2013年，SiTime推出了其首款32kHz的MEMS振蕩器—— SiT15xx系列。

據(jù)介紹，這款面向智能終端應(yīng)用的產(chǎn)品可以克服傳統(tǒng)石英振蕩器的諸多限制，在面積、功耗、可靠性和壽命方面都有了大幅度的提升。時(shí)任SiTime首席執(zhí)行官的Rajesh Vashist表示：“SiTime的突破性硅MEMS和模擬技術(shù)提供了創(chuàng)新的計(jì)時(shí)解決方案，超越了石英行業(yè)數(shù)十年的發(fā)展。”

在后續(xù)的發(fā)展中，SiTime步步為營，并最終在2019年上市。能獲得這個(gè)成績，與公司SiT15xx系列有著莫大的關(guān)系。有行內(nèi)人士甚至認(rèn)為，SiTime能上市，就是依靠這系列被賣爆的芯片。

近來，隨著蘋果發(fā)布iPhone 16e，又一次把這家公司推向了風(fēng)口浪尖。因?yàn)橹治鰴C(jī)構(gòu)TechInsights拆解發(fā)現(xiàn)，iPhone 16e率先在智能手機(jī)行業(yè)首次引入了MEMS振蕩器，并有望在后續(xù)的產(chǎn)品中持續(xù)引入這類振蕩器，這勢必會(huì)帶動(dòng)這家美國芯片公司業(yè)績強(qiáng)勁增長。

本土MEMS振蕩器初創(chuàng)企業(yè)麥斯塔創(chuàng)始人雷永慶更是直言：“MEMS振蕩器在未來會(huì)取代石英振蕩器。”作為國內(nèi)這條賽道為數(shù)不多的廠商，麥斯塔也在其中扮演重要角色。

MEMS振蕩器，大勢所趨

翻看振蕩器的歷史，其實(shí)可以追溯到1880年。當(dāng)時(shí)，居里兄弟研究石英水晶片時(shí)，發(fā)現(xiàn)在晶片上施加機(jī)械應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電荷的偏移。這就驅(qū)使他們提出了壓電效應(yīng)這個(gè)概念。

在接下來的幾十年里，無數(shù)先驅(qū)投入到石英振蕩器的研究中，使得這個(gè)產(chǎn)品成為電子產(chǎn)品中不可或缺的重要組成，因?yàn)槲覀兊碾娮酉到y(tǒng)（包括各種各樣的處理器），都需要有一個(gè)周期性的脈沖信號，這就是石英振蕩器發(fā)揮作用的地方。然而，隨著電子設(shè)備越來越小型化，人工智能的快速崛起，傳統(tǒng)的石英振蕩器，越來越難應(yīng)付這些場景。

雷永慶以現(xiàn)在熱門的人工智能應(yīng)用舉例說，隨著各種大模型如火如荼的發(fā)展，采用先進(jìn)的GPU、DPU以及網(wǎng)絡(luò)交換芯片的AI數(shù)據(jù)中心，各個(gè)服務(wù)器板卡之間的數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)交換速率越來越快，只有高精度和低抖動(dòng)的同步時(shí)鐘才能確保數(shù)據(jù)傳輸和交換的準(zhǔn)確性，否則會(huì)導(dǎo)致模型訓(xùn)練失敗。眾多國際知名AI公司在其服務(wù)器板卡以及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)中都不約而同的采用了高頻、高精度和低抖動(dòng)的MEMS時(shí)鐘。在AI服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)領(lǐng)域，MEMS時(shí)鐘方案節(jié)省了80%以上體積。在功耗和性能方面也是領(lǐng)先于傳統(tǒng)方案。具體到性能方面，MEMS方案面對服務(wù)器的溫度變化和震動(dòng)等場景，性能也可以保持不變。這就讓MEMS振蕩器變得越來越不可或缺。

“現(xiàn)在的智能汽車，因?yàn)橹悄芑潭仍絹碓礁撸舱谑褂煤芏嗍⒄袷幤鳎ù蟾琶枯v車三十顆），這些振蕩器需要面臨嚴(yán)苛的車規(guī)級芯片考驗(yàn)，在可靠性上也面臨前所未有的挑戰(zhàn)。車規(guī)級的石英振蕩器進(jìn)行AEC-Q200認(rèn)證，而車規(guī)級的MEMS振蕩器都在進(jìn)行更嚴(yán)苛的AEC-Q100認(rèn)證。”雷永慶表示。全球知名的新能源車廠都在大規(guī)模使用車規(guī)MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品。

他同時(shí)指出，智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備等應(yīng)用因?yàn)閷?nèi)部尺寸和功耗有著嚴(yán)苛的要求，擁有小型化、高精度、抗振動(dòng)和抗沖擊的MEMS振蕩器正在受到上述多個(gè)應(yīng)用市場的歡迎。眾多智能終端國際大廠在AR/VR、智能手表、手環(huán)及戒指等產(chǎn)品中大量采用更小體積、更高精度和更低功耗的MEMS振蕩器。

還是以iPhone 16e為例，據(jù)天風(fēng)國際分析師郭明錤介紹，這款設(shè)備上，首次集成了蘋果自研的C1基帶。和高通調(diào)制解調(diào)器依賴三種石英晶體振蕩器（32kHz、24MHz 和 76.8MHz）的設(shè)計(jì)不同，蘋果自家的調(diào)制解調(diào)器現(xiàn)在只使用一種24MHz石英晶體振蕩器，其他兩種（32kHz和76.8MHz）則用SiTime的MEMS振蕩器取代。未來，蘋果公司有計(jì)劃用MEMS振蕩器全面取代石英振蕩器，毋容置疑，蘋果公司正在推動(dòng)時(shí)鐘行業(yè)的深刻變革。

業(yè)內(nèi)人士分析，MEMS振蕩器讓智能手機(jī)在衛(wèi)星通信和導(dǎo)航定位方面具有一定的領(lǐng)先優(yōu)勢，此外可以讓智能手機(jī)擁有更優(yōu)秀的續(xù)航表現(xiàn)。

SiTime在其博客文章中也總結(jié)說，與傳統(tǒng)的石英振蕩器相比，MEMS振蕩器在頻率穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性、可靠性和長期性能、緊湊性、抗震性以及與現(xiàn)代半導(dǎo)體封裝的無縫集成都擁有了前者無法比擬的優(yōu)勢；而且，其原生的硅-硅兼容性消除了對石英補(bǔ)償電路和調(diào)諧的需求，從而簡化了電路設(shè)計(jì)并優(yōu)化了制造可擴(kuò)展性；此外，成本和功耗優(yōu)勢、供應(yīng)鏈優(yōu)勢以及制造效率，讓MEMS振蕩器受到越來越多的開發(fā)者歡迎。

正因MEMS振蕩器如此受歡迎，SiTime在過去幾年里業(yè)績穩(wěn)步上升。據(jù)郭明錤預(yù)測，從2025年到2027年，光是蘋果一個(gè)客戶就給SiTime貢獻(xiàn)4000萬美元、1.1億美元和2億美元。如果考慮到其他客戶的貢獻(xiàn)，SiTime的成長能力驚人。

雷永慶也透露，國內(nèi)的MEMS振蕩器幾乎是由SiTime獨(dú)家壟斷。除了他們以外，僅有Microchip能提供有限的選擇。“在北斗導(dǎo)航模組上，由于受到尺寸的嚴(yán)苛限制，只能選用MEMS振蕩器。在過去，除了SiTime，他們別無選擇。”雷永慶舉例說。

在這種情況下，一家本土的MEMS振蕩器供應(yīng)商就顯得無比重要。成立于2021年的麥斯塔，乘勢崛起。

麥斯塔，本土破局者

資料顯示，總部位于深圳的麥斯塔微電子已研發(fā)出上百項(xiàng)專利技術(shù)，核心專利領(lǐng)域涉及ASIC、MEMS、封裝與成品。公司自主研發(fā)推出的MEMS振蕩器更是填補(bǔ)了國內(nèi)MEMS振蕩器技術(shù)領(lǐng)域的空白，打破了國外在此領(lǐng)域的技術(shù)壟斷。

在被問到為何能做到這一點(diǎn)的時(shí)候，雷永慶多次強(qiáng)調(diào)：“勇氣和運(yùn)氣都很重要，缺一不可！”

他表示，在當(dāng)時(shí)創(chuàng)業(yè)的時(shí)候，MEMS振蕩器雖然已經(jīng)發(fā)展了多年，但依然還是沒進(jìn)入“主流”。也就是說還沒做到智能手機(jī)這類龐大市場應(yīng)用中，AI也還沒有大紅大紫，所以談什么先見之明，也是事后諸葛亮。而他之所以會(huì)選擇這條賽道，首先是因?yàn)樽约涸谶@個(gè)行業(yè)深耕多年，熟悉這個(gè)市場的需求和客戶；其次，當(dāng)時(shí)他創(chuàng)業(yè)的時(shí)候，是想選一個(gè)既有壁壘，且國內(nèi)還沒有突破的方向。于是，MEMS振蕩器就成為了他的選擇。

成立兩年之后，麥斯塔就發(fā)布了公司的首款產(chǎn)品MST8011，可編程MHz MEMS XO，累計(jì)客戶已經(jīng)超過百家。據(jù)介紹，公司正在推出的低功耗、小尺寸、高精度的32.768kHz MEMS TCXO，該系列產(chǎn)品一推出，備受矚目，各種智能終端客戶和IoT客戶爭先進(jìn)行評測和使用。

當(dāng)用戶采用上述MEMS振蕩器后，在人工智能終端領(lǐng)域，其高穩(wěn)定性確保多傳感器數(shù)據(jù)與時(shí)間軸高度同步，抗振動(dòng)性能比石英高50倍，保障復(fù)雜環(huán)境下的可靠運(yùn)行；智能穿戴設(shè)備中，芯片級封裝（1.5×0.8mm CSP）節(jié)省85%面積，配合可編程擺幅技術(shù)降低30%-50%功耗，提升續(xù)航能力；衛(wèi)星導(dǎo)航模塊依賴其快速定位能力（TTFF優(yōu)化），抗沖擊性能超30000g，保障極端環(huán)境下的授時(shí)精度；IoT和電力領(lǐng)域則通過±5ppm高精度減少網(wǎng)絡(luò)同步開銷，提升同步和計(jì)時(shí)精度。

雷永慶表示，與傳統(tǒng)的石英晶體及晶振相比，32.768kHz系列MEMS振蕩器擁有非常明顯的小體積、高精度及低功耗優(yōu)勢。全球在AI終端設(shè)備智能化浪潮中，32.768kHz系列MEMS振蕩器正以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢，為核心處理器提供精準(zhǔn)時(shí)鐘頻率。這類振蕩器也能重構(gòu)AR眼鏡、智能手機(jī)、智能穿戴、智慧家居、車載智能終端等設(shè)備的性能邊界。

能在短短幾年取得如此成績，按照雷永慶所說，這是公司團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持的結(jié)果。

MEMS振蕩器技術(shù)出現(xiàn)二十余年，國內(nèi)有不少科研機(jī)構(gòu)和高校的團(tuán)隊(duì)在做MEMS振蕩器領(lǐng)域的前沿探索和研究，此外，也有一些企業(yè)結(jié)合高校團(tuán)隊(duì)進(jìn)行商業(yè)化方向的嘗試。在被問及MEMS振蕩器研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的難點(diǎn)在哪里？雷永慶的觀點(diǎn)如下：

• 首先，MEMS振蕩器研發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性工作，MEMS諧振器開發(fā)、ASIC開發(fā)、封裝開發(fā)及產(chǎn)測設(shè)備開發(fā)，這些環(huán)節(jié)相互影響、缺一不可，開發(fā)過程經(jīng)常會(huì)遇到耦合的技術(shù)難題，此外這四個(gè)環(huán)節(jié)必須環(huán)環(huán)相扣，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品功虧一簣。

• 其次，MEMS振蕩器的核心部件MEMS諧振器開發(fā)周期長，開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)高。MEMS諧振器需要開發(fā)者跟晶圓廠定制工藝而且有極高的工藝要求，投片成本很高，回片周期長，這就使得不少人會(huì)倒在“跑通工藝”這一個(gè)環(huán)節(jié)。

• 此外，即使跑通了工藝，如何實(shí)現(xiàn)不同批次晶圓的一致性，從“跑通工藝”到“量產(chǎn)”，也存在諸多難點(diǎn)，如果晶圓良率偏低，又無法在短期內(nèi)提升，將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品無法規(guī)模商用。

“麥塔斯恰好做到了上述幾點(diǎn)，這也讓公司有能力推出了上述產(chǎn)品。”雷永慶表示。“我們是國內(nèi)唯一一家能夠規(guī)模交付對標(biāo)美國同類產(chǎn)品的公司。”雷永慶補(bǔ)充說。他指出，麥斯塔一如既往地做差異化，成本控制也要做得比美國同類產(chǎn)品更好。

“我們要做中國人都能用得起的MEMS振蕩器。”雷永慶強(qiáng)調(diào)。

引領(lǐng)替代新潮流

在這些領(lǐng)先產(chǎn)品的支持下，麥斯塔已經(jīng)收獲超百個(gè)客戶，公司也出貨了不少M(fèi)EMS振蕩器產(chǎn)品。現(xiàn)在，隨著iPhone 16e對MEMS振蕩器的采用，麥斯塔正在面向智能手機(jī)客戶和可穿戴用戶，加緊這些產(chǎn)品的推廣。

在談及未來發(fā)展時(shí)，雷永慶堅(jiān)定地認(rèn)為，MEMS振蕩器會(huì)是全新的替代方案，無論是從技術(shù)與產(chǎn)品先進(jìn)性迭代，還是市場需要的第二廠商替代維度，皆是如此。

他解析說，MEMS振蕩器采用半導(dǎo)體材料，MEMS工藝及半導(dǎo)體封裝技術(shù)，制造工藝流程短、自動(dòng)化程度高，隨著晶圓廠的升級迭代，還可以進(jìn)一步降低其成本。

2023年，Yole預(yù)測2027年MEMS時(shí)鐘市場規(guī)模會(huì)達(dá)到16億美金。“我認(rèn)為，未來振蕩器和各種獨(dú)立的時(shí)鐘芯片會(huì)融合在一起，MEMS時(shí)鐘擁有巨大的市場潛力，美國公司已經(jīng)推出了很多基于MEMS技術(shù)的高性能時(shí)鐘發(fā)生器和抖動(dòng)濾除時(shí)鐘芯片，這些產(chǎn)品比傳統(tǒng)的時(shí)鐘解決方案具有明顯的性價(jià)比、體積和功耗優(yōu)勢，眾多國際頭部的智能終端公司、人工智能公司、新能源汽車公司都在采用更高集成度的MEMS時(shí)鐘芯片。”雷永慶最后說。

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