SiTime rundet Produktspektrum ab
Einstieg in den Resonatoren-Markt
Die neuen MEMS-Resonatoren von SiTime sind deutlich kleiner und leistungsfähiger als Quarze. Zudem lassen sie sich mit SoCs und MCUs in einem Gehäuse integrieren. »Ein vollkommen neues Geschäftsmodell«, sagt Piyush Sevalia, Executive VP Marketing von SiTime.
»Mit der neuen Titan-Familie steigen wer jetzt in einen ganz neuen Markt ein: Den Markt für Stand-Alone-Resonatoren«, so Piyush Sevalia. Auf den ersten Blick mag das verwunderlich erscheinen. Denn die Oszillatoren, die SiTime schon lange im Programm führt, sind mit einem Resonator ausgestattet. Das Problem ist jedoch, dass sie mit den ICs, mit denen sie zusammenarbeiten, kompatibel sein müssen.
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| Die »FujiMEMS«-Technologie auf einen Blick |
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Die MEMS-Resonatoren der Titan-Familie basieren auf der MEMS-Technologie der sechsten Generation von SiTime. Im Vergleich zu herkömmlichen Quarzresonatoren bieten sie bessere Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit:
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Deshalb sind die Resonatoren in den Oszillatoren auf die entsprechenden ICs angepasst. Wenn die Resonatoren als eigenständige Bauelemente eingesetzt werden sollen, müssten sie eigentlich auf die jeweiligen ICs der Schaltung immer wieder neu angepasst werden – das wäre viel zu aufwändig und hat sich bisher für die Anwender nicht gelohnt. »Uns ist es jetzt gelungen, dies grundlegend zu ändern: Obwohl MEMS und Quarze sich grundlegend unterscheiden, haben wir einen Weg gefunden, unsere MEMS elektrisch kompatibel zu Quarzen zu machen«, erklärt Sevalia.
Damit will SiTime einen völlig neuen Markt aufrollen, den das Unternehmen bisher wegen der genannten technischen Schwierigkeiten nicht anvisieren konnte – und den erreichbaren Umsatz deutlich erweitern: »Er liegt für die Resonatoren weltweit bei immerhin 4 Mrd. Dollar!«, sagt Piyush Sevalia.
Das war nicht einfach und hat viele Jahre Forschung erfordert. Für die MEMS spielt laut Piyush Sevalia die Entwicklung neuer Materialien und Geometrien eine entscheidende Rolle, selbstverständlich auch die Prozesstechnik. Über die näheren Einzelheiten schweigt er sich allerdings aus. Nur soviel: »Wir investieren deutlich mehr Geld in R&D als selbst die weltweit größten Hersteller von Quarzen. Aber auch wir werden immer wieder mit schwierigen Problemen konfrontiert.«
Der Markt für Stand-Alone-Resonatoren hatte schon lange gelockt. Schon vor zehn Jahren hatten die Ingenieure von SiTime gedacht, auf Basis der MEMS-Prozesses der vierten Generation kompatibel mit Quarzen werden könnten. Es hatte sich jedoch herausgestellt, dass dies noch nicht möglich war. »Aber wir haben beharrlich und kontinuierlich an der Entwicklung weitergearbeitet«, so Piyush Sevalia.
2020 sah es wieder so aus, als ob der Durchbruch unmittelbar bevorstand. »Der neue Prozess funktionierte zwar grundsätzlich, doch unglücklicherweise stellte sich heraus, dass er nicht skalierte. Wir mussten also weiteres umfangreiches Fine-Tunig durchführen.« Doch in diesem Jahr war es endlich soweit: Auf Basis der sechsten Prozessgeneration, »FujiMEMS« genannt, mit deren Hilfe SiTime heute die MEMS-Resonatoren fertigt, konnten die Resonatoren erstens kompatibel zu Quarzen und zweitens in hohen Stückzahlen produziert werden.
Genau das sieht Piyush Sevalia als ein wesentliches Erfolgskriterium für Hersteller von MEMS an: Nur wer beharrlich sei und genügend Mittel über lange Zeit in die Entwicklung skalierbarer Prozesse investiere, könne den Durchbruch schaffen: »100 MEMS-Komponenten zu fertigen, ist kein Problem, Hunderte von Millionen pro Jahr in hoher Qualität und mit guter Ausbeute ist etwas ganz anderes!«
Das sei der Grund, warum unter den nicht wenigen Herstellern, die sich einmal auf MEMS für frequenzgebende Komponenten gestürzt hatten – darunter Discera (heute Microchip), IDT, Silicon Labs, Sand 9, Maxim und NXP – fast keiner mehr dabei ist. »Das ist typisch für MEMS-Firmen im Allgemeinen: Wer ausdauernd investiert, steigt zur Nummer 1 auf, wer nicht, der verschwindet«, so Sevalia. Mit »FujiMEMS«-Prozess sei SiTime dem Wettbewerb um Jahre voraus.
Für SiTime jedenfalls hat sich die langjährige Geduld ausgezahlt, und zwar schon seit vielen Jahren. Allein im zweiten Quartal dieses Jahres ist der Umsatz um 130 Prozent gegenüber dem zweiten Quartal 2024 gewachsen, im ersten Quartal betrug der Sprung 100 Prozent. Als SiTime 2019 an die Börse ging, hat das Unternehmen 1,5 Mrd. MEMS-Produkte pro Jahr verkauft, ausschließlich Oszillatoren. In diesem Jahr kommt SiTime auf 3,5 Mrd. MEMS-Produkte – bei weitem nicht nur Oszillatoren.
Denn bereits 2020 ist SiTime den Markt für Clock-ICs eingestiegen und hat Ende 2023 mit der Übernahme der Clock-IC-Sparte der indischen Aura Semiconductor seine Position noch verstärkt.
»Wir werden die Timing-Devices weiter als Stand-alone-Versionen anbieten, unsere MEMS-Oszillatoren und die Taktgeber künftig aber auch aufeinander abstimmen, um Kombinationen zu entwickeln, die auf unsere Kernmärkte Kommunikation, Datacenter und AI optimiert sind«, sagte Rajesh Vashist, CEO und Chairman von SiTime zu der Üernahme. Die Timing-Devices von Aura würden häufig zusammen mit den MEMS-Oszillatoren der TCXOs der »Elite«-Familie und den OCXOs der »Epoch«-Familie von SiTime eingesetzt. »Unsere Strategie besteht darin, zum einzigen Anbieter aufzusteigen, dessen Portfolio den kompletten Umfang der verschiedenen Präzisions-Timing-Produkte umfasst. Damit visieren wir einen 10-Mrd.-Dollar-Markt an, den wir mit unseren neuen Produkten prägen wollen.«
Auf diesem Weg ist SiTime ein gutes Stück vorangekommen. Neben den ursprünglichen Oszillatoren führt das Unternehmen jetzt Buffer, Clock-Generatoren, Jitter-Cleaner und Synchonizer für Netzwerke im Programm. Die neuen Resonatoren der Titan-Serie runden das Produktspektrum ab.
Für 2027 schätzt Sevalia, dass der Markt für Oszillatoren weltweit auf 4 Mrd. Dollar steigen wird. Der Markt für Clock-ICs auf 3 Mrd. Dollar und der Markt für Resonatoren auf 4 Mrd. Dollar. Den für SiTime zugänglichen Markt mit den drei Produktgruppen schätzt er im Jahr 2027 auf 4 Mrd. Dollar, was seit 2021 einem jährlichen durchschnittlichem Plus von 27 Prozent entspräche.
Den Servicable Adressable Market im Bereich der Resonatoren schätzt Piyush Sevalia auf derzeit 400 Mio. Dollar, bis in drei Jahren werde er auf 1 Mrd. Dollar pro Jahr anwachsen.
Das liege vor allem an den bisher noch nicht dagewesenen Möglichkeiten, die die Titan-Resonatoren bieten. Denn die Resonatoren bieten gegenüber Quarz-Resonatoren nicht nur bessere Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit, sie sind dabei auch deutlich kleiner: Eine Fläche von nur 0,46 x 0,46 mm nimmt ein Chip Scale Packe (0505-Gehäuse) ein. Die Frequenz, die sie liefern ist unabhängig von der Baugröße. Das ist bei Quarz-Resonatoren anders: Je kleiner sie werden, umso höher müssen die Frequenzen sein. »Diese hohen Frequenzen werden aber in vielen Anwendungen gar nicht benötigt«, sagt Sevalia. Die Kunden könnten sich also künftig die Frequenzen, Leistungsaufnahmen und Größen auswählen, die für ihre jeweiligen Einsatzfälle am besten geeignet sind. Zunächst bietet SiTime 32-MHz-Samples an, wie sie für Bluetooth und 32-Bit-MCUs verwendet werden. Ab 15. Dezember werden 38,4- 40-, 48- und 76,8-MHz-Samples folgen. Alle sitzen im 0505-Gehäuse.
Quarzresonatoren dagegen benötigen größere Gehäuse. Ein 32-MHz-Typ ist in einem 1210-Gehäuse untergebracht, benötigt also über siebenmal mehr Platz. Ein 38,4-MHz-Quarzresonator steckt in einem 1008-Gehäuse, das über viermal größer ist, ein 24-MHz-TZyp in einem 1612-Gehäuse das zwölfmal mehr Platz beansprucht.
Die neuen Resonatoren sind also für den Einsatz in Systemen bestimmt, in denen es auf einen möglichst geringen Platzverbrauch ankommt wie Wearables (Smart Watches, Fitness, Trackers AR-Brillen), Medizinische Geräte (Hörgeräte, Glukose-Monitore, Biosensoren, Implantate) sowie Smart-Home- und IIoT-Komponenten (Sensoren, Assett-Tracker, Kameras).
Ganz besonders viel verspricht sich Sevalia vom Bare-Die-Copackaging. Dazu liefert SiTime die Resonatoren als Known Good Dies und die Halbleiterhersteller können sie in ihre SoC- oder MCU-Packages integrieren, indem sie sie auf oder neben ihren Chips platzieren.
Als ein Beispiel nennt er Tire Pressure Monitoring Systeme (TPMS), die den Luftdruck in Autoreifen messen und über Bluetooth drahtlos die Daten ans Auto liefern und der Fahrer sofort sehen kann, wenn etwas nicht stimmt. Diese Technik ist schon 40 Jahre alt. Jetzt entwickelt sie sich zu »Tire-Health-System in Package« weiter. Dort sind in einem einzigen Gehäuse der Drucksensor, ein zweiachsiger Beschleunigungssensor, das Bluetooth-SoC einschließlich AI- und ML-Funktionalität sowie ein Resonator integriert. Das spart gegenüber den bisherigen TPMS deutlich an Platz.
»Das funktioniert mit Quarz-Resonatoren nicht und ist ein vollkommen neues Geschäftsmodell. Die MCU-Hersteller können jetzt die komplette Lösung mit eingebauten Timing liefern, keiner muss sich mehr um die Resonator-Designs kümmern. Die IC-Hersteller können so die Probleme ihrer Kunden lösen. Das schafft für sie und ihre Kunden zusätzlichen Wert.« SiTime sei bereits mit führenden IC-Herstellern in Kontakt, sie zeigten starkes Interesse, die großen IC-Hersteller würden diese Möglichkeit künftig anbieten. »Diese Integration wird die gesamte Elektronikindustrie revolutionieren.«
Ein IC-Hersteller, mit dem SiTime bereits zusammenarbeitet, ist Ambiq. »Die Titan-Resonatoren von SiTime sind eine bahnbrechende Neuerung. Unsere Partnerschaft ermöglicht es uns, eine einzigartige integrierte Lösung anzubieten, die einen sehr niedrigen Stromverbrauch mit präziser Taktgebung kombiniert. Kunden sind damit in der Lage, intelligente, vernetzte Produkte zu entwickeln, die die Grenzen des Möglichen erweitern, insbesondere in Edge-KI-Anwendungen, bei denen Leistungsfähigkeit und Effizienz entscheidend sind«, sagt Scott Hanson, Gründer und CTO von Ambiq.
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