2019年半导体产业的方向到底在哪里？
时间：2019-04-26 10:50
近些年，随着摩尔定律逐步放缓，半导体产业的发展进程也开始放慢脚步。由此，也引发了行业对于产业未来的担忧。事实上，在物联网和人工智能等新兴产业的推动下，半导体产业开始进入新的阶段，即异构计算时代。那么，在2019年又有哪些值得关注的点呢？
近日，由EEVIA主办的第八届年度中国ICT媒体论坛暨2019产业和技术展望研讨会在深圳顺利召开。会议现场，英飞凌、艾迈斯、赛灵思、ADI、兆易创新、华虹宏力分别从各自角度，对产业发展进行了深入探讨。
智能手机仍是重要市场
对于异构计算时代而言，首先就是各应用端的数字化，涵括工业、物流、零售、家居等诸多方面。由此，对于现实世界的感知将变得非常重要，同时也将带来新的产业机遇。
以智能手机为例，自诞生以来，供应链厂商都在将各种新技术引入其中，如指纹识别、面部识别、AI美颜、5G通信等。从产业角度而言，虽然说智能手机市场整体增长放缓，但是在4G向5G过渡阶段，以及各种新技术的继续引入，智能手机仍将成为半导体领域一大重要市场。
对此，英飞凌电源管理及多元化市场事业部大中华区，射频及传感器部总监麦正奇认为：“4G改变了人们的生活习惯，更多的事情开始在智能手机上完成。到来5G通信时代，将会带来更多的变化，除了人与人之外，物与物也开始连接，传感器将成为非常重要的部分。”
为此，英飞凌也与LG展开合作，将更加先进的ToF技术带入智能手机领域。ToF技术是一种3D成像技术，可以提供准确、可靠的深度信息。其工作原理是通过向目标发送近红外光，并利用传感器接收从物体返回的近红外光，进而获得光的飞行时间t，再计算获得目标距离：d=ct/2。简单来说，ToF图像传感器就是在传统的2D图像上增加了Z轴的景深信息，从而生成3D图像。相对于其他传感器，能够获得更多的信息。
据麦正奇介绍，使用英飞凌REAL3图像传感器的高端旗舰机型前置摄像头集成了3D成像与识别功能深度感知能力，支持高度安全的手机解锁和支付识别认证。除了前置摄像头之外，ToF技术也将在出现在后置摄像头中。
在2018年，OPPO、vivo以及荣耀手机，已经将ToF技术引入其中。而三星和苹果也有望在新产品中使用该技术，2019年有机会成为标配功能，对于半导体厂商而言，也意味着新的市场机会。目前，英飞凌REAL3图像传感器已投入量产，未来在工业、消费电子、汽车等应用领域都将看到ToF的身影。
另外，据艾迈斯半导体先进光学传感器部门执行副总裁兼总经理Jennifer Zhao介绍，前置功能设计、全面屏、摄影增强发展正在成为智能手机三大主流趋势，需要多种传感器支持，艾迈斯半导体都能够提供很好的方案。
除了提供飞行时间(ToF)、结构光(SL)、主动立体视觉(ASV)等3D传感器之外，艾迈斯半导体还在不断探索健康监测、显示管理、电子商务、摄像头增强、智能耳机等领域。对于手机拍照而言，如果光源出现闪烁，那么拍出来的照片就会出现波纹，影响照片效果。
据Jennifer Zhao介绍，艾迈斯半导体的色温传感器在所有光源中提供精确的色温，光学传感器可精确测量环境光，光源闪烁检测引擎可自动检测环境闪烁辅助算法，从而解决拍照中的白平衡及闪烁问题。
对于智能手机未来发展，Jennifer Zhao认为将会集成更多的传感器产品。例如，艾迈斯半导体的光谱传感器已经可以集成在手机中，对食品糖度等进行检测。
FPGA是AI最好的选择？
正如文章开头所言，现如今运算方式已经发生改变。赛灵思人工智能市场总监刘竞秀表示：“在人工智能快速发展时代，FPGA或许是更好的选择。”
从计算芯片工艺角度而言，从28nm到3nm，摩尔定律使芯片性能增加速度越来越饱和。只有高端的消费类、迭代很快的产品（例如手机）才能支撑得起最先进工艺高昂的芯片迭代成本。从技术及成本的角度考虑，计算芯片发展总体上遵循着从CPU、GPU到 FPGA，最后到ASIC的大方向。但是在初期阶段，为了在激烈的市场竞争中快速将创意变成现实， 赢得市场先机，这时候FPGA就是最好的计算平台产品。
在人工智能领域，算法的迭代速度远超芯片开发速度，还是使用ASIC芯片的话，显然无法满足快速变化的市场需求。相反，FPGA却能够很好地应对。
为此，赛灵思也推出了新一代Versal ACAP，一个完全支持软件编程的异构计算平台，可将标量引擎、自适应引擎和智能引擎相结合，实现显著的性能提升，其速度超过当前最高速的 FPGA 20 倍、比当今最快的 CPU 实现快 100 倍。
据刘竞秀介绍，该平台主要面向汽车，无线基础设施，有线通信，视频、音频及广播、航空航天，测试、测量与仿真，消费电子等方面。
工业4.0的困境及方向
近些年，工业4.0的概念不断被提及，其背后是网络化及智能化的提升。由此也带来了生态系统和伙伴关系、物联网和大数据、机器学习、人工智能、更先进的机器人和协作机器人、增强现实、网络安全、可穿戴设备、自动驾驶车辆等新的潮流。
对于工业4.0现状，ADI亚太区工业自动化行业市场部经理于常涛认为：“工业4.0还存在诸多困境，包括实现工业4.0的路径和时间表不明确、许多正在发挥作用的业务基础因素带来不确定性、不能进行可能过时的投资、如果客户没有准备好，您也不能走得太快等。
“但是，这些给先行者带来了极大的机会。” 于常涛解释道：“工业应用领域对于技术及可靠性要求更高，相对而言进入门槛更高。ADI在模拟器件和混合信号技术领域已有数十年历史，长期耕耘于工业应用领域，可以提供从前端检测、各类传感器，到后端测量，以及数据解析，微处理器、电源、连接、安全、工业以太网等完整的产品覆盖，为工业应用提供强力支撑。”
至于工业应用未来如何发展，于常涛则认为：“软件可配置系统、边缘到云连接、设备健康监测、系统级安全、机器人集成等都是重点加速的方向。”
存储器再一次进化
随着物联网部署的快速推进，随之也产生了海量的数据。除了运算之外，如何高效地存储和利用这些数据，也是行业重点关注的话题。自2004年以来，SPINOR Flash在全球的出货量已达到了60亿颗以上，主要用于高可靠性的系统代码存储。
“虽然说NORFlash每年的需求量很大，但是其技术本身发展却相对较慢。” 兆易创新存储事业部资深产品市场总监陈晖表示：“SPI接口在80年代发明，商用始于2000年前后。在过去的十多年间，其数据通道也由1个发展到4个，数据吞吐量也由2.5MB/s提升至52MB/s。”
据陈晖介绍，经过十多年的发展，通道数越来越多，数据读取频率越来越高，数据吞吐量也越来越大，JEDEC最新发布的xSPI电气接口标准对总线事务、命令和大量内部功能进行了标准化，八通道JEDECxSPI带DTR数据读取频率高达200MHz，数据吞吐量高达400MB/s，堪称战斗机级的数据传输速率。同时考虑到客户对其导入时间与成本有所顾虑，兆易创新将四通道带DTR接口的数据读取频率提升到200MHz，数据吞吐量也可以高达200MB/s。由此也带了SPINOR Flash的再一次升级和进化。
目前，兆易创新丰富的SPINOR Flash产品线提供了从512Kb至1Gb的系列产品，涵盖了NOR Flash市场的全部容量类型，电压涵盖1.8V、2.5V、3.3V以及宽电压产品，针对不同应用市场需求分别提供高性能、低功耗、低成本、高可靠性等几个系列，产品采用领先的工艺技术节点和优化的设计，性能、成本、可靠性等在各个应用领域都具有显著优势。
“仅在去年，兆易创新的NOR Flash出货便接近20亿颗，累计出货量更是高达100亿颗。”陈晖对于未来发展也充满信心：“新兴市场对产品的性能要求越来越高，对各种计算反应速度要求越来越快，这对于SPI NOR Flash而言是一大利好，如物联网、车载电子等应用领域。”
电动汽车带来新增长点
“汽车电子化是大势所趋，从汽车的成本结构来看，未来芯片成本有望占汽车总成本的50%以上，这会给整个半导体带来巨大的市场需求。”华虹宏力战略、市场与发展部科长李健表示：“当传统的汽车制造业遇到半导体，必会引领下一个浪潮。”
有别于传统车，新能源汽车中的电机、电池、车载充电机、电机逆变器和空调压缩机等都需要大量的功率器件芯片。电动化除了车辆本身的变化之外，还给后装的零部件市场也带来新的需求，同时配套用电设施，比如充电桩，也带来大量的功率器件需求。
据李健分析，以当下正热的IGBT为例，电动汽车前后双电机各需要18颗IGBT，车载充电机需要4颗，电动空调8颗，总共一台电动车需要48颗IGBT器件。如果2020年国内电动汽车销量达到200万台，后装维修零配件市场按1：1配套的话，粗略估算国内市场大概需要10万片/月的8英寸车规级IGBT晶圆产能（按120颗IGBT芯片/枚折算）。基于国内电动车市场占全球市场的1/3，2020年全球汽车市场可能需要30万片/月的8英寸IGBT晶圆产能。除了汽车市场，IGBT在其它应用市场中也广受欢迎，业内有看法认为还需要新建十座IGBT晶圆厂，我认为此言也不虚。
目前，华虹宏力主要聚焦以下4个方面。一是TrenchMOS/SGT，即低压段200伏以下的应用，如汽车辅助系统应用12V/24V/48V等。二是超级结MOSFET工艺（DT-SJ），涵盖300V到800V范围，汽车动力电池电压转12V低电压，以及直流充电桩功率模块。三是IGBT，主要是600V到3300V甚至高达6500V的应用，如汽车主逆变、车载充电机等。四是GaN/SiC新材料，这是华虹宏力一直关注的方向。未来五到十年，SiC类功率器件会成为汽车市场的主力，主要用于电动汽车主逆变器和大功率直流快速充电的充电桩上。
对于未来发展，李健表示：“公司整体战略依然是坚持走特色工艺之路，坚持“8+12”战略布局。8英寸的战略定位是‘广积粮’，重点是在‘积’这个字上。华虹宏力有超过20年的特色工艺技术积累，包括功率器件、Flash技术等等；同时也积累了很多战略客户合作的情谊；连续超过32个季度盈利，也为华虹宏力积累了大量的资本。正因为有这些积累，华虹宏力正开始布局12英寸先进工艺。12英寸的战略定位是‘高筑墙’，重点是在‘高’字上。华虹宏力将通过12英寸先进技术，延伸8英寸特色工艺优势，拓宽护城河，提高技术壁垒，拉开与身后竞争者的差距。”
来源： 芯师爷
