2022年下半年以來，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進入回調(diào)期，全球半導(dǎo)體銷售額及需求增速明顯放緩，行業(yè)內(nèi)追漲擴產(chǎn)的晶圓廠商顯著縮減其資本支出，半導(dǎo)體行業(yè)指數(shù)也大幅回撤。AspenCore全球分析師團隊在這一年中與業(yè)內(nèi)專家和廠商交流，總結(jié)分析后挑選出了2023年全球半導(dǎo)體行業(yè)將出現(xiàn)或高速發(fā)展的10大技術(shù)趨勢。
在2022年之初，整個電子產(chǎn)業(yè)仍處于芯片供應(yīng)短缺之時，沒有人能想到反轉(zhuǎn)來得這么快。進入下半年來，PC、智能手機等消費電子市場接連交出出貨嚴重下滑的數(shù)據(jù)，下游需求疲軟也直接影響到上游的芯片公司和晶圓代工廠，整個半導(dǎo)體行業(yè)有了“一夜入冬”的感覺。進入回調(diào)期后，全球半導(dǎo)體銷售額及需求增速明顯放緩，行業(yè)內(nèi)追漲擴產(chǎn)的晶圓廠商顯著縮減其資本支出，半導(dǎo)體行業(yè)指數(shù)也在2022下半年大幅回撤。
與此同時，美國逆全球化的技術(shù)封鎖行為，也進一步刺激了其他國家在先進半導(dǎo)體技術(shù)上的突圍決心。諸如Chiplet、先進封裝、高性能計算芯片、硅光芯片和寬禁帶半導(dǎo)體等新興技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)捷報頻傳。
AspenCore全球分析師團隊在這一年中與業(yè)內(nèi)專家和廠商交流，總結(jié)分析后挑選出了2023年全球半導(dǎo)體行業(yè)將出現(xiàn)或高速發(fā)展的10大技術(shù)趨勢。
以蘋果、Meta、索尼、PICO為代表的行業(yè)巨頭，在經(jīng)過前期技術(shù)投入與沉淀之后，將在2023年推出更多的AR/VR產(chǎn)品，特別是蘋果MR設(shè)備的加入，將進一步加速硬件迭代升級，相關(guān)內(nèi)容生態(tài)和產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)也將逐步建立與完善。
在硬件上，硅基OLED技術(shù)更加成熟，整體產(chǎn)能也將得到進一步提升，將與逐漸趨向主流化的Pancake光學(xué)方案“完美配合”，帶來更好的舒適度和沉浸感；從成本角度考慮，Pancake+MiniLED背光Fast-LCD組合,仍將是主流硬件方案。
在交互上，交互操作將配置更多的傳感器和智能硬件，以滿足面部追蹤、眼動追蹤等交互技術(shù)多樣化和更自然的人機交互的需求，同時軟件即操作系統(tǒng)也將獲得新進展，特別是蘋果MR設(shè)備可能又一次定義交互方式，掀起交互方式模仿風潮，不過蘋果MR設(shè)備在初期可能仍需要依托iPhone生態(tài)，作為其一個昂貴的配件或產(chǎn)品功能的延伸。
在內(nèi)容上，元宇宙內(nèi)容端不斷豐富，將進一步拓寬游戲以外的需求，比如影視動畫、音樂會、直播等，同時相關(guān)新內(nèi)容的制作方將更多參與進來，利好硬件與內(nèi)容生態(tài)正向循環(huán)。在應(yīng)用上，應(yīng)用場景不斷向消費和工業(yè)端延伸，其中遠程工作會議、遠程教育、視頻社交、線上營銷、線上旅游等應(yīng)用場景，將以多樣化交互方式進行交流與體驗，比如Meta高端VR頭顯Quest pro已引入辦公場景。
在數(shù)據(jù)應(yīng)用上，基于豐富的內(nèi)容和場景數(shù)據(jù)，元宇宙將與人工智能、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈等技術(shù)深度融合發(fā)展，通過數(shù)字化、虛擬化重構(gòu)現(xiàn)實世界的產(chǎn)品、流程或操作，替代或輔助人去發(fā)揮一些建設(shè)性的作用，比如安全培訓(xùn)、工業(yè)設(shè)計與制造等。
摩爾定律逐步逼近物理極限、芯片先進制程產(chǎn)能緊缺、全球大環(huán)境局勢緊張，種種因素使得具有高性能、低功耗、高面積使用率以及低成本優(yōu)勢的Chiplet技術(shù)越發(fā)受到重視。Omdia數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計到2024年，全球Chiplet市場將達58億美元，而到2035年,這一數(shù)字將發(fā)展至570億美元。
眾所周知，摩爾定律的前進腳步正日漸趨緩，利用先進工藝提升芯片性能的方式不但越來越難以實現(xiàn)，而且也難以滿足性能提升與成本下降的雙重需求。在這樣的背景下，把大的芯片拆解成一些小的芯片，再進行封裝或異構(gòu)的Chiplet技術(shù)將成為一個比較好的選項。這意味著，Chiplet技術(shù)在某種程度上延續(xù)了摩爾定律，半導(dǎo)體器件未來將可以采用多種方式集成，系統(tǒng)空間的功能密度將持續(xù)增長。
同時，對于渴望創(chuàng)新的中國半導(dǎo)體廠商來說，如何利用好Chiplet技術(shù)，使IP復(fù)用和硬件化用于異構(gòu)集成，是加快下游企業(yè)迭代、實現(xiàn)多元化創(chuàng)新并提高良率、降低成本的重要一環(huán)。
需要指出的是，Chiplet技術(shù)的普及還面臨許多技術(shù)方面的挑戰(zhàn)，不僅包括物理電氣工藝/構(gòu)型、中介層(Interposer)和導(dǎo)線材料、通信互連/I/O、模擬/邏輯設(shè)計規(guī)則、電源和信號控制等挑戰(zhàn)，同時還面臨著生態(tài)和制造端的挑戰(zhàn)。
這里尤其需要強調(diào)先進封裝技術(shù)的重要性?？紤]到Chiplet技術(shù)的最終目的是要整合成一顆“系統(tǒng)級芯片”，這就要求每顆芯粒之間擁有高密度的互聯(lián)，才能實現(xiàn)類高速的互聯(lián)，達到類似原來單顆大芯片中各個功能模塊間的信號傳輸速度，這并非易事。
由于碳化硅器件高效率、高功率密度等特性，新能源汽車、太陽能光伏、5G通信、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的強勁需求有望在2023年帶動碳化硅滲透率快速提升。在新能源汽車領(lǐng)域，車載逆變器、車載充電器、DC/DC變換器、充電裝置等SiC功率器件將隨著汽車電動化及800V高壓平臺的大規(guī)模上車，進入快速爆發(fā)階段。
保時捷、特斯拉、比亞迪等頭部新能源車廠帶來的“示范效應(yīng)”，將推動更多車企逐步采用SiC方案，特別是在更多高端車型上布局800V 高壓快充方案，以提升續(xù)航里程，加速800V架構(gòu)時代的到來。
在太陽能光伏領(lǐng)域，受益“雙碳”剛性政策目標以及疊加能源轉(zhuǎn)型需求，碳化硅器件在光伏逆變器中將得到更大范圍應(yīng)用，以延長逆變器壽命，降低由于替換光伏逆變器帶來的成本，滿足光伏電站特高壓輸電的需求。
同時，隨著“新基建”的提速部署，將推動以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進入發(fā)展紅利期，進一步在5G基建、特高壓、城際高鐵和城際軌道交通、智能電網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新基建領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全方位滲透。
另外，基于降低應(yīng)用成本的考慮，大尺寸碳化硅研發(fā)將從6英寸向8英寸發(fā)展，預(yù)計8英寸碳化硅襯底集中量產(chǎn)時間在2023年出現(xiàn)，行業(yè)有望迎來爆發(fā)拐點。
早年HPC和超算的宣傳，普遍在強調(diào)CPU這類通用處理器的核心數(shù)與算力；超算主角也多為IBM、Intel之類的角色。不過這些年的ISC頂會，英偉達這類著眼在GPU、AI芯片之類加速計算的角色顯然更加活躍。
這兩年的TOP500榜單上，頻繁可見采用英偉達GPU與DPU的選手。今年GTC Spring上，英偉達總結(jié)超算的5大應(yīng)用領(lǐng)域：邊緣、HPC + AI、模擬、數(shù)字孿生、量子計算。
這些抽象還是比較準確的。普羅大眾所知的氣候預(yù)測、蛋白質(zhì)折疊之類的科研問題都可歸結(jié)于其中；而更多人關(guān)心的“元宇宙”也歸屬于模擬與數(shù)字孿生。從這個角度來看，加速計算硬件成為主角幾乎成為HPC領(lǐng)域的必然，因為這些應(yīng)用無一不對大規(guī)模并行計算有如饑似渴的算力需求。加速計算硬件載體往上是GPU、DPU、AI芯片，往下可能還包含F(xiàn)PGA和更多形態(tài)的專用芯片。
摩爾定律面臨終結(jié)，最直接影響的就是CPU這類通用計算芯片的算力提升速度，這在全社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大環(huán)境下是整個人類科技發(fā)展需求不能接受的。于是包括AI技術(shù)在內(nèi)的更專用的加速計算越來越在大算力市場占有一席之地。
“DPU”這個形態(tài)的專用芯片興起，于HPC和超算的主要價值，在于為GPU、AI芯片為算力主體，DPU需要為不同節(jié)點的性能“聚合”和最大化性能發(fā)揮提供新的載體。DPU的存在，本身就表現(xiàn)出了加速計算的新趨勢。再加上“低碳化”時代走向，CPU這個形態(tài)的芯片在大算力市場正逐步被邊緣化。像Grace Superchip這類CPU的存在，更多的不過是為了兼容FORTRAN老應(yīng)用罷了。
3D異構(gòu)封裝是指將單獨制造的“組件”以搭建樂高積木的形式整合到更高層次的系統(tǒng)級封裝(System in a Package)，以使整體性能提升。在該定義中，“組件”可以是任何單元，例如單顆芯片、MEMS器件、被動元件、甚至是子系統(tǒng)，涉及到材料、元件類型、電路類型、工藝節(jié)點、互連方法等眾多關(guān)鍵技術(shù)，需要代工廠、封裝廠、EDA廠商、材料廠商等供應(yīng)鏈上多個環(huán)節(jié)的支持。
但系統(tǒng)級封裝并不是隨便將若干個芯片封裝在一起就可以的，而是必須滿足下列條件才行：1. 封裝后體積必須變??；2. 須整合不同類型的封裝技術(shù)；3. 必須包含各種類型的主動與被動元件。
根據(jù)Yole Developpement最新的數(shù)據(jù)，以2.5D/3D異構(gòu)封裝為代表的先進封裝市場總收入在2021年達到了321億美元，預(yù)計2027年將以10%的年復(fù)合年增長率(CAGR) 達到572億美元，5G、汽車信息娛樂/高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、人工智能(AI)、數(shù)據(jù)中心和可穿戴應(yīng)用的大趨勢繼續(xù)推動先進封裝向前發(fā)展。而在封裝的各個細分類別中，尤以2.5D/3D封裝市場的年復(fù)合增長率最大，將從2021年的67億美元增加到2027年的147億美元，高達14.34%。
總體而言，封裝/組裝業(yè)務(wù)正在發(fā)生范式轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)意義上屬于OSAT和IDM的領(lǐng)域，正面臨來自不同商業(yè)模式、代工廠、基板/PCB供應(yīng)商的挑戰(zhàn)和蠶食。但他們彼此之間的關(guān)系并非是獨立的、排他的，畢竟，封裝的進步是多個方面創(chuàng)新的集合，并且有時需要階躍函數(shù)式的進步，以及多方面的提升，需要產(chǎn)業(yè)鏈上的所有合作伙伴及利益相關(guān)者共同發(fā)揮作用，以應(yīng)對挑戰(zhàn)和變化。
在去年的10大技術(shù)趨勢預(yù)測中，我們介紹了存算一體技術(shù)兼顧功耗與大算力，在突破“存儲墻”和“功耗墻”方面較傳統(tǒng)馮·諾依曼架構(gòu)有著不可比擬的優(yōu)勢，被業(yè)界和資本屆普遍看好。
2022年，存算一體無論在理論研究還是實質(zhì)產(chǎn)品上都迎來了小爆發(fā)。2022 ISSCC上，SK海力士、臺積電等多家國際大廠發(fā)表關(guān)于存內(nèi)計算存儲器IP的論文, SK海力士還發(fā)表了基于GDDR接口的DRAM存內(nèi)計算成果，并展示了其首款基于存內(nèi)計算技術(shù)產(chǎn)品GDDR6-AiM的樣本；10月份，SK海力士還推出了業(yè)界首個將計算功能與CXL存儲器相結(jié)合的CMS；三星在2022 Hotchip上披露了其HBM-PIM方案，是業(yè)界第一個可編程的PIM解決方案，Myhtic的存算一體模擬AI芯片也有了新進展。
國內(nèi)專注存算一體公司有阿里達摩院、知存科技、蘋芯科技、九天睿芯、后摩智能、合肥恒爍、閃憶科技、新憶科技、杭州智芯科等。今年多家公司獲得億元級融資，用于新品研發(fā)和人才建設(shè)，其中有廠商已經(jīng)實現(xiàn)流片甚至量產(chǎn)。
從目前來看，大多數(shù)廠商基于較易獲得、流片成本較低的SRAM進行開發(fā)，也有基于DDR的，不過這些易失性存儲器斷電后無法保存數(shù)據(jù)，仍面臨數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。也有一部分走Flash路線的方案，雖然可以保存處理后的數(shù)據(jù)，且成本低、容量大，但存取速度慢，依然限制著未來存內(nèi)計算芯片的速度。
我們預(yù)計，未來基于新型存儲器如MRAM、ReRAM才是存算一體的終極形態(tài)，他們在算力潛能、算力精度和算力效率等主要指標上有著數(shù)量級優(yōu)勢。但這些新型存儲器的技術(shù)工藝尚不成熟，只能期待在未來幾年能夠?qū)崿F(xiàn)突破。
新能源汽車智能化成為主流趨勢，其核心是實現(xiàn)自動駕駛。自動駕駛共分5個級別，現(xiàn)階段以Level 2級別的ADAS（高級輔助駕駛系統(tǒng)）為主，跨過Level 2級別后進入的Level 3級別可以初步稱為自動駕駛汽車。到2023年，Level 3級別的ADAS市場規(guī)模將逐步起量，到2027年有望與Level 2的市場規(guī)模持平，并不斷蠶食Level 2汽車銷量，成為全球乘用車最常見的自動駕駛汽車級別。
為此，各家廠商也在積極推動并瓜分自動駕駛市場這塊大蛋糕，比如瑞薩、恩智浦等芯片廠商開始提供相關(guān)解決方案；英偉達最新推出的算力高達2000TOPS的Thor芯片；Mobileye推出適用于自動駕駛的 EyeQUltra、EyeQ6 Light 和 EyeQ6 High SoC；高通的驍龍Ride自動駕駛解決方案瞄準中高端自動駕駛市場。
自動駕駛等級越高，意味著汽車須做出足夠快速的決策，而且其研發(fā)支出和進入壁壘更高。自動駕駛解決方案除核心 AI 芯片，還應(yīng)包括連接、傳感系統(tǒng)、圖像訓(xùn)練模型、ADAS 地圖開發(fā)、路線規(guī)劃、車輛控制、駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)（DMS）、自然語言處理（NLP）和智能座艙解決方案。自動駕駛芯片還必須能夠提供定制的和區(qū)域特定的算法。這些需要通過汽車 OEM 和自動駕駛芯片公司的合作來實現(xiàn)?？梢娮詣玉{駛芯片的進階具有更多的挑戰(zhàn)性，且投資回收期很長。
不過目前來看，隨著攝像頭和雷達等ADAS傳感器成本的下降，Counterpoint預(yù)計到2024年全球ADAS在汽車出貨量中的滲透率將達到78.7%。在電動汽車全面“起飛”之時，ADAS進階將加速且全面滲透該市場。
2022年秋季，華為在蘋果新品會之前搶先發(fā)布了具有衛(wèi)星通信功能的Mate50，以“捅破天”的方式掀起了手機衛(wèi)星通信市場之爭。在5G基本普及的情況下，華為Mate50憑著超前的衛(wèi)星通信再次成為熱門手機。
蘋果隨后也發(fā)布了同樣帶有衛(wèi)星功能的iPhone14 Pro系列，坐實了這家全球頂級廠商對于手機衛(wèi)星通信功能的重視。同時，Android 14 開發(fā)者預(yù)覽版可能會在 2023年2 月啟動。據(jù)業(yè)界分析谷歌可能通過Android 14大版本更新，引入對衛(wèi)星連接功能的支持。
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上，中國已經(jīng)可以量產(chǎn)支持北斗短報文的衛(wèi)星通信芯片，蘋果的衛(wèi)星通信功能芯片主要依賴高通，也可以實現(xiàn)量產(chǎn)。因此，手機衛(wèi)星通信功能的軟硬件兩個因素都已具備。隨著Android 14的推出，安卓手機廠商或?qū)⒃?023年下半年開始全面普及衛(wèi)星通信功能。
目前手機上的衛(wèi)星通信功能主要局限在SOS求救，華為采用北斗衛(wèi)星通信增加了軌跡功能，以數(shù)字短報文字符轉(zhuǎn)化成軌跡坐標的方式實現(xiàn)。類似移動通信2G時代推出的低速GPRS和EDGE，手機衛(wèi)星通信上網(wǎng)或許也會走這樣一條路。
另一方面，星鏈走的是一條全新的直接聯(lián)網(wǎng)的高速通道，但需要一個 “大鍋”轉(zhuǎn)發(fā)，這種模式只有大幅降低成本才可能普及。
與移動通信從2G進化到3G、4G一樣，低速衛(wèi)星通信上網(wǎng)終究只會是一種過渡形式，高速連接才是最終的道路，而這一天，或許要等到6G。
雖然在非個人用戶的垂直行業(yè)應(yīng)用上5G正在發(fā)揮作用，普羅大眾現(xiàn)階段對5G的感知仍然不夠強烈。這與5G發(fā)展階段仍比較初級有關(guān)。
實際2022年的手機modem才開始對R16的部分特性做出支持，包括載波聚合、新的節(jié)能特性等。3GPP確立真正的6G標準預(yù)計是在2025年前后，則6G技術(shù)應(yīng)用至少要等到2030年。從另一個角度來看，這表示5G還有很長的發(fā)展時間。
2021年12月確立的Release 18，屬于5G技術(shù)發(fā)展的一次大跨步演進，是5G Advanced的首個Release版本。R18內(nèi)容涵蓋了XR（擴展現(xiàn)實）和媒體服務(wù)器、邊緣計算、基于AI的服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)自動化等。預(yù)計R18第三階段將于2023年凍結(jié)。
除了節(jié)能、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、遷移支持、MIMO、頻譜彈性化利用等特性的加強，R18的一大價值在行業(yè)數(shù)字化的加強上：包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)、采礦業(yè)、港口、醫(yī)療健康、運輸?shù)榷夹枰W(wǎng)絡(luò)來提供差異化的業(yè)務(wù)體驗，提供針對業(yè)務(wù)結(jié)果的明確的服務(wù)品質(zhì)協(xié)議（SLA）保證。
5G Advanced考慮多樣化需求，以期滿足多樣化和復(fù)雜的業(yè)務(wù)環(huán)境，總的來說有三大特性：AI、聚合、服務(wù)。AI用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模持續(xù)增長過程中在各層級提供智能的技術(shù)支持；而聚合是指不同訪問模式、網(wǎng)絡(luò)的聚合，包括各行各業(yè)的網(wǎng)絡(luò)；使能則指5G在各行各業(yè)的應(yīng)用，5G從基礎(chǔ)設(shè)施演變?yōu)橘x能服務(wù)。
5G Advanced的確立和應(yīng)用可能會成為前些年5G剛剛問世時，人們對于5G技術(shù)未能實現(xiàn)的場景的最終落地。
后摩爾時代芯片工藝主要分為三大路線，一是繼續(xù)優(yōu)化CMOS工藝的“延續(xù)摩爾”路線，二是利用先進封裝技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)級封裝的“擴展摩爾”路線，三是通過新材料新器件實現(xiàn)的“超越摩爾”路線。
“硅光技術(shù)”屬于第三條路，通過傳統(tǒng)微電子?CMOS?工藝實現(xiàn)光電子器件和微電子器件的單片集成。由于光子彼此間的干擾少，芯片間及芯片內(nèi)光互聯(lián)可以承載更多的信息和傳輸更遠的距離，提供相較于電子芯片高兩個數(shù)量級的計算密度與低兩個數(shù)量級的能耗。此外相較于量子芯片，光子芯片不需要改變二進制的架構(gòu)，能夠延續(xù)當前的計算機體系。
應(yīng)用方面，大型分布式計算、大數(shù)據(jù)分析、云原生應(yīng)用等數(shù)據(jù)中心相關(guān)場景，以及人工智能等對算力要求極高的計算場景，硅光芯片的價值均能得到很好的體現(xiàn)。而且相比普通光模塊，硅光模塊具有低功耗、高集成和高速率等優(yōu)勢，能夠顯著降低需要大量光模塊的數(shù)據(jù)中心成本。
從產(chǎn)業(yè)鏈進展看，全球硅光產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)逐漸成熟，美國企業(yè)占據(jù)了硅光芯片和模塊出貨量龍頭位置。國內(nèi)廠商進入該領(lǐng)域較晚，市場份額相對較小，但也在硅基關(guān)鍵光電子集成器件等方面取得了一系列重要成果。
利用不同種材料發(fā)揮其各自光電特性優(yōu)勢的硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)是近年來的趨勢，目前主要采用基于?SOI（絕緣襯底上硅）襯底的制造平臺，已能實現(xiàn)探測器與調(diào)制器的單片集成。不過硅材料本身的光電性能、光計算的精度以及硅光芯片的設(shè)計、封裝等環(huán)節(jié)尚未標準化和規(guī)?；?，仍有待解決。
