Rajesh Vashist, CEO von SiTime »5G wird bei Oszillatoren alles verändern«

DESIGN&ELEKTRONIK-Redakteur Ralf Higgelke traf Rajesh Vashist (links), den CEO von SiTime, auf der electronica 2018
DESIGN&ELEKTRONIK-Redakteur Ralf Higgelke traf Rajesh Vashist (links), den CEO von SiTime, auf der electronica 2018

Weit über 90 Prozent aller Taktgeberlösungen sind immer noch quarzbasiert. Ein Unternehmen, das sich dafür einsetzt, auf MEMS-basierte Lösungen umzusteigen, ist SiTime. Und 5G werde dafür den Ausschlag geben, glaubt Rajesh Vashist, der CEO des Unternehmens. Wir trafen ihn auf der electronica 2018.

DESIGN&ELEKTRONIK: Die ersten Quarzoszillatoren wurden in den späten 1920-er Jahren bei den Bell Labs gebaut. Können Sie mir ein wenig über die Geschichte der MEMS-Oszillatoren erzählen? 

Rajesh Vashist: Aufgrund der Schwächen von Quarzoszillatoren und des Potenzials von MEMS begannen Forscher Mitte des 20. Jahrhunderts mit der Entwicklung von MEMS-Oszillatoren. IBM baute den ersten MEMS-Resonator im Jahre 1967. In den Neunzigerjahren beschäftigten sich verschiedene Unternehmen mit der Fertigung derartiger Taktgeber. 

Worin bestand die Herausforderung? 

Nun, niemand bekam damals die Temperaturstabilität in den Griff. Im Jahr 2006 schließlich stellte SiTime den ersten produktionsreifen MEMS-Resonator vor. Gemeinsam mit Bosch, unserem Mutterkonzern, haben wir die MEMS-First- und EpiSeal-Verfahren entwickelt, um Resonatoren mit höchster Qualität und Zuverlässigkeit herzustellen.

Kurz nach uns präsentierte auch Discera (heute ein Teil von Microchip; Anm. d. Red.) einen MEMS-Resonator. Zwischen 2006 und 2012 gaben noch weitere Unternehmen wie Silicon Labs, IDT (heute ein Teil von Renesas; Anm. d. Red.), Analog Devices, Maxim und NXP über 500 Millionen US-Dollar für die Entwicklung von MEMS-Resonatoren aus. Im letzten Jahrzehnt hat SiTime die Frequenzstabilität um das 5000-Fache verbessern können, den Jitter um den Faktor 800 und die Allan-Abweichung um das 30.000-Fache. Ich erwarte, dass wir in diesem rasanten Tempo mit weiteren Entwicklungssprüngen aufwarten können. Heute bieten wir MEMS-basierte OCXOs, Super-TCXOs, Oszillatoren und Resonatoren an.

Was sind die Schwachpunkte von Quarzoszillatoren?

Es gibt drei wesentliche Aspekte: die dynamische Performance, die Zuverlässigkeit und die Lieferkette.

Unter dynamischer Performance verstehen wir die Fähigkeit, unter rauen und sich schnell ändernden Umgebungs- und Systembedingungen eine hohe Leistung aufrechtzuerhalten. Dieser Parameter ist für viele Anwendungen wie zum Beispiel 5G entscheidend. Quarzoszillatoren können jedoch keine dynamischen Einflüsse wie Vibrationen, Stöße und schnelle Temperaturwechsel bewältigen. Da unser MEMS-Schwinger nur eine sehr geringe Masse hat, lässt er sich durch solche Einflüsse kaum stören.

Zuverlässigkeit ist bei Quarzbauteilen ebenfalls ein Thema. Deren MTBF liegt zwischen 100.000 Stunden und 30 Millionen Stunden. Unsere MTBF liegt typischerweise bei über 1,5 Milliarden Stunden. Dies ist sehr wichtig für Hochleistungssysteme wie die zentrale Telekom-Infrastruktur und die Automobilindustrie, die über lange Zeiträume hinweg ihren Dienst tun müssen. Ein weiterer Themenkomplex für Quarzbauelemente ist die geografisch konzentrierte Lieferkette. Kyocera, ein Lieferant von Quarzen, liefert auch rund 80 Prozent der Keramikgehäuse weltweit. Wenn es an ihrem Produktionsstandort zu einem Zwischenfall oder einer Naturkatastrophe kommt, wie beispielsweise beim Tsunami im Jahr 2011 in Japan, könnte dies die gesamte Quarzlieferkette stören. SiTime dagegen nutzt die Halbleiterlieferkette und in den meisten Fällen Standard-Plastikgehäuse, die von mehreren Lieferanten erhältlich sind.Im Gegensatz zu Quarzherstellern haben wir auch Erfahrung mit Analogtechnik, Kompensationsalgorithmen und Gehäusen. Die Quarzhersteller lagern in der Regel den Analogteil und das Packaging aus, sodass sie nicht so schnell neuartige Lösungen entwickeln können wie wir. 
 

Was sind die Nachteile von MEMS-Oszillatoren? Wie sieht es mit Preis und Ausbeute aus? 

Aus technischer Sicht sehe ich keine Einschränkungen oder Nachteile. Unsere größte Herausforderung besteht darin, die Leute wissen zu lassen, dass solche Produkte verfügbar sind. Heute haben wir 10.000 Kunden, aber es gibt 150.000 potenzielle Kunden.

Da es seit 90 Jahren quarzbasierte Taktgeberlösungen gibt, haben diese Unternehmen weitaus mehr Produkttypen entwickelt, als es derzeit bei MEMS gibt. So bieten sie beispielsweise eigenständige Resonatoren an, die wir gerade erst entwickeln. Auch bieten wir noch keine TCXOs (Temperature Compensated Crystal Oscillator, temperaturkompensierter Quarzoszillator; Anm. d. Red.) für mobile Anwendungen an. Aber im Laufe der Zeit werden unsere Produkte den gesamten Markt abdecken.

In Bezug auf Preis und Ausbeute sind wir sehr konkurrenzfähig. Unsere Ausbeute liegt im Bereich von 90 Prozent.

SiTime wurde 2005 von einigen Bosch-Mitarbeitern gegründet. Warum entwickelten diese Leute MEMS-Oszillatoren in Eigenregie und nicht bei Bosch? 

Bosch fokussiert sich auf Automotive-Systeme und -Elektronik. Ich kann zwar nicht für Bosch sprechen, aber ich glaube, dass unsere Gründer mit dem Bosch-Management eine Vereinbarung getroffen haben, ein unabhängiges Unternehmen mit dem Schwerpunkt MEMS-Taktgeber zu gründen. Bosch investierte in SiTime und spielte eine entscheidende Rolle für unseren Erfolg. Sie hatten einen Sitz im Vorstand und halfen uns bei der Fertigung. Kürzlich sind wir eine strategische Partnerschaft mit Bosch eingegangen, um die Märkte 5G, Automotive und IoT zu erschließen. Gemeinsam wollen wir Prozesse für die MEMS-Resonatoren von morgen entwickeln.

Soweit ich weiß, ist Bosch eine der Foundries, die Sie benutzen, oder?

Seit 2009 fertigt Bosch MEMS-Resonatoren für uns und ist derzeit unser bevorzugter Fertigungspartner. In dieser Zeit hat das Unternehmen neue Prozesstechniken entwickelt, die dazu beigetragen haben, unsere Lösungen zu verbessern. Die hervorragenden Fertigungs- und Lieferfähigkeiten von Bosch haben uns geholfen, über eine Milliarde Bauteile auszuliefern, während gleichzeitig die hohe Qualität erhalten blieb. Wir dürfen deren Know-how in der MEMS-Fertigung nutzen und können auf deren hohe Produktionskapazitäten für schnell wachsende Märkte wie 5G, IoT und Automotive zurückgreifen. 
 

SiTime beziffert seinen Marktanteil bei MEMS-basierten Timing-Lösungen auf 90 Prozent. Aber wie groß ist dies im Vergleich zum gesamten Timing-Markt?

Natürlich wächst der Markt für MEMS-Taktgeber viel schneller als der von Quarz. Doch nach Ansicht verschiedener Analysten ist der MEMS-Timing-Markt immer noch viel kleiner als der von Quarz – die Schätzungen liegen meist bei weniger als fünf Prozent. Unsere Herausforderung liegt, wie bereits erwähnt darin, die 150.000 potenziellen Kunden weltweit zu erreichen.

Einer der Gründe, warum der Marktanteil immer noch so klein ist, liegt darin, dass MEMS-Unternehmen noch kein umfassendes Angebot an eigenständigen Resonatoren und Taktgebern entwickelt haben. Diese beiden Produktkategorien machen fast zwei Drittel des Timing-Marktes aus, sodass die existierenden MEMS-Oszillatoren nur ein Drittel des Marktes abdecken. Im Zuge der technologischen Weiterentwicklung werden die MEMS-Timing-Unternehmen den Markt für Resonatoren und Taktgeber auf innovative, einzigartige Weise ansprechen, und der verfügbare Markt wird dadurch wachsen.

SiTime ist einer der größten Anbieter von SPXOs (Simple Packaged Crystal Oscillators; Anm. d. Red). Wir werden weiterhin schnell wachsen, indem wir die schwierigsten Timing-Probleme in neuen, schnell wachsenden Märkten wie IoT, Automotive und 5G lösen. Wir konzentrieren uns auf die Entwicklung von Systemlösungen, die drängende Probleme für die Entwickler lösen und wettbewerbsfähige Endprodukte ermöglichen, die sonst nicht machbar wären.

Es gibt einige Konkurrenten wie Silicon Labs oder IDT. Warum sind die SiTime-Lösungen Ihrer Ansicht nach besser?

Tatsache ist, dass SiLabs den MEMS-Timing-Markt im Jahr 2015 aufgegeben hat, IDT zwei Jahre davor. Seither verkaufen sie auch keine solchen Produkte mehr. Wir sind überzeugt, dass wir ihnen technologisch mindestens fünf Jahre voraus sind. Die Leistungsdaten unserer Produkte waren um Größenordnungen besser, ebenso deren Zuverlässigkeit. Und ganz im Gegensatz zu unseren breiter aufgestellten Marktbegleitern konzentrieren wir uns ausschließlich auf MEMS-Taktgeber und verfügen über das größte darauf spezialisierte Team weltweit.