智东西(公众号:zhidxcom)
文 | Lina

导语:最近半年以来,人工智能的发展重心逐渐从云端向终端转移,相伴而生的是人工智能芯片产业的全面崛起。智东西历经数月,首次对人工智能芯片全产业链上下近百间核心企业进行报道,覆盖国内外各大巨头玩家、新兴创企、场景应用、代工生产等,全面深入地对AI芯片产业发展、创新创业进行了追踪报道。此为智东西AI芯片产业系列报道之一。

随着物联网进入与传统产业深度融合发展的崭新阶段,预计在未来10年内,全球物联网将创造10多万亿美元的价值,约占全球经济的1/10,并与可穿戴、生产制造、汽车驾驶等形成数个千亿级规模以上的细分市场。从CES、MWC、以及其他各种国际大会上,我们都能看到物联网产业链中的芯片、模组、网络、平台、应用呈现全线爆发之态。

然而,传统的单一SoC芯片设计周期长、投入成本大,适宜单一品类(比如智能手机)大规模出货,并不适合呈现多元化、碎片化、非标化发展的物联网产业。

这群来自三星/英特尔/台积电的大牛们,要挑战摩尔定律,在20天里造出物联网芯片

在美国硅谷,有着这样一个神奇的团队,他们提供一站式物联网芯片设计+制造服务,通过独特的电路设计+独特的封装+独特的SDK+独特的算法,能够成功地将物联网芯片的设计制造流程从超过1-2年压缩到2-4周。

这家名为极戈科技(zGlue)公司的三位创始人不仅有着三星/英特尔/AMD/台积电等十几年芯片设计制造高管经验,还在没钱、没客户、没订单的成立初期,靠着半小时的展示就成功获得世界最大的芯片代工厂台积电的代工支持,此后还获得了由汇中泰德领投、京东方(BOE)跟投的Pre-A轮融资。

在一个偶然的机会下,智东西采访到了极戈(zGlue)联合创始人兼CEO张铭博士,深入了解这个神奇的团队,与它背后神奇的故事。

这群来自三星/英特尔/台积电的大牛们,要挑战摩尔定律,在20天里造出物联网芯片

(极戈联合创始人兼CEO张铭)

一、明星团队:半导体大牛聚首

张铭本科毕业于北京大学,随后奔赴美国,在伊利诺伊香槟大学攻读硕士与博士学位。毕业后曾经在美国英特尔工作,随后去到三星,离职创业前就任三星北美SoC技术设计部门技术总监。

长久以来,硬件设计门槛高的问题就一直困扰着张铭。有着多年半导体从业经验的他深知,做硬件成本高、难度大、周期长,非常不利于物联网芯片这类“轻”产品的打造。而软件的设计则大不相同,成本低、难度小、周期短。

当时的张铭一直在思考,我们能否把硬件设计变成像软件设计那么容易呢?

每次吃完午饭,张铭都会在三星大楼外绕圈散步想事情。在与同事、好友、未来的联合创始人兼CTO Jawad Nasrullah(曾任英特尔首席工程师、同时也在2.5D/3D芯片届非常知名)一边谈一边走,绕着大楼转了十几二十圈之后,一种“像搭乐高积木一样搭芯片”的方案(下文将会提到)逐渐成型、逐渐完善、逐渐在张铭心里扎下了根。
在又不知道绕了多少圈之后,另一个半导体大牛、曾任AMD Fellow、未来的联合创始人兼首席架构师Myron Shak也参与到了这个项目当中。

于是,在2014年的夏天,在这三个有着近十年半导体经验的大牛手下,极戈(zGlue)诞生了。

目前,极戈已经完成了160万美元的天使轮、750万美元的Pre-A轮融资(合计910万美元,约人民币6000万),其中Pre-A轮融资由汇中泰德领投、京东方(BOE)跟投。团队目前全职员工大约有40人,总部位于硅谷,在上海浦东设有分部。

二、像搭乐高积木一样搭芯片

极戈提供定制化的物联网芯片设计方案与制造,通过独特的电路设计+独特的封装+独特的SDK+独特的算法,能够成功地将物联网芯片的设计制造流程从超过1年压缩到2-4周。

那么极戈是怎么做到的呢?如果按照官方说法,极戈利用SaaS的模式提供芯片设计方案,并采用2.5D/3D IC封装技术,底层是zGlue独有的硅基芯片,上层集成处理器,传感器、通讯,存储等芯片,能够低成本、高速度地实现小体积,低功耗的系统集成,“让搭建芯片像拼乐高积木一样简单”。

这群来自三星/英特尔/台积电的大牛们,要挑战摩尔定律,在20天里造出物联网芯片

对,上面那段非常绕口,也非常玄妙,要搞清楚极戈做的究竟是什么、又是怎么做到的,首先我们要搞清楚“芯片”是什么。

1)当我们谈论芯片时,我们在谈论什么

我们平时说的“芯片”一般分两种,一种是集成电路板系统,一种是SoC,两者都是IC(集成电路)设计的硬件表现。

集成电路板在很多年前就已经存在了,比如下图这张集成电路板,厂商在PCB板上刻蚀了很多的电路,然后将电子器件(比如电阻、电容、或者MCU微控制单元,传感器等)焊接在板上。

这群来自三星/英特尔/台积电的大牛们,要挑战摩尔定律,在20天里造出物联网芯片

(iPhone X主板)

随着集成电路技术的不断发展,我们从最开始的电子管时代、晶体管时代、小规模集成电路时代、大规模集成电路时代、一直发展到现在的超大规模集成电路时代、巨大规模集成电路时代,最直观的体验就是硅片越来越小,集成的晶体管数量却越来越多。

如今,指甲盖大小的硅片上可以集成上亿个的晶体管,这里头的晶体管如果使用最古老的电子管,连起来可以绕地球一圈了。

集成始终是发展的一大方向,当很多芯片的外围电路都被集成的时候,那么这个芯片可以独立运作而成为一个系统,称为SoC(片上系统,System on Chip)。SoC一般都会集成了CPU等控制器、内存、模拟或数字接口、以及USB、SPI等其他接口,它完成的是一个系统的功能。

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(iPhone X里搭载的苹果A11芯片,标准SoC)

比如上图这张苹果A11芯片,就是一块标准的SoC芯片,它采用了台积电10nm工艺,集成了43亿个晶体管,包括CPU、GPU、ISP、视频编码器等模块。

集成电路板(板级集成)的缺点之一是电路体积大,而SoC级集成能够在体积极小的芯片上实现高性能低功耗,但缺点则是打造周期长(从设计到制造通常需要18-24个月),而且常常使用14nm、12nm、甚至10nm、7nm技术,一张流片动辄几百上千万美元,前期成本异常高昂。而且SoC 还不能实现异构集成,也就是把来自不同节点的电路,比如MCU,MEMS传感等,集成在一个芯片上。

当我向张铭博士提问 “极戈做的究竟是板级集成?还是SoC级集成?”时,张博士摇摇头——都不是,极戈使用的技术介乎于两者之间,既比板级集成小,又比SoC成本低、打造流程短,还能实现系统级异构集成。

2)怎么把芯片做小?——叠起来

一块SoC的打造流程可以简化成“设计、制造、封装”三块,由芯片设计厂商给出设计方案(比如高通、联发科、极戈等)、由芯片代工厂在一大片晶圆上进行电路刻蚀与集成(比如台积电)、再切成无数小块的芯片由封装厂进行封装测试(比如日月光)。

随着各种消费性电子产品(尤其是以可穿戴设备为代表的物联网产品)诉求外观轻、薄、短、小,对芯片的要求也越来越小。

芯片厂商为此给出了两种路径的解决方案,一种是在芯片制造过程中使用更加昂贵的工艺,从180nm、90nm,一路发展到如今的12nm、10nm(台积电为了研发10nm和7nm工艺,2016年曾投入720亿);另一种则是在芯片的制造跟封装过程中开始朝着2.5D/3D高阶封装发展。

在传统的2D封装技术中,多个芯片或元器件都集成在基板的同一个平面上。由于基板的走线线宽比芯片线宽高出数量级,产品的性能和功耗会有显著影响,并且引起基板设计中的布线拥堵问题。

2.5D/3D高级封装技术可以简单理解成两层或者以上的芯片或元器件叠加,使得芯片的体积进一步减小。2.5D封装技术中,芯片或元器件被集成到硅中介上,利用硅中介的走线线宽优势实现产品的高度集成化。而3D高级封装则可以实现多层元器件的叠加。这类2.5D/3D高阶封装技术已出现于大规模生产产品中,比如苹果的系列产品iPhone 7的A10芯片。

这群来自三星/英特尔/台积电的大牛们,要挑战摩尔定律,在20天里造出物联网芯片

(左:普通集成电路板;中:极戈的芯片裸片;右:封装好的极戈芯片)

极戈的芯片就采用了自己独特的2.5D/3D封装技术,底层采用极戈独有的硅基芯片,上层集成处理器,传感器、通讯,存储等芯片,能够低成本、高速度地实现小体积、低功耗的系统集成。既具备SoC小型化、低功耗的优点,又不需要像10nm、14nm等如此高精度的工艺。

据张铭博士介绍,目前极戈使用的是90nm或者以上的芯片工艺节点,这类技术已经非常成熟,晶圆制造成本跟芯片代工成本都很低,非常之适宜物联网芯片的打造。

3)让设计芯片跟订外卖一样容易

介绍完了极戈的芯片打造流程,我们回过头来讲讲极戈的芯片设计流程。极戈推出了一个名为zGlue ZiPlet Store的软件平台,专门针对中小型物联网创业公司所打造——比如一个5-15人的智能穿戴创业公司。

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用户使用的时候,第一步输入想要什么功能、基于什么处理器/微控制单元(比如“用MCX20Z实现让一颗智能棒球能说话”、或者“让手表可以测量心率”等),接着通过极戈的特殊算法,在几分钟内自动生成适合的芯片设计方案。

此时,用户可以开始基于这个硬件方案编写程序,极戈也会开始联系芯片制造商,通过特有的生产程序和流程,在几天到几个星期之内把芯片打造出来,送到客户手上。

这款软件平台目前正在极戈的合作伙伴当中进行内测,预计明年上半年将会正式推出。

三、“单刀赴会”台积电

虽然公司内部聚集着一众经验丰富的半导体大牛,但和其他创业公司一样,极戈的创业之路也并不是一帆风顺的。硬件公司(特别是芯片公司)前期对资金的投入要求非常大,毕竟芯片代工、制造、封装、测试等环节都价格不菲,虽然极戈的技术能让这一成本大量压低,但仍旧需要至少几十万美元的前期资金——融资成了第一选择。

但是,对于一家芯片公司,投资人必须要看到芯片样片能够正常运作才会考虑投资。再加上极戈所使用的技术目前市面上并没有同类竞品,无法进行平行比较,就更需要看到实物运作才敢投资了。

可是如果没有融资,极戈就无法找代工厂打造芯片样片,也就无法证明自己的技术能够正常运作。就这样,融资跟芯片样片成了先有鸡还是先有蛋的问题。

2014年11月——也就是三年前的这个时候——张铭做出了一个大胆的决定。

一个人、一台电脑、一份PPT、再加一块纸糊的芯片,张铭就这样坐上了从美国飞往台湾新竹的越洋飞机,“单刀赴会”台积电。

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(当年那张“纸糊的芯片”)

“事后想想,那时候真是大胆。没有钱、没有订单、没有客户,什么都没有,拿着一张纸糊的芯片,就敢去找世界第一大芯片代工厂谈判。”张铭说到这里笑了笑,有些感叹,“那时候刚从三星出来,几十万美元年薪一下变成零,坐独立办公室变成无家可归找咖啡店讨论工作,根本没想清楚,想清楚了可能就不敢去做了。”

在经过手机上缴、电脑贴条、层层把关、戒备森严的安保手续后,张铭终于在一个小会议室里见到了台积电IoT商务拓展部门高级总监Simon Wang,以及其他五位相关负责人。

演讲展示的时间不长,只有大概半个小时。张铭此前已经和台积电北美的相关负责人沟通了近两三个月,相关信息其实大家都已经清楚。

——真正困难的是接下来的询问环节。

没有钱、没有订单、没有客户都暂且不论,彼时在座的人都知道,张铭提出的这项技术虽然理论上能做,但是非常困难。台积电连苹果的单子都赶不过来,为什么要给这样一间成立仅仅几个月、前途未卜的创业公司提供代工帮助呢?

张铭认为,目前芯片代工厂商极大地依赖于苹果这类大客户,一旦接到生意就会是上亿的单子,但一旦丢掉某个大客户,损失将会十分惨重。可未来物联网的市场则会打破这种寡头垄断的格局,数以万亿件的IoT产品将朝着个性化、多样化、碎片化发展,一大批专注物联网的中小企业将会出现,一个智能棒球和一个智能手环需要的芯片并不相同,小型化、短周期、低成本的芯片需求将日益旺盛。

“我当时跟他们说,这个市场非常重要,必须要抓住。这事不管有多难,就算我不做,也会有别人做。”

结局想必大家都猜到了,台积电答应在接下来一年内为极戈提供代工支持,哪怕当时极戈几乎“什么都没有”。通过类似的经历,张铭还成功搞定了同样位于台湾的、世界最大芯片封装厂日月光,以及美国老牌EDA设计公司Cadence——极戈的第一块芯片终于成功诞生。

值得一提的是,极戈拿到京东方Pre-A轮投资的过程也非常有意思。在2015年的CES会后,京东方董事长王东升在参观硅谷一家孵化器。张铭由于一个偶然的机会朋友介绍,在不知道对方是京东方董事长的情况下,给了一个10分钟的pitch。听完之后,王东升跟张铭说,“你们要做的事情很伟大,但是对一个创业公司太难了,这条路其实我走过。我觉得你们可能会遇到很多困难,也有可能做不成。但我很欣赏你的梦想。梦想一定要坚持,只有坚持才会成功。你们要是哪天第一个样品做成了,打电话告诉我。”

就这样,一年以后,第一份样品成功了,京东方决定战略投资,并合作打造智能珠宝及其他产品。

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(极戈与京东方合作打造的智能珠宝)

结语:物联网的千亿市场

正如前文所说,随着物联网进入与传统产业深度融合发展的崭新阶段,数个千亿级规模以上的细分市场预计将在未来十年内形成,从芯片到应用,全产业链都在加紧物联网的投入与布局。

在这样的背景下,极戈专注于中小型物联网创业公司,为他们提供物联网芯片设计+制作方案,满足了小型化、低功耗、低成本、打造周期短等一系列需求。不过,新技术的研发、磨合、以及逐渐被市场接受都需要一定的时间,在物联网大潮真正来临之前,极戈更需要加紧研发,早日将平台正式推向市场。


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