澳门六会彩资料图片2020年

Business Incubation
孵化育成
作者:光电工研院
孙星--逐鹿Type-C芯片,小接口的大江湖
2020-04-01

编者按

这是一个致敬创新创业者的时代,在双创浪潮中搏击的个体,又引领着潮水前进的方向。


澳门六会彩资料图片2020年在人才竞争驱动新一轮科技和产业变革的关键当下,一个由武汉光电工研院打造的国际化“人才引擎”在光谷科学岛起步区卓然问世。


澳门六会彩资料图片2020年我们欣喜地发现,比起数年前高校“唱主角”,如今一些带着先进技术学成归国、拥有国际视野的年轻团队正成为这座“科创新地标”中的活跃元素,释放出促创新、谋发展的澎湃动力。


时隔一年,光电工研院官方公众号再度推出“举烛衔光”人物专栏,讲述平台上明星创企的创新创业故事,以在追光之路上树一个品牌,立一面旗帜,亮一盏明灯,能够驱动和指引更多光电子领域创新团队“破茧成蝶”。


本期“举烛衔光”的主角,是聚顶创硕科技有限公司联合创始人兼执行长孙星。


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聚顶创硕科技有限公司联合创始人兼执行长孙星


澳门六会彩资料图片2020年商鞅变法前,秦国各地度量衡不统一。


度,是长度单位;量,是容器单位;衡,是重量单位。由于各国、各地、各封地采用不同标准的度量衡,旧领主用大斗收进税谷,用小斗放出粮债,长期盘剥百姓。


澳门六会彩资料图片2020年度量衡的经济本质,是社会劳动交换的公平原则。它的出现,满足了公平交换的市场需求,因而极大促进了工商业、税收等经济发展。


眼下,另一场统一“度量衡”的科技变革,正在全球范围内展开,甚至突破了苹果封闭生态的城池——接口。

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左图为Type-C接口拓展转换,右图为Type C-C Cable


这个小小的接口,叫Type-C,是最新的USB接口形式。可以实现USB3.1协议传输,兼容USB3.0、USB2.0等上一代接口协议。最新发布的USB3.2乃至USB4都将只能以Type-C接口实现。


一统之后,全世界的手机、平板电脑、笔记本、充电器、充电宝、硬盘等等,都将保留统一接口。打开抽屉,各路电子设备十几种五花八门充电线的乱麻现场,也将终结。


澳门六会彩资料图片2020年不得不说的是,在接口方面,苹果历来独树一帜,有自己的标准。由于是自己的标准,所以生态内使用非常方便,但与外界进行数据传输时十分不便。


可最近入手苹果最新MacBook Pro笔记本的用户会发现,电源接口已经悄然换成了Type-C。在老式MacBook Pro的左侧,电源、USB、HDMI、耳机等接口多达5个,如今保留两个简单的Type-C接口实现所有的功能。


除了MacBook Pro,苹果iPad Pro也已替换为Type-C接口,仅iPhone还沿用苹果的Lightning接口。


澳门六会彩资料图片2020年不过,在最近流出的一张iOS 13的系统恢复谍照显示,系统提示图标已经从旧版的Lightning插头,换成了Type-C图标。这让外界猜测,苹果将在下一代iPhone上,选择放弃自有Lightning接口,而融入Type-C的“世界朋友圈”。


Type-C接口的核心在于协议芯片。这场由“小接口”搅动的“大江湖”里,光谷一家低调的研发公司浮出了水面。





Type-C市场爆发前夜





澳门六会彩资料图片2020年这家企业叫聚顶创硕科技有限公司。


在位于武汉未来科技城的办公区见到公司联合创始人兼执行长孙星时,他正在反复插拔一根连接电脑和手机的数据线。


“你看,这就是Type-C接口,里面有我们研发的E-Marker芯片。”他说,你肯定经常会遇到这样一个尴尬问题:出门在外充电,别人总问你是用的苹果机还是安卓机,很麻烦,连共享充电宝都是好几种接口,有IOS Lightning线,有Android Micro-B线,还有Android Type-C的线。家里抽屉一拉开,一屉子线,盘根错节,各种型号,每个电子产品都有一根线,且互不兼容。每台手机至少都需要几条线,家里经常用的手机还不一样,线就更多。

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笔记本电脑各种接口


当然,小小一个接口,能够横空出世并最终一统江湖,靠的不仅仅是统一“入口”的问题,它还拥有多个传统USB接口不可比拟的“大杀器”——


首先是我们最关心的数据传输和快速充电问题。第一代USB接口,也就是U盘那种A口,最大传输速度是12Mbps;到了USB2.0的时候,速度提升到480Mbps;但是Type-C接口的USB3.1每秒最高传输速度可达10Gbps。


澳门六会彩资料图片2020年换句话说,假如用U盘或移动硬盘拷1G的文件,USB2.0 Micro-B接口起码要21.3s左右,USB3.1 Type-C只需要1秒。一部100G以上的4K蓝光电影,从电脑拷贝到移动硬盘,大概需要40多分钟,USB3.1 Type-C接口传输大概2-3分钟就可以。“所以家庭500G硬盘根本不够用,数据都按T算了。”


2017年,欧盟便强制规定所有移动装置统一为Type C接口,并支持10Gbps数据传输速率。


前几年,OPPO手机最早提出“充电5分钟,通话两小时”,那时更多还是概念上的快充。而现在,快充已经进入到大规模商用阶段。


“它的原理是什么呢,控制电流。充电就跟往瓶子里面加水是一样的,充的速度在于流量控制。”孙星介绍,提高充电速度,关键在于提高充电的功率,这跟接口协议芯片也有很大关系。现在Type-C接口充电电流最大为3A,聚顶创硕Type-C接口的E-Marker芯片满足PD2.0协议,在PD充电时最大电流可以达到5A,将近增加一倍。

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左图为Type C-C Cable通流能力检测,右图为SVAHA Type C-C Cable样品


5G时代到来之后,各种视频音频的使用会更多,耗电量将会非常大。即使PhoneXS Max的电池容量有3000毫安,也很快会用完,因而快充非常必要。


澳门六会彩资料图片2020年除了传输和充电提升外,在尺寸上,老式USB端口长度有1.4厘米、宽0.65厘米,非常占地方。而Type-C的端口长度仅为0.83厘米、宽0.26厘米,尺寸只有USB Type-A接口的三分之一。


澳门六会彩资料图片2020年更薄的机身需要更薄的接口。转用Type-C接口后,设备不再需要使用3.5mm孔输出音频信号,因此厂商可以省下珍贵的几公厘空间,来把产品做得更薄,或是加装其他传感器。同时,它可以拓展的功能也非常多,省去了HDMI/VGA视频接口,所以配置了Type-C接口的笔记本都可以做得非常轻薄。


插拔时,像苹果的Lightning接口一样,Type-C端口的正面和反面是相同的,也就是说支持正反插,用户不必担心传统USB Type-A口所带来的正反问题。目前华为、小米等手机都已换成Type-C接口,支持快充快存,且可以正反插拔。

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 E-Marker 信息读取


值得注意的是,苹果的一根原装线,需要160多块钱。品胜等代理生产商每制造一根线,都要向苹果上交3到5美元的知识产权授权费用。但即便苹果的系统非常封闭,地摊上还是有大量10块、20块钱的山寨充电线,用了一段时间之后常常会充不进电,因为山寨破解的bug被苹果修复屏蔽导致无法充电。


USB Type-C接口的协议是免费开放的,且加密认证令山寨很难破解,芯片和线材厂商只用支付USBIF认证费用。苹果改用Type-C后,iPhone用户采购数据线成本也将大为降低。





“逃离”深圳酝酿光谷计划





2006年,美国政府以中兴向伊朗出口为由,首次宣布对中兴进行出口管制。也是在那一年,总投资240亿美元的国家存储器基地,在光谷东部启航。


“这两件事对我影响非常大”,孙星说,中兴事件让中国感到愤怒却又无力,因为核心技术、核心芯片受制于人,不在自己手里,教训不可谓不惨痛。但长江存储却又释放了一个振奋人心的消息,随着国家大基金的投入,代表我国开始加大芯片自主可控的力度。


深圳的华强北,是中国最大的电子市场。


深圳的创新创业者几乎没有午睡的习惯,即使是在中午的咖啡馆,也是人声鼎沸,大家会一起喝咖啡,展开头脑风暴。


澳门六会彩资料图片2020年在未来发展中,芯片作为工业粮食,将会越来越重要。我国一年芯片进口达 7000多亿美元,超过了原油,却始终被人掐着脖子。孙星觉得无论是出于国际环境的压力,还是国内集成电路产业的觉醒,中国半导体创业的风口都已经来临。

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产品Road Map


澳门六会彩资料图片2020年既然湖北和武汉机会这么好,为什么不回去干一番事业呢?


澳门六会彩资料图片2020年就这样,一个“光谷梦”,在孙星的心里发了芽,并很快照进现实。


澳门六会彩资料图片2020年2017年1月,聚顶创硕科技有限公司在武汉未来科技城成立,并入孵武汉光电工研院,专注于Type-C系列相关IC产品的研发及商业应用推广,产品主要应用于视频转换、语音输出、高速数据传输、快速充电等消费类电子产品领域。团队多名核心成员在台湾的IC设计产业拥有15年以上的丰富经验。


同年,USB-IF组织与我国工信部的泰尔实验室达成共识,工信部将进一步推动我国移动设备Type-C接口的统一。

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Type-C接口设备


眼下Google、Microsoft、Intel、Apple、高通等行业巨头旗下产品,陆续开始采用Type-C接口,例如MacBook、Ipad Pro,可以预期的是 iPhone导入Type-C的速度也将加快。


根据市场专业调研机构IHS的数据,2018年到2020年将是USB Type-C设备出货量快速增长的三年。


到2020年,搭载USB Type-C接口的设备出货量将超过20亿部。其中,Type-C在笔记本、台式电脑中的渗透率将达到80%,在智能手机和平板电脑等产品中的渗透率也将达到50%。





首批自研 Type-C 芯片出货





根据USB-IF协会标,所有支持Full-Featured Type-C cables或USB2.0 Type-C cables传输电流超过3A时,必须要在线缆中加入E-Marker芯片。这枚芯片,让快速充电、高速数据传输,得以成为Type-C接口的众多优势之一。


“我们的核心业务,其实就是做Type-C接口里面的芯片”,孙星说,公司最新一代的3.0芯片,可支持音视频、数据传输、以及双向电力传输。


聚顶创硕的E-Marker芯片是国内第二家通过美国USB行业协会认证的产品。“认证需要向美国USB-IF申请,芯片需要测试100多项参数指标,满足行业标准测试之后才发给你认证报告。”他介绍,Type-C接口的相关芯片,都必须拿到USB行业协会的认证报告,才能达到量产出货的状态。一条带USB Logo的C-C cable不仅cable本身要过USB-IF认证,采用的E-Marker芯片要过认证,采用的Plug也要过认证。

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 集成电路布图设计登记证书


事实上,聚顶创硕的E-Marker芯片研发,从2016年底就已开始,整个研发历时近两年。2018年4月聚顶创硕拿到了由国家知识产权局颁发的国内第一张E-Marker芯片“集成电路布图设计登记证书”。这个集成电路的设计有几十层,一层一层的电路,就像研发团队不断攀登的“天梯”。


2018年三季度,聚顶创硕自主研发的E-Marker芯片完成流片,并由中芯国际代工量产。其制程从0.18微米成功降到0.153微米,也就是153纳米。


澳门六会彩资料图片2020年更小的尺寸意味着更大的市场竞争力。以8寸的晶圆计算,如果0.18微米的制程,可以切割1万枚芯片。


但如果采用0.153微米制程,可以切出1.5万片。“多出来的这5000片,足以将前面的研发成本在后面大规模量产后摊销掉。”


澳门六会彩资料图片2020年而从功能角度看,芯片这个芝麻大的“房子”,要把各种功能都塞进去,本就是“螺狮壳里做道场”。如果还能将“螺狮壳”留出一部分空间,用于未来加入新的应用,或满足定制客户的需求,无异于极大提升了芯片价值。

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E-Marker应用原理图


“通过Source和Sink端两颗PD芯片的协调,可以实现电力双向传输。手机也可以向电脑充电,两部手机也可以实现互相充电。两个端口PD芯片会自己控制,实现双向电力传输,我们现在就在研发这种PD芯片。”他说。


在兼容性上,即使一头是USB Type-A,一头是Type-C接口,也可以兼容。现在市面上基本还没有大量普及双头Type-C接口的传输线,都仅有一头Type-C接口,这就需要非常好的兼容性。


澳门六会彩资料图片2020年两年研发,团队成本投入了400多万元。“最困难的时候,找父母借了40万,才发出工资。”孙星感慨,但这一切付出都很值得。





音视频等多颗芯片整装待发




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音频Type-C接口转接板


“整个Type-C芯片产业链,只要你能想到的,我们都涵盖了。”孙星介绍,从接口,到音频、快充、视频(HDMI),再到整体集成解决方案。


澳门六会彩资料图片2020年除了E-Marker芯片,聚顶创硕的其他多枚Type-C芯片,也正在紧锣密鼓的研发、流片或出货之中。


澳门六会彩资料图片2020年果粉们注意到,从iPhone7开始,苹果就把3.5毫米的耳机口取消了。取消的好处是什么呢?它可以把数模转化芯片和音频放大器芯片,从手机移到耳机的连接器中去,这样就能节约手机内部空间,越做越薄,且防水性能也会更好。iPhone8已经达到二级防水。


澳门六会彩资料图片2020年传统的有线耳机没有芯片,但是蓝牙耳机有,它靠芯片控制音质,接收信号。现在,国内手机厂商都在布局Type-C耳机。由于很多人追求音质和音效,苹果还收购了Beats耳机。


“我们研发的音频芯片将会用于Type-C接口的有线耳机,或者蓝牙耳机。”孙星说,音频芯片很关键的一个参数是信噪比SNR,我们目前SNR已经做到了102dB。通过Type-C耳机芯片,可以把中低端手机的耳机提升一个层次,通过芯片提升音质。

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E-Marker Paddle Card样品


2019年二季度,聚顶创硕的充电芯片已经量产出货;三季度,HDMI芯片也将实现量产,用Type-C接口取代老式视频接口。到2020年,该公司自研的各类Type-C芯片将进一步提升,一个Type-C接口可实现各种协议的集成。届时,多条产品线的月产能预计将达到8000万颗。


2018年,聚顶创硕营业收入约为100多万美元。2019年,随着新增几颗芯片的出货,年营收有望将达到4800万美元。根据最新一轮融资,公司目前估值已达1.5亿元。


“像我们这种科技型公司,必须保证一年两颗芯片的研发产出能力。”孙星坦言,每一颗芯片从开案研发到量产上市都要经历几年周期,可能用户还没来得及享受2.0技术的新产品,我们3.0芯片就已经开发出来了。


从插座、相机、充电宝、电缆、路由器,到充电器等方方面面的应用,都在悄然实现向Type-C接口的转换。


澳门六会彩资料图片2020年2021年,聚顶创硕的Type-C芯片研发,还将切入物联网、智慧医疗等大市场。未来,办公桌上不再需要各种接口的充电设备和音视频转换接口,全部统一到Type-C接口的拓展坞就能实现兼容。电脑也好,手机也好,投影也好,通过这个小小的“中央处理器”,所有设备的各个接口之间,既可以互相充电也可以数据传输和交换,实现联席办公,类似一个“区域云”。


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