MEMS振荡器的国产破局者_风闻

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

据介绍，这款面向智能终端应用的产品可以克服传统石英振荡器的诸多限制，在面积、功耗、可靠性和寿命方面都有了大幅度的提升。时任SiTime首席执行官的Rajesh Vashist表示：“SiTime的突破性硅MEMS和模拟技术提供了创新的计时解决方案，超越了石英行业数十年的发展。”

在后续的发展中，SiTime步步为营，并最终在2019年上市。能获得这个成绩，与公司SiT15xx系列有着莫大的关系。有行内人士甚至认为，SiTime能上市，就是依靠这系列被卖爆的芯片。

近来，随着苹果发布iPhone 16e，又一次把这家公司推向了风口浪尖。因为知名分析机构TechInsights拆解发现，iPhone 16e率先在智能手机行业首次引入了MEMS振荡器，并有望在后续的产品中持续引入这类振荡器，这势必会带动这家美国芯片公司业绩强劲增长。

本土MEMS振荡器初创企业麦斯塔创始人雷永庆更是直言：“MEMS振荡器在未来会取代石英振荡器。”作为国内这条赛道为数不多的厂商，麦斯塔也在其中扮演重要角色。

MEMS振荡器，大势所趋

翻看振荡器的历史，其实可以追溯到1880年。当时，居里兄弟研究石英水晶片时，发现在晶片上施加机械应力时，就会产生电荷的偏移。这就驱使他们提出了压电效应这个概念。

在接下来的几十年里，无数先驱投入到石英振荡器的研究中，使得这个产品成为电子产品中不可或缺的重要组成，因为我们的电子系统（包括各种各样的处理器），都需要有一个周期性的脉冲信号，这就是石英振荡器发挥作用的地方。然而，随着电子设备越来越小型化，人工智能的快速崛起，传统的石英振荡器，越来越难应付这些场景。

雷永庆以现在热门的人工智能应用举例说，随着各种大模型如火如荼的发展，采用先进的GPU、DPU以及网络交换芯片的AI数据中心，各个服务器板卡之间的数据传输速率和数据交换速率越来越快，只有高精度和低抖动的同步时钟才能确保数据传输和交换的准确性，否则会导致模型训练失败。众多国际知名AI公司在其服务器板卡以及网络交换机中都不约而同的采用了高频、高精度和低抖动的MEMS时钟。在AI服务器和网络交换机领域，MEMS时钟方案节省了80%以上体积。在功耗和性能方面也是领先于传统方案。具体到性能方面，MEMS方案面对服务器的温度变化和震动等场景，性能也可以保持不变。这就让MEMS振荡器变得越来越不可或缺。

“现在的智能汽车，因为智能化程度越来越高，也正在使用很多石英振荡器（大概每辆车三十颗），这些振荡器需要面临严苛的车规级芯片考验，在可靠性上也面临前所未有的挑战。车规级的石英振荡器进行AEC-Q200认证，而车规级的MEMS振荡器都在进行更严苛的AEC-Q100认证。”雷永庆表示。全球知名的新能源车厂都在大规模使用车规MEMS时钟产品。

他同时指出，智能手机、可穿戴设备等应用因为对内部尺寸和功耗有着严苛的要求，拥有小型化、高精度、抗振动和抗冲击的MEMS振荡器正在受到上述多个应用市场的欢迎。众多智能终端国际大厂在AR/VR、智能手表、手环及戒指等产品中大量采用更小体积、更高精度和更低功耗的MEMS振荡器。

还是以iPhone 16e为例，据天风国际分析师郭明錤介绍，这款设备上，首次集成了苹果自研的C1基带。和高通调制解调器依赖三种石英晶体振荡器（32kHz、24MHz 和 76.8MHz）的设计不同，苹果自家的调制解调器现在只使用一种24MHz石英晶体振荡器，其他两种（32kHz和76.8MHz）则用SiTime的MEMS振荡器取代。未来，苹果公司有计划用MEMS振荡器全面取代石英振荡器，毋容置疑，苹果公司正在推动时钟行业的深刻变革。

业内人士分析，MEMS振荡器让智能手机在卫星通信和导航定位方面具有一定的领先优势，此外可以让智能手机拥有更优秀的续航表现。

SiTime在其博客文章中也总结说，与传统的石英振荡器相比，MEMS振荡器在频率稳定性和准确性、可靠性和长期性能、紧凑性、抗震性以及与现代半导体封装的无缝集成都拥有了前者无法比拟的优势；而且，其原生的硅-硅兼容性消除了对石英补偿电路和调谐的需求，从而简化了电路设计并优化了制造可扩展性；此外，成本和功耗优势、供应链优势以及制造效率，让MEMS振荡器受到越来越多的开发者欢迎。

正因MEMS振荡器如此受欢迎，SiTime在过去几年里业绩稳步上升。据郭明錤预测，从2025年到2027年，光是苹果一个客户就给SiTime贡献4000万美元、1.1亿美元和2亿美元。如果考虑到其他客户的贡献，SiTime的成长能力惊人。

雷永庆也透露，国内的MEMS振荡器几乎是由SiTime独家垄断。除了他们以外，仅有Microchip能提供有限的选择。“在北斗导航模组上，由于受到尺寸的严苛限制，只能选用MEMS振荡器。在过去，除了SiTime，他们别无选择。”雷永庆举例说。

在这种情况下，一家本土的MEMS振荡器供应商就显得无比重要。成立于2021年的麦斯塔，乘势崛起。

麦斯塔，本土破局者

资料显示，总部位于深圳的麦斯塔微电子已研发出上百项专利技术，核心专利领域涉及ASIC、MEMS、封装与成品。公司自主研发推出的MEMS振荡器更是填补了国内MEMS振荡器技术领域的空白，打破了国外在此领域的技术垄断。

在被问到为何能做到这一点的时候，雷永庆多次强调：“勇气和运气都很重要，缺一不可！”

他表示，在当时创业的时候，MEMS振荡器虽然已经发展了多年，但依然还是没进入“主流”。也就是说还没做到智能手机这类庞大市场应用中，AI也还没有大红大紫，所以谈什么先见之明，也是事后诸葛亮。而他之所以会选择这条赛道，首先是因为自己在这个行业深耕多年，熟悉这个市场的需求和客户；其次，当时他创业的时候，是想选一个既有壁垒，且国内还没有突破的方向。于是，MEMS振荡器就成为了他的选择。

成立两年之后，麦斯塔就发布了公司的首款产品MST8011，可编程MHz MEMS XO，累计客户已经超过百家。据介绍，公司正在推出的低功耗、小尺寸、高精度的32.768kHz MEMS TCXO，该系列产品一推出，备受瞩目，各种智能终端客户和IoT客户争先进行评测和使用。

当用户采用上述MEMS振荡器后，在人工智能终端领域，其高稳定性确保多传感器数据与时间轴高度同步，抗振动性能比石英高50倍，保障复杂环境下的可靠运行；智能穿戴设备中，芯片级封装（1.5×0.8mm CSP）节省85%面积，配合可编程摆幅技术降低30%-50%功耗，提升续航能力；卫星导航模块依赖其快速定位能力（TTFF优化），抗冲击性能超30000g，保障极端环境下的授时精度；IoT和电力领域则通过±5ppm高精度减少网络同步开销，提升同步和计时精度。

雷永庆表示，与传统的石英晶体及晶振相比，32.768kHz系列MEMS振荡器拥有非常明显的小体积、高精度及低功耗优势。全球在AI终端设备智能化浪潮中，32.768kHz系列MEMS振荡器正以其独特的技术优势，为核心处理器提供精准时钟频率。这类振荡器也能重构AR眼镜、智能手机、智能穿戴、智慧家居、车载智能终端等设备的性能边界。

能在短短几年取得如此成绩，按照雷永庆所说，这是公司团队坚持的结果。

MEMS振荡器技术出现二十余年，国内有不少科研机构和高校的团队在做MEMS振荡器领域的前沿探索和研究，此外，也有一些企业结合高校团队进行商业化方向的尝试。在被问及MEMS振荡器研发和产业化的难点在哪里？雷永庆的观点如下：

首先，MEMS振荡器研发是一个复杂的系统性工作，MEMS谐振器开发、ASIC开发、封装开发及产测设备开发，这些环节相互影响、缺一不可，开发过程经常会遇到耦合的技术难题，此外这四个环节必须环环相扣，任何一个环节出现问题，都会导致产品功亏一篑。其次，MEMS振荡器的核心部件MEMS谐振器开发周期长，开发风险高。MEMS谐振器需要开发者跟晶圆厂定制工艺而且有极高的工艺要求，投片成本很高，回片周期长，这就使得不少人会倒在“跑通工艺”这一个环节。此外，即使跑通了工艺，如何实现不同批次晶圆的一致性，从“跑通工艺”到“量产”，也存在诸多难点，如果晶圆良率偏低，又无法在短期内提升，将会导致产品无法规模商用。“麦塔斯恰好做到了上述几点，这也让公司有能力推出了上述产品。”雷永庆表示。“我们是国内唯一一家能够规模交付对标美国同类产品的公司。”雷永庆补充说。他指出，麦斯塔一如既往地做差异化，成本控制也要做得比美国同类产品更好。

“我们要做中国人都能用得起的MEMS振荡器。”雷永庆强调。

引领替代新潮流

在这些领先产品的支持下，麦斯塔已经收获超百个客户，公司也出货了不少MEMS振荡器产品。现在，随着iPhone 16e对MEMS振荡器的采用，麦斯塔正在面向智能手机客户和可穿戴用户，加紧这些产品的推广。

在谈及未来发展时，雷永庆坚定地认为，MEMS振荡器会是全新的替代方案，无论是从技术与产品先进性迭代，还是市场需要的第二厂商替代维度，皆是如此。

他解析说，MEMS振荡器采用半导体材料，MEMS工艺及半导体封装技术，制造工艺流程短、自动化程度高，随着晶圆厂的升级迭代，还可以进一步降低其成本。

2023年，Yole预测2027年MEMS时钟市场规模会达到16亿美金。“我认为，未来振荡器和各种独立的时钟芯片会融合在一起，MEMS时钟拥有巨大的市场潜力，美国公司已经推出了很多基于MEMS技术的高性能时钟发生器和抖动滤除时钟芯片，这些产品比传统的时钟解决方案具有明显的性价比、体积和功耗优势，众多国际头部的智能终端公司、人工智能公司、新能源汽车公司都在采用更高集成度的MEMS时钟芯片。”雷永庆最后说。