2018年4月,由簡體中文版《電子工程專輯》、《電子技術設計》、《國際電子商情》聯合主辦的「第17屆電源管理論壇——快充與無線充電圓桌論壇」,在中國深圳隆重舉行。除了精彩的主題演講之外,一場題為「國際廠商PK本土豪強,能將成為市場贏家」的圓桌論壇,引發熱烈的討論。

這場論壇彙集IDT、ST、PI等國際大廠和易充無線、易能微、微源半導體、芯茂微電子等本土豪強的嘉賓,一起探討快充與無線充電的最新市場動向和產業態勢。

兩年內,快充和無線充電能否有各自的標準協議?

目前手機快充有高通(Qualcomm)協定、聯發科(MTK)協定、PD協定、華為快充協議、VOOC閃充等快充協議,種類繁多,標準尚未統一,這讓充電器、行動電源和車充廠家不知所措。那麼在蘋果(Apple)帶頭支援PD協定後,兩年內快充協定能否形成統一的標準?

對於這個問題,嘉賓的觀點較為統一,認為在USB PD 3.0協議出來之後,看到了標準統一的趨勢,但兩年內無法形成統一的標準。

易能微銷售總監李明輝的觀點頗有代表性,他認為快充協議百花齊放主要體現在手機領域,在USB PD 3.0協議出來之後呈現出統一的趨勢,因為PD 3.0的PPS規範已經包含了高通QC 3.0/4.0、聯發科PE 2.0/3.0、OPPO VOOC、華為SuperCharge等標準。

不久前在中國工信部的牽頭下,中國首個快充標準也正式出爐。可見各方都在致力於標準的統一,但手機廠商也有自己的考慮,包括產品的差異化等因素,因此快充協議在兩年之內甚至在五年後也沒辦法統一。至於無線充電,隨著蘋果正式加入WPC聯盟,Qi協議基本上贏得了與Airfuel協定的標準之爭。

IDT無線充電產品系統應用高級總監Rui Liu表示:「去年蘋果加入WPC聯盟,並推出支持無線充電功能的iPhone 8/iPhone X以後,確實對Qi標準起到了推波助瀾的作用,國內很多手機廠家對快充和無線充電都非常感興趣。無線充電下一步就是要找到除手機之外的其他應用市場。」

但這並不意味著無線充電協議標準能夠在兩年內得到統一,因為即使在Qi協議內部,各手機廠商對無線快充的定義不一樣。比如 7.5W對蘋果來說已經是快充了,但是對國內動輒擁有3000-4000mA電池的手機來說,7.5W確實比較尷尬。

而且,無線充電本身也存在充電速度慢、效率低、手機發熱等問題,這是由哪些原因造成的?又該由哪些類型的廠商來解決呢?

Rui Liu認為主要有兩個原因,第一是市場上手機端的線圈普遍較薄,最厚也只有0.3mm,這麼小的線圈如何能抽取更大的電流?第二,由於線圈放置在電池上面,線圈發熱以後電池會啟動安全保護措施,一旦電池發熱就會限制充電效率。IDT身為WPC聯盟的一員,正在協助WPC聯盟解決相應的問題,期待今年年底或者明年年初有一個結果,推動中高功率的無線充電技術的發展。

易充無線商業拓展總監賀大瑋表示,對於無線充電來說,手機作為接收端是一個非常複雜的系統,涉及到材料的優化、線圈的位置、電池的設計等問題,光靠IC原廠是不行的,需要整個產業鏈協同解決無線充電的問題。

很多無線充電廠商在宣傳時表示無線充電效率可以達到80~85%,但在實際運用中能夠達到75~80%的效率已經很不錯了。但無線充電一定要在充電效率上和有線充電對標嗎?顯然不是的,賀大偉認為現階段手機廠商應該避免無線充電與有線充電的直接競爭。「無線充電對消費者太具有迷惑性,他們認為可以隨意放置充電、隔空充電的技術才叫無線充電。而實際上,無線充電與有線充帶電目前這階段是互補的關係,更適合在車內、咖啡廳、酒店等特定的場合使用。」

芯茂微電子研發總監宗強說道:「無線充電真正能給消費者帶來什麼價值?我認為無線充電只有在汽車、酒店等場所才能帶來更大的便利性,一定時間內無線充電和有線充電會並存。」

關於無線充電標準問題,易充無線賀大瑋預測Airfuel協議3年之內死掉的概率很大,因為與Qi協議相比,Airfuel目前無論從資源配置、陣營玩家的數量和品質、技術成熟度等方面都沒有優勢:「但這是否意味著無線充電標準馬上要統一了呢?不是的。準確地說,在今天的時間節點下,5W是大家一定會遵守的無線充電協議。但是在5W以上,每個品牌手機都會站在自己的立場上考慮問題,協議一定會出現差異化。」

由於文化差異問題,美國人對於無線充電的要求是方便即可,不刻意追求功率和效率;而中國人追求的充電速度更快,所以中國手機廠商追求的是性能的差異化,功率的差異化。賀大瑋進一步解釋:「這就導致Qi標準很尷尬,儘管Qi已經對5~15W的協議做了明確定義,但是大於5W的無線充電大家都用自己的私有協議。當無線充電的私有協定以功率為標準的時候,Qi的標準就很難統一。」

標準不統一,無線充電MCU和SoC方案兩年內並存

得益於MCU的產品優勢,ST的無線充電產品在可穿戴產品線上取得了較大的成功。意法半導體(ST)大中華暨南亞區工業產品與功率離散元件部門技術市場經理譚有志透露,針對可穿戴產品的無線充電板最開始有80%~90%用的是ST MCU,接收端則用ST的SoC。

目前ST可穿戴設備的出貨量占了市場的30%,一個月2kk~3kk左右(SoC)。隨著技術的發展,無線充電板也會採用SoC的方案。譚有志認為,IDH廠商用MCU去寫代碼,存在握手通信等缺陷,所以都會往SoC方向去發展。SoC的好處是整個電路週邊設計變得更簡單,體積變小,一致性很好;缺點是比MCU的方案要貴。

微源半導體總經理戴興科則認為,1~2年內SoC和MCU的方案會並存,而且MCU會略占上風。因為終端廠商對自己的品牌定位預留一些空間,如果全用SoC手機廠商的差異化就更難體現:「手機廠商在無線充電方面的根本競爭點不是SoC或者MCU,而是IDH在手機本體上要有新的突破。」

易能微針對電源管理領域提出業界首個可重構晶片的概念,PI公司InnoSwitch3-Pro可程式設計晶片也有較高的靈活性。這兩種晶片在原理和設計理念是否不同?針對這個問題,PI資深產品經理Chris Lee解釋,在快充、無線充電的電源轉換過程當中,由於各種損耗的層,發熱是一個很難處理的問題。把電源體積做的更小並提升效率是PI的工作。用可程式設計的方式儘量簡化手機快充協議的設計,是另外一個工作。

易能微電子銷售總監李明輝表示:「易能微的可重構晶片就是用數位電源做重構,MCU內部集成了各種協定,然後根據不同的應用改變拓撲結構。易能微的晶片屬於DC-DC,拓撲架構相對簡單,分為升壓、降壓和升降壓三種。易能微設計晶片的出發點是基於應用端提供升壓、降壓和升降壓功能,比如車充有兩個降壓,晶片就可以提供兩個降壓功能;又比如移動電源對電池充電是降壓,對外輸出是升壓,在SoC中就需要一個升壓和一個降壓的控制方式。易能微的可重構晶片可靈活提供。」

至於和PI的關係,李明輝認為易能微和PI的產品互補性比較強,因為DC-DC要做功率的分配、效率的處理、成本的考慮還是需要與PI合作。

那麼,可重構晶片是未來的發展趨勢嗎?微源半導體戴興科表示,從應用的角度來講,可不可以重構取決於客戶的需求,可重構的控制方式相對複雜,在選架構的時候一定會犧牲某些性能。對於量小更新速度快的市場,可重構晶片一定會佔據優勢,例如快充和無線充電標準尚未統一的市場。但是當市場成熟、產品起量之後,方案一定會追求SoC來簡化成本並提升生產效率。移動電源、車充對數位化需求基本是零,因為已經標準化,當PD協議走向統一之後一定會是SoC的。

誰將成為市場贏家?

面對快速成長的快充和無線充電市場,中國本土廠商能否抓住機遇成為市場贏家?國際大廠積累了大量的技術優勢,中國廠商該如何迎頭趕上?國際廠商PK本土豪強,能將成為市場贏家?圓桌論壇的嘉賓分享了各自的觀點。

意法半導體譚有志:國際大廠的技術支援與本土豪強相比確實比較慢,那麼為何還有那麼多客戶選擇ST呢?譚有志分享了一個案例,在某次無線充電的競標中ST與另一家公司價格差不多,但憑藉無線充電速度和穩定性優於另外一家而勝出。另外供貨能力也很重要,2017年至今電子元器件行業普遍出現缺貨漲價現象,ST的供貨能力更強,因為國際大廠在晶圓廠更有話語權。

PI Chris Lee:產品的成本包括材料成本+生產成本,PI高度集成化的產品在批量化生產能提高效率,幫助客戶降低生產成本。此外PI產品的高可靠性可以將產品的市場返修降到最低,降低運營成本。

舉了個例子,電動自行車的市場比較特殊,一旦產品壞了拿回去返修的成本非常高,所以他們不需要返修,返修率決定了他們的運營成本。某個客戶用了PI的方案將7%的返修率降低到了100個PPM,這就是PI產品帶來的價值。

IDT Rui Liu:Tier 1的客戶在選擇產品的時候不光是取決於價格,晶片的經驗非常重要。第二是供貨能力,國際廠商儘管沒有晶圓廠但是量大具備更大的話語權;第三,對於手機等出貨量特別大的成熟市場,晶片的可靠性非常重要。

易充無線賀大瑋深刻反思了中國IC企業發展中出現的問題,“IDT在無線充電領域已經投入了七年的時間,其中前四年是沒有收益的。中國的企業誰能容忍四年沒有任何效益產生?這是國內廠商要反思的地方。第二點,國內IC廠商在技術上更多的是跟隨國際大廠,例如無線充電就是看TI、IDT的技術發展,最終大家做出來的產品功能可能差不多,但是用三個月做出來的東西如何與積累了七年的IDT產品相比?如何中國企業總想走短平快的思路發展,可能再給中國10年的時間也發展不起來。”

積體電路是資本密集型和人才密集型產業,投入錢和人力不是一般企業能夠承擔。微源半導體戴興科特地提到了中國半導體人才缺乏對產業的影響:「中國在類比晶片的積累非常少,例如目前所有雙攝像頭手機的LDO都不是國產,因為難度非常大。我們做了三代仍未實現量產,其中一個原因受人才離職的影響。」

戴興科最後說道:「中國目前有3000家IC晶片廠商但只有8萬多個工程師,也就是說平均每家企業只有20個工程師,是不太可能取得成功的。此外,人才的缺乏導致搶人行為非常嚴重,企業用人成本急劇上升,本土豪強引以為傲的快速技術支持能力也將成為企業的負擔。」

本文原刊於EE Times姊妹刊《國際電子商情》(ESM China);責編:Judith Cheng