更快更智能的芯片革命“致动器”将施展力量

　　《巴伦周刊》新一期封面文章表示，我们用50年时间完善计算机的大脑微处理器，现在应该给大脑相应的肌肉“致动器”施展力量了，这便是更快、更智能、更优秀的下一代芯片革命。

　　半导体、医药、消费电子行业公司--比如应用材料公司（Applied Materials）和恩智浦（NXP）--正在制造将改变我们身体、环境或交通方式的设备。

　　我们周围的世界不久将被那些影响我们生活空间、我们的身体、以及影响我们声光体验的设备所吞没，这些设备的动力来自半导体与微型发动机的创新结合。诸如给智能手机充电、煮鸡蛋之类的简单任务，以及复杂如扫描结直肠癌或为长距离飞行无人机提供动力等都将被改变。

《巴伦周刊》杂志封面

　　通过将刺激信号转变为二进制数据，传感器赋予机器感知光线、高度、湿度的能力。即将来临的革命将充满反其道而行之的所谓致动器。通过将二进制数据转换为某种形式的力量，比如光线、电磁波，甚至能够推动物体的物理压力，致动器能够让机器使我们的世界简单化。

　　致动器像之前的传感器一样，是科技上下求索的部分成果，目的是为了让机器做越来越多的事情，效率越来越高，有史以来最高效的信息设备微处理器即是其典型体现。

　　斯坦福大学机械工程系副教授萨福（Paul Saffo）表示，我们花了五十年时间打造计算机的大脑（微处理器），现在应该给这些大脑相应的肌肉影响我们的世界了。

　　“大家可以随便看看任何笨重的东西，然后把它做得又小又便宜，”萨福说。“未来便是我们如何用更少的东西做更多的工作。”

　　于是整个工业都将被重新塑造。比如，化石燃料市场将遭受新的挫折，因为电动汽车用一块简单的充电板电可充电，其方式就像座充给Apple Watch充电一样。

　　生命科学市场也将不得不适应新的世界，在这个世界口服一粒胶囊便可进行检查和治疗。配备致动器的机器人能够十分精确地移动部件和进行无线充电，从而将承担更多制造任务。

　　在这个更快、更好、更智能的世界里，致胜者将是应用材料之类的公司，这是全球最大的半导体制造设备公司，正在开发利用创新材料更高效地动用能源的办法。Integrated Device Technology公司（IDT）之类历史较老的模拟芯片公司将因其掌握电能运动的能力而获得新的重要性。新近上市的明星公司，比如无线能源公司Energous，随着其产品成为现实将获得优势。造就致动器革命的更多公司尚未上市。

　　拿微波炉这样的笨设备来说吧。在芯片制造商恩智浦亚利桑那州办公大楼的一间会议室里，几台微波炉放在一起做演示。负责该公司新兴应用部门及射频烹饪的维萨（Dan Viza）希望通过烹饪一个鸡蛋来显示公司芯片的神奇功能。

　　你不能在微波炉里烹饪鸡蛋。因为微波炉发射微波的磁控管力量太大，会使鸡蛋爆炸。维萨的电器看起来就像一台传统微波炉，但安装了一个功率放大器，即恩智浦销售多年的芯片。该芯片用在移动蜂窝基站中向你的手机发送射频信号。

　　在微波炉中，功率放大器就是利用微波辐射刺激食物分子的致动器。但它能够持续改变微波辐射强度，和磁控管的统一辐射不同，当食物比较娇嫩时能够调低辐射强度。最后烹饪出来的鸡蛋变了形，装在小盘子里。咬一口会发现鸡蛋硬，不好吃，但也并非嚼不动--介于煮鸡蛋和蒸鸡蛋之间，但完全可以吃。

　　维萨及其同事、恩智浦射频芯片业务经理哈特（Paul Hart）表示，如果功率放大器能够烹饪一个鸡蛋，那它也能烹饪整顿饭。他俩把它称之为“高分辨率烹饪”设备。维萨说，磁控管以要么打开要么关闭的方式提供微波辐射，但利用恩智浦的芯片就能够控制微波辐射，为不同温度区间的食品分配热源，为蔬菜、肉类、面包等你放进去的食品适用不同的加热方式。

　　这本身不是什么新技术，多年来恩智浦一直在出售功率放大器。但直到2014年，该公司才能够以完全符合家电制造商标准的方式制造一台足以高效地将电力转化为热量的设备。

　　在盛传将被无线芯片制造商高通收购的背景下，六周来恩智浦股价累计上涨约20%。预计该交易将在本周宣布。

　　和恩智浦的芯片不同，一些致动器需要半导体材料实现突破。前途最光明的突破之一是由氮化家化合物做成的半导体材料。在将电子运动转变为向外辐射的能源方面，这种材料比硅有效得多。

　　氮化镓（GaN）获得了越来越多的追随者。总部位于加州弗里蒙特的创业公司Soraa利用该技术开发了发光光谱大大拓宽的新型LED灯泡。在这种灯泡的照射下，色彩显得比典型LED灯照射下更加丰富。

　　对于GaN的热情，很少有人比得上加州创业公司Efficient Power Conversion （EPC）联合创始人兼CEO李都（Alex Lidow）。他的团队正在推广令人震惊的大量创新。其中一项是以色列公司Check-Cap开发的结直肠癌检测药丸。结直肠癌是美国癌症第二大死因，五十岁以上的美国人都建议进行结直肠癌筛查，但40%的人没有进行筛查。Check-Cap CEO丹泽尔（Bill Densel）称，筛查很有效果，能挽救性命，但过程很不舒服，令人尴尬，所以人们不去。

　　EPC的GaN芯片放在药丸里，由病人吞服，无需禁食。药丸进入体内之后，随着组织暴露于X光之下，GaN芯片检测到从结直肠壁反弹的光子。这些光子可用来生成结直肠的360度轮廓图。该光子数据发送到病人穿戴的无线接收器。

　　平均两三天后药丸从体内排出，病人把无线接收器交给医生分析。向结直肠内壁突出的息肉，以及那些不规则的东西，我们在看轮廓图的时候便一览无余，丹泽尔这样解释息肉和肿瘤探测。这项检查预计花费约六百美元，而结肠镜检查就需1200美元或更多，还不包括麻醉费用。

　　Check-Cap正在准备一系列临床研究，最终在2018年进行美国食品药品管理局审批研究，预计可在明年完成。该公司今年8月进行了注册直接公开募股，现金充足，能够用到明年。值得一提的是，Check-Cap仍然是一家处于发展阶段的公司，股票市值只有2300万美元。

　　EPC正在与另一家未披露名称的公司合作，开发无线供电人工心脏，不再向患者身体接入各种金属线。

　　另一项用途以色列创业公司BlueWind Medical（Rainbow Medical子公司）正在开发。该公司制造一种神经刺激设备包围神经末梢，通过对突触产生小的电场来调节痛感。该设备可由患者通过体外无线控制器开关减轻痛感，一天最长可用八小时，定将成为止痛药的替代品。

　　不过，很少有东西像李都所想的那样富余远见，他认为笔记本电脑电源线将成为历史。“十年内，我们将开始看到电源线的消失，”他说。我不知道谁会喜欢电源线。

　　EPC与绝大多数无线电源制造公司往来，其中之一为上文所提IDT。该公司制造“磁性电感器”部件，通过向磁线圈送电，能源可传输到与之接触的另一线圈。这就是Apple Watch的充电方式。迄今为止IDT卖出了7000多万无线充电器芯片，是业内老大。

　　IDT首席技术专家Sailesh Chittipeddi认为，电感器大有用武之地，销量会达到数亿规模。

　　在传感器方面，汽车是一个重要试验场。汽车装备的电子产品越来越多，比如特斯拉的17英寸视频仪表盘和车载摄像头。所有这些都使得芯片的电线连接增多。Chittipeddi表示，各部件之间的电线连接几乎占到整车重量的三分之一。

　　Chittipeddi说，汽车侧视镜控制可由电感器而非电线供电；汽车制造商正在尽可能地采用无线技术以设法降低成本。

　　目标更宏伟的是无需接触便可运行的磁共振。Lidow的公司正与包括波士顿WiTricity在内的众多团队合作。WiTricity公司创始人是麻省理工物理学教授索尔亚契奇（Marin Soljacic），解决了调谐磁线圈以更加高效地传输能源的办法。

　　WiTricity CEO格鲁森（Alex Gruzen）表示，公司与一家大型笔记本电脑制造商就即将实现的无线充电能力达成协议，并与汽车制造商合作以实现千瓦级电力无线传输。“设想一下你的车库地面上有一块衬垫，汽车停在上面便可自动充电，距离汽车底盘一两英尺无线充电，” 格鲁森说。

　　对有的人来说，IDT和WiTricity的接触式充电或短距离充电还不够远大。无线和半导体业界资深人士经营的Energous认为，通过利用类似恩智浦微波炉技术的射频电源，可在最远达15英尺的距离对房间内的设备无线充电。

　　这种充电方式不如有线充电快速，但如果你周围表面到处都嵌入传输设备，能够持续使用，那么快速也就没有必要。Energous CEO雷佐尼（Ateve Rizzone）表示，在这种情况下，从你驾车到坐在办公室，再到在家休息的时间，你的可穿戴设备或手机都会源源不断地获得电力，持续满电运行；设备电力耗尽，急急忙忙找插座的时间将减少。

　　也有持怀疑态度者，其中部分是专业人士，比如TechInsights子公司Chipworks科技情报部副总裁莫里森（Jim Morrison）。莫里森认为，无线电源至少还要等五年，它太超前，目前根本不具成本效益。

　　还有Seeking Alpha网站，网站上一些博士论文式的文章反驳Energous的技术主张。

 

　　雷佐尼谨慎表示，“卖空者已成为一个问题。他们非常聪明，综合了很多听上去振振有词的精确数字，造成一定程度的担忧，但我们将继续克服这些问题。”事实上该股今年累计上涨了一倍多，自2014年3月上市以来累计上涨56%。“因为最终该技术是实实在在的，是安全的，我们将获得联邦通信委员会的批准，”雷佐尼说。

　　雷佐尼说，利用Energous技术的首批产品是接触式充电器，定于明年一季度出货；无线充电距离在一个房间的非接触式充电器将随后于明年末出货。

　　从射频烹饪到体内的GaN药丸再到无线充电，所有这些技术都将被其产品组装方式推动或阻碍。组装这些产品则是应用材料公司的一项工作，该公司是向英特尔和其它芯片制造商提供有关工具的全球最大供应商。比如，汽车具有图像投射到仪表盘之上的“平视”显示器。“平视”显示器用了很多微型镜面，这些镜面像无数个小型机械构件，具有名为微机电系统的移动部件。

　　汽车制造商希望这类微型镜面与推动镜面的控制电路制造在同一块硅板上，因为如此将节省电力。但迄今为止还不可能做到这样。

　　应用技术公司已经找到了利用硅锗化合物集成二者的办法，并表示已做好向客户演示的准备。

　　应用技术公司首席专家那拉马苏（Om Nalamasu）表示，这种创新通常将提高材料工程在打造创新设备中的作用；上世纪80年代末，大部分半导体产品用了六七种元素，如今要用到元素周期表中的一半。

　　作为机器肌肉的致动器与作为其耳目的传感器结合将如何？这将极大造福人类，尤其是在医疗领域，不过机器本身也将获得最大的优势。

　　对人类来说，传感器可探测人的脑电波，将思想转换为使致动器移动四肢的信号--也许在脊柱或神经受损的情况下，类似于科学家霍金（Stephen Hawking）通过转动眼球在计算机上打字类似。

　　更切实的前景在于，被无线充电解放的电动汽车将通过传感器自动导航到最近的充电站，无需人工插上插头充电。这类连续充电系统将使得高容量电池没有必要，从而增强交通工具中电力动力与汽油动力的竞争力。这显然还将促进无人驾驶汽车的进展。

　　与之类似，内置致动器以操纵物体的机器人甚至可承担更多的工厂工作。由于地面充电站通过射频传输向飞行中的无人机传输电力，无人机可飞行更远的距离。

　　投资者迷恋于因传感器而实现的手机应用（比如跟踪健身计划、监测用户所处位置天气和发现附近公司的应用）的经济潜力。不过这些投资者将被接下来的传感器--致动器震惊。致动器改变日常环境的能力将使得我们周围的世界像手机内的世界一样五彩缤纷，这对投资者来说甚至更加有前途。（柠楠/编译）