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。”
 
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
 
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。
 
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
 
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。
 
赛灵思人工智能市场总监刘竞秀
 
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。
 
ADI 亚太区工业自动化行业市场部经理于常涛
 
“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。”
 
兆易创新存储事业部资深产品市场总监陈晖
 
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。
 
华虹宏力战略、市场与发展部科长李健
 
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。”