CEO丹澤爾(Bill Densel)稱，篩查很有效果，能挽救性命，但過程很不舒服，令人尷尬，所以人們不去。

　　EPC的GaN芯片放在藥丸里，由病人吞服，無需禁食。藥丸進(jìn)入體內(nèi)之后，隨著組織暴露于X光之下，GaN芯片檢測到從結(jié)直腸壁反彈的光子。這些光子可用來生成結(jié)直腸的360度輪廓圖。該光子數(shù)據(jù)發(fā)送到病人穿戴的無線接收器。

　　平均兩三天后藥丸從體內(nèi)排出，病人把無線接收器交給醫(yī)生分析。向結(jié)直腸內(nèi)壁突出的息肉，以及那些不規(guī)則的東西，我們在看輪廓圖的時候便一覽無余，丹澤爾這樣解釋息肉和腫瘤探測。這項檢查預(yù)計花費(fèi)約六百美元，而結(jié)腸鏡檢查就需1200美元或更多，還不包括麻醉費(fèi)用。

　　Check-Cap正在準(zhǔn)備一系列臨床研究，最終在2018年進(jìn)行美國食品藥品管理局審批研究，預(yù)計可在明年完成。該公司今年8月進(jìn)行了注冊直接公開募股，現(xiàn)金充足，能夠用到明年。值得一提的是，Check-Cap仍然是一家處于發(fā)展階段的公司，股票市值只有2300萬美元。

　　EPC正在與另一家未披露名稱的公司合作，開發(fā)無線供電人工心臟，不再向患者身體接入各種金屬線。

　　另一項用途以色列創(chuàng)業(yè)公司BlueWind Medical(Rainbow Medical子公司)正在開發(fā)。該公司制造一種神經(jīng)刺激設(shè)備包圍神經(jīng)末梢，通過對突觸產(chǎn)生小的電場來調(diào)節(jié)痛感。該設(shè)備可由患者通過體外無線控制器開關(guān)減輕痛感，一天最長可用八小時，定將成為止痛藥的替代品。

　　不過，很少有東西像李都所想的那樣富余遠(yuǎn)見，他認(rèn)為筆記本電腦電源線將成為歷史。“十年內(nèi)，我們將開始看到電源線的消失，”他說。我不知道誰會喜歡電源線。

　　EPC與絕大多數(shù)無線電源制造公司往來，其中之一為上文所提IDT。該公司制造“磁性電感器”部件，通過向磁線圈送電，能源可傳輸?shù)脚c之接觸的另一線圈。這就是Apple Watch的充電方式。迄今為止IDT賣出了7000多萬無線充電器芯片，是業(yè)內(nèi)老大。

　　IDT首席技術(shù)專家Sailesh Chittipeddi認(rèn)為，電感器大有用武之地，銷量會達(dá)到數(shù)億規(guī)模。

　　在傳感器方面，汽車是一個重要試驗(yàn)場。汽車裝備的電子產(chǎn)品越來越多，比如特斯拉的17英寸視頻儀表盤和車載攝像頭。所有這些都使得芯片的電線連接增多。Chittipeddi表示，各部件之間的電線連接幾乎占到整車重量的三分之一。

　　Chittipeddi說，汽車側(cè)視鏡控制可由電感器而非電線供電;汽車制造商正在盡可能地采用無線技術(shù)以設(shè)法降低成本。

　　目標(biāo)更宏偉的是無需接觸便可運(yùn)行的磁共振。Lidow的公司正與包括波士頓WiTricity在內(nèi)的眾多團(tuán)隊合作。WiTricity公司創(chuàng)始人是麻省理工物理學(xué)教授索爾亞契奇(Marin Soljacic)，解決了調(diào)諧磁線圈以更加高效地傳輸能源的辦法。

　　WiTricity CEO格魯森(Alex Gruzen)表示，公司與一家大型筆記本電腦制造商就即將實(shí)現(xiàn)的無線充電能力達(dá)成協(xié)議，并與汽車制造商合作以實(shí)現(xiàn)千瓦級電力無線傳輸。“設(shè)想一下你的車庫地面上有一塊襯墊，汽車停在上面便可自動充電，距離汽車底盤一兩英尺無線充電，” 格魯森說。

　　對有的人來說，IDT和WiTricity的接觸式充電或短距離充電還不夠遠(yuǎn)大。無線和半導(dǎo)體業(yè)界資深人士經(jīng)營的Energous認(rèn)為，通過利用類似恩智浦微波爐技術(shù)的射頻電源，可在最遠(yuǎn)達(dá)15英尺的距離對房間內(nèi)的設(shè)備無線充電。

　　這種充電方式不如有線充電快速，但如果你周圍表面到處都嵌入傳輸設(shè)備，能夠持續(xù)使用，那么快速也就沒有必要。Energous CEO雷佐尼(Ateve Rizzone)表示，在這種情況下，從你駕車到坐在辦公室，再到在家休息的時間，你的可穿戴設(shè)備或手機(jī)都會源源不斷地獲得電力，持續(xù)滿電運(yùn)行;設(shè)備電力耗盡，急急忙忙找插座的時間將減少。

　　也有持懷疑態(tài)度者，其中部分是專業(yè)人士，比如TechInsights子公司Chipworks科技情報部副總裁莫里森(Jim Morrison)。莫里森認(rèn)為，無線電源至少還要等五年，它太超前，目前根本不具成本效益。

　　還有Seeking Alpha網(wǎng)站，網(wǎng)站上一些博士論文式的文章反駁Energous的技術(shù)主張。

　　雷佐尼謹(jǐn)慎表示，“賣空者已成為一個問題。他們非常聰明，綜合了很多聽上去振振有詞的精確數(shù)字，造成一定程度的擔(dān)憂，但我們將繼續(xù)克服這些問題。”事實(shí)上該股今年累計上漲了一倍多，自2014年3月上市以來累計上漲56%。“因?yàn)樽罱K該技術(shù)是實(shí)實(shí)在在的，是安全的，我們將獲得聯(lián)邦通信委員會的批準(zhǔn)，”雷佐尼說。

　　雷佐尼說，利用Energous技術(shù)的首批產(chǎn)品是接觸式充電器，定于明年一季度出貨;無線充電距離在一個房間的非接觸式充電器將隨后于明年末出貨。

　　從射頻烹飪到體內(nèi)的GaN藥丸再到無線充電，所有這些技術(shù)都將被其產(chǎn)品組裝方式推動或阻礙。組裝這些產(chǎn)品則是應(yīng)用材料公司的一項工作，該公司是向英特爾和其它芯片制造商提供有關(guān)工具的全球最大供應(yīng)商。比如，汽車具有圖像投射到儀表盤之上的“平視”顯示器。“平視”顯示器用了很多微型鏡面，這些鏡面像無數(shù)個小型機(jī)械構(gòu)件，具有名為微機(jī)電系統(tǒng)的移動部件。

　　汽車制造商希望這類微型鏡面與推動鏡面的控制電路制造在同一塊硅板上，因?yàn)槿绱藢⒐?jié)省電力。但迄今為止還不可能做到這樣。

　　應(yīng)用技術(shù)公司已經(jīng)找到了利用硅鍺化合物集成二者的辦法，并表示已做好向客戶演示的準(zhǔn)備。

　　應(yīng)用技術(shù)公司首席專家那拉馬蘇(Om Nalamasu)表示，這種創(chuàng)新通常將提高材料工程在打造創(chuàng)新設(shè)備中的作用;上世紀(jì)80年代末，大部分半導(dǎo)體產(chǎn)品用了六七種元素，如今要用到元素周期表中的一半。

　　作為機(jī)器肌肉的致動器與作為其耳目的傳感器結(jié)合將如何?這將極大造福人類，尤其是在醫(yī)療領(lǐng)域，不過機(jī)器本身也將獲得最大的優(yōu)勢。

　　對人類來說，傳感器可探測人的腦電波，將思想轉(zhuǎn)換為使致動器移動四肢的信號--也許在脊柱或神經(jīng)受損的情況下，類似于科學(xué)家霍金(Stephen Hawking)通過轉(zhuǎn)動眼球在計算機(jī)上打字類似。

　　更切實(shí)的前景在于，被無線充電解放的電動汽車將通過傳感器自動導(dǎo)航到最近的充電站，無需人工插上插頭充電。這類連續(xù)充電系統(tǒng)將使得高容量電池沒有必要，從而增強(qiáng)交通工具中電力動力與汽油動力的競爭力。這顯然還將促進(jìn)無人駕駛汽車的進(jìn)展。

　　與之類似，內(nèi)置致動器以操縱物體的機(jī)器人甚至可承擔(dān)更多的工廠工作。由于地面充電站通過射頻傳輸向飛行中的無人機(jī)傳輸電力，無人機(jī)可飛行更遠(yuǎn)的距離。

　　投資者迷戀于因傳感器而實(shí)現(xiàn)的手機(jī)應(yīng)用(比如跟蹤健身計劃、監(jiān)測用戶所處位置天氣和發(fā)現(xiàn)附近公司的應(yīng)用)的經(jīng)濟(jì)潛力。不過這些投資者將被接下來的傳感器--致動器震驚。致動器改變?nèi)粘－h(huán)境的能力將使得我們周圍的世界像手機(jī)內(nèi)的世界一樣五彩繽紛，這對投資者來說甚至更加有前途。