真实的世界就是模拟的,芯片无处不在

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芯片无处不在,手机、电脑、空调、洗衣机、冰箱、路由器等等都需要芯片。
兔爸在芯片行业做模拟工程师,一做14年。他的第一句话就极端抽象,“真实的世界都是模拟的。”

追问之下才知,此模拟非彼模拟。按照兔爸的解释,我们周围的一切都是“模拟信号”组成的,你和朋友的窃窃私语、你看到的河面浮光掠影的景象、下雨天时地面的湿度等,这都是模拟信号。

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关键点在于,模拟信号可以非常精确、真实地反映我们周遭的物理世界。具体而言,兔爸做的是模拟芯片。这个“模拟”,是指连续的一个概念。

模拟信号的连续性有一个缺点,即不易存储。与之相对应的另外一个概念便是,数字信号,也就是你我相对更熟悉的,以0和1来定义一切。数字信号的优势便是,可以将连续变化的模拟信号转化成0和1的数字信号,进而对这些数据进行存储。物理世界的声音做数字化处理后,最直接的产品便是录音机。

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在这个极其细分的领域做专业度极高的工作,兔爸在采访的过程中频繁流露出歉意,“抱歉啊,我感觉我还是没有说清楚…可能我表达能力太差了。”

下面,36氪将尽力用通俗的语言向你展示这份抽象的职业。

就像前面说的,芯片分为两大类:数字芯片和模拟芯片。数字芯片,最常见的便是CPU、内存芯片等;而模拟芯片中,电源管理芯片是比较典型的一种。
以手机的“电源管理芯片”为例,顾名思义,即如何在功能不断增加,耗电持续加快的情况下,保证电池撑的更久,或者至少缩短充电的时间。

回忆过去我们所使用的诺基亚时代,屏幕小,电池也小,充一次可以用很久。很多年过去,电池技术本身并没有突飞猛进的发展。最早期,USB接口的充电协议中包括电流为0.5A的标准,大部分手机按照这个标准去制作USB接口。

OPPO几年前推出的口号,“充电5分钟,使用2小时”,将快充这一项技术推到了市场面前,究其本质,它是以增加电流为手段达到提高输出功率的目的(功率 = 电压*电流)。兔爸介绍,目前市场上手机最高的输出功率为20瓦。而其他安卓类手机则以增加电压,来达到相同的目标。

在智能手机的快充协议方面,苹果远落后于安卓类,这主要与手机硬件层面的更新有关,它们的接口有自己的一套协议,电流输出固定在2.4A。此处比较重要的差异点就在于前述处理器上的电源管理芯片。

在电池技术无法取得突破性进展的未来,快充在体验上可以节省很多,甚至在未来,移动电源的存在将不再具有意义。

所谓“快充协议”,在USB-IF这个国际组织制定统一规范前,各家做法都不同,苹果、三星、华为、OPPO都各行其道,直到USB PD协议出现,规范才算是统一了。

兔爸作为芯片设计工程师,乍听上去和程序员有一些相似之处,暂以此作一个粗略对比,方便你的理解 —— 从工作流程上来看,程序员从产品经理处拿到需求,然后负责实现,在实现的过程中可能有Bug需要不停的测试和修改,直到产品上线。

而兔爸在设计芯片的过程则要漫长的多,首先从系统工程师处拿到终端用户的需求,比如一个移动电源的客户有需求,希望充电速度更快,输出功率更大。

系统工程师研究客户需求后,交到兔爸这边,兔爸就需要思考如何设计电路去满足客户的需求。而这个设计本身,也类似在电脑CAD画图软件的一个界面,并辅佐用仿真器 —— 也就是尽量去接近真实的电路,用电脑去模拟真实电路的响应方式,以及去验证它的功能。

这个“仿真”与程序员做产品上线前的测试略有不同,电路的仿真跟最终拿到的成果很可能不完全一样,这是仿真的局限性导致的。换句话说,没有人100%保证仿真器的模拟效果可以保证做出来的产品没有问题。因此,兔爸的工作内容决定了他必须格外谨慎。

芯片设计完毕后,进入“版图”阶段,也就是把之前的抽象设计转化成能够生产的一种形式。紧接着,便是生产出晶圆片(芯片是晶圆切割完成的半成品),基于此再进行切割,随后拿回公司做封装测试。

这个“封装测试”的过程相当于重新验证设计本身,以确保交给客户前的万无一失。而从方案设计完成到验证环节,一般至少是数月的等待。而此处的关键是,如果验证出错误,兔爸得重头再来!

而这其中的代价,除去时间成本,由于生产过程涉及到模具定制的环节,模具的价格在几百万左右,后续验证出问题后,模具的成本直接就浪费了。

谈及“不能出错的压力”,兔爸对36氪说道,“这个行业都是这样,大家慢慢也都习惯了。但如果是一些初创企业,一次两次生产完,验证都不成功的话,钱都耗完,公司也就死了。”

当一切都完美顺利的生产验证完毕,客户量产后,事情还没完 —— 兔爸指出一个重要概念:容错性。

他必须考虑到终端用户使用不当的任何一种可能,哪怕在错误使用的情况下,产品不能出错。而这个“错”可能是坏掉、着火等。兔爸在设计一款电子烟产品时,客户在使用过程中接反了电池,无法使用。而兔爸就需要考虑,能否在电池接反的情况下,或是出现提示音或是不影响使用。这一切,都考量一个好的芯片设计工程师的能力。

就职业门槛来看,由于芯片行业的特殊性,一般电子系毕业的学生占比较大。做数字芯片工程师会跟软件打交道,包括有写代码的部分,相对来说跨专业会更容易一些。一般来说,芯片行业入职后的薪酬在1.5w-2w之间。
之前,兔爸的团队中也有专业对口,但因性格因素而离开的人 —— 这和“容错性”有关,做芯片设计工程师对于谨慎细心的要求极高。而兔爸作为部门负责人,他更看重的是年轻人的学习能力,还有工作习惯,也就是总结错误,建立个人系统方法论的能力。

“电源管理芯片”作为兔爸设计的芯片中的一个小分类,细微的一些提升对你我使用的电子产品的体验都会造成莫大的影响。试想在未来的某个节点上,“移动电源”将变得冗余,甚至按照兔爸所说的,“手机本身可以成为输出电源的那个端口”时,我们的生活习惯又会被无形中改变...
那个薄薄的指甲盖大小的芯片,倾注了他精力的全部。

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