異構計算時代，2019年半導體產業方向是什麼？
近些年，隨着摩爾定律逐步放緩，半導體產業的發展進程也開始放慢腳步。由此，也引發了行業對於產業未來的擔憂。事實上，在物聯網和人工智能等新興產業的推動下，半導體產業開始進入新的階段，即異構計算時代。那麼，在2019年又有哪些值得關注的點呢？
近日，由EEVIA主辦的第八屆年度中國ICT媒體論壇暨2019產業和技術展望研討會在深圳順利召開。會議現場，英飛凌、艾邁斯、賽靈思、ADI、兆易創新、華虹宏力分別從各自角度，對產業發展進行了深入探討。
智能手機仍是重要市場
對於異構計算時代而言，首先就是各應用端的數字化，涵括工業、物流、零售、家居等諸多方面。由此，對於現實世界的感知將變得非常重要，同時也將帶來新的產業機遇。
以智能手機爲例，自誕生以來，供應鏈廠商都在將各種新技術引入其中，如指紋識別、面部識別、AI美顏、5G通信等。從產業角度而言，雖然說智能手機市場整體增長放緩，但是在4G向5G過渡階段，以及各種新技術的繼續引入，智能手機仍將成爲半導體領域一大重要市場。
對此，英飛凌電源管理及多元化市場事業部大中華區，射頻及傳感器部總監麥正奇認爲：“4G改變了人們的生活習慣，更多的事情開始在智能手機上完成。到來5G通信時代，將會帶來更多的變化，除了人與人之外，物與物也開始連接，傳感器將成爲非常重要的部分。”
英飛凌電源管理及多元化市場事業部大中華區，射頻及傳感器部總監麥正奇
爲此，英飛凌也與LG展開合作，將更加先進的ToF技術帶入智能手機領域。ToF技術是一種3D成像技術，可以提供準確、可靠的深度信息。其工作原理是通過向目標發送近紅外光，並利用傳感器接收從物體返回的近紅外光，進而獲得光的飛行時間t，再計算獲得目標距離：d=ct/2。簡單來說，ToF圖像傳感器就是在傳統的2D圖像上增加了Z軸的景深信息，從而生成3D圖像。相對於其他傳感器，能夠獲得更多的信息。
據麥正奇介紹，使用英飛凌REAL3圖像傳感器的高端旗艦機型前置攝像頭集成了3D成像與識別功能深度感知能力，支持高度安全的手機解鎖和支付識別認證。除了前置攝像頭之外，ToF技術也將在出現在後置攝像頭中。
在2018年，OPPO、vivo以及榮耀手機，已經將ToF技術引入其中。而三星和蘋果也有望在新產品中使用該技術，2019年有機會成爲標配功能，對於半導體廠商而言，也意味着新的市場機會。目前，英飛凌REAL3圖像傳感器已投入量產，未來在工業、消費電子、汽車等應用領域都將看到ToF的身影。
艾邁斯半導體先進光學傳感器部門執行副總裁兼總經理Jennifer Zhao
另外，據艾邁斯半導體先進光學傳感器部門執行副總裁兼總經理Jennifer Zhao介紹，前置功能設計、全面屏、攝影增強發展正在成爲智能手機三大主流趨勢，需要多種傳感器支持，艾邁斯半導體都能夠提供很好的方案。
除了提供飛行時間(ToF)、結構光(SL)、主動立體視覺(ASV)等3D傳感器之外，艾邁斯半導體還在不斷探索健康監測、顯示管理、電子商務、攝像頭增強、智能耳機等領域。對於手機拍照而言，如果光源出現閃爍，那麼拍出來的照片就會出現波紋，影響照片效果。
據Jennifer Zhao介紹，艾邁斯半導體的色溫傳感器在所有光源中提供精確的色溫，光學傳感器可精確測量環境光，光源閃爍檢測引擎可自動檢測環境閃爍輔助算法，從而解決拍照中的白平衡及閃爍問題。
對於智能手機未來發展，Jennifer Zhao認爲將會集成更多的傳感器產品。例如，艾邁斯半導體的光譜傳感器已經可以集成在手機中，對食品糖度等進行檢測。
FPGA是AI最好的選擇？
正如文章開頭所言，現如今運算方式已經發生改變。賽靈思人工智能市場總監劉競秀表示：“在人工智能快速發展時代，FPGA或許是更好的選擇。”
從計算芯片工藝角度而言，從28nm到3nm，摩爾定律使芯片性能增加速度越來越飽和。只有高端的消費類、迭代很快的產品（例如手機）才能支撐得起最先進工藝高昂的芯片迭代成本。從技術及成本的角度考慮，計算芯片發展總體上遵循着從CPU、GPU到 FPGA，最後到ASIC的大方向。但是在初期階段，爲了在激烈的市場競爭中快速將創意變成現實， 贏得市場先機，這時候FPGA就是最好的計算平臺產品。
賽靈思人工智能市場總監劉競秀
在人工智能領域，算法的迭代速度遠超芯片開發速度，還是使用ASIC芯片的話，顯然無法滿足快速變化的市場需求。相反，FPGA卻能夠很好地應對。
爲此，賽靈思也推出了新一代Versal ACAP，一個完全支持軟件編程的異構計算平臺，可將標量引擎、自適應引擎和智能引擎相結合，實現顯著的性能提升，其速度超過當前最高速的 FPGA 20 倍、比當今最快的 CPU 實現快 100 倍。
據劉競秀介紹，該平臺主要面向汽車，無線基礎設施，有線通信，視頻、音頻及廣播、航空航天，測試、測量與仿真，消費電子等方面。
工業4.0的困境及方向
近些年，工業4.0的概念不斷被提及，其背後是網絡化及智能化的提升。由此也帶來了生態系統和夥伴關係、物聯網和大數據、機器學習、人工智能、更先進的機器人和協作機器人、增強現實、網絡安全、可穿戴設備、自動駕駛車輛等新的潮流。
對於工業4.0現狀，ADI亞太區工業自動化行業市場部經理於常濤認爲：“工業4.0還存在諸多困境，包括實現工業4.0的路徑和時間表不明確、許多正在發揮作用的業務基礎因素帶來不確定性、不能進行可能過時的投資、如果客戶沒有準備好，您也不能走得太快等。
ADI亞太區工業自動化行業市場部經理於常濤
“但是，這些給先行者帶來了極大的機會。” 於常濤解釋道：“工業應用領域對於技術及可靠性要求更高，相對而言進入門檻更高。ADI在模擬器件和混合信號技術領域已有數十年曆史，長期耕耘於工業應用領域，可以提供從前端檢測、各類傳感器，到後端測量，以及數據解析，微處理器、電源、連接、安全、工業以太網等完整的產品覆蓋，爲工業應用提供強力支撐。”
至於工業應用未來如何發展，於常濤則認爲：“軟件可配置系統、邊緣到雲連接、設備健康監測、系統級安全、機器人集成等都是重點加速的方向。”
存儲器再一次進化
隨着物聯網部署的快速推進，隨之也產生了海量的數據。除了運算之外，如何高效地存儲和利用這些數據，也是行業重點關注的話題。自2004年以來，SPINOR Flash在全球的出貨量已達到了60億顆以上，主要用於高可靠性的系統代碼存儲。
“雖然說NORFlash每年的需求量很大，但是其技術本身發展卻相對較慢。” 兆易創新存儲事業部資深產品市場總監陳暉表示：“SPI接口在80年代發明，商用始於2000年前後。在過去的十多年間，其數據通道也由1個發展到4個，數據吞吐量也由2.5MB/s提升至52MB/s。”
兆易創新存儲事業部資深產品市場總監陳暉
據陳暉介紹，經過十多年的發展，通道數越來越多，數據讀取頻率越來越高，數據吞吐量也越來越大，JEDEC最新發布的xSPI電氣接口標準對總線事務、命令和大量內部功能進行了標準化，八通道JEDECxSPI帶DTR數據讀取頻率高達200MHz，數據吞吐量高達400MB/s，堪稱戰鬥機級的數據傳輸速率。同時考慮到客戶對其導入時間與成本有所顧慮，兆易創新將四通道帶DTR接口的數據讀取頻率提升到200MHz，數據吞吐量也可以高達200MB/s。由此也帶了SPINOR Flash的再一次升級和進化。
目前，兆易創新豐富的SPINOR Flash產品線提供了從512Kb至1Gb的系列產品，涵蓋了NOR Flash市場的全部容量類型，電壓涵蓋1.8V、2.5V、3.3V以及寬電壓產品，針對不同應用市場需求分別提供高性能、低功耗、低成本、高可靠性等幾個系列，產品採用領先的工藝技術節點和優化的設計，性能、成本、可靠性等在各個應用領域都具有顯著優勢。
“僅在去年，兆易創新的NOR Flash出貨便接近20億顆，累計出貨量更是高達100億顆。”陳暉對於未來發展也充滿信心：“新興市場對產品的性能要求越來越高，對各種計算反應速度要求越來越快，這對於SPI NOR Flash而言是一大利好，如物聯網、車載電子等應用領域。”
電動汽車帶來新增長點
“汽車電子化是大勢所趨，從汽車的成本結構來看，未來芯片成本有望佔汽車總成本的50%以上，這會給整個半導體帶來巨大的市場需求。”華虹宏力戰略、市場與發展部科長李健表示：“當傳統的汽車製造業遇到半導體，必會引領下一個浪潮。”
有別於傳統車，新能源汽車中的電機、電池、車載充電機、電機逆變器和空調壓縮機等都需要大量的功率器件芯片。電動化除了車輛本身的變化之外，還給後裝的零部件市場也帶來新的需求，同時配套用電設施，比如充電樁，也帶來大量的功率器件需求。
華虹宏力戰略、市場與發展部科長李健
據李健分析，以當下正熱的IGBT爲例，電動汽車前後雙電機各需要18顆IGBT，車載充電機需要4顆，電動空調8顆，總共一臺電動車需要48顆IGBT器件。如果2020年國內電動汽車銷量達到200萬臺，後裝維修零配件市場按1：1配套的話，粗略估算國內市場大概需要10萬片/月的8英寸車規級IGBT晶圓產能（按120顆IGBT芯片/枚折算）。基於國內電動車市場佔全球市場的1/3，2020年全球汽車市場可能需要30萬片/月的8英寸IGBT晶圓產能。除了汽車市場，IGBT在其它應用市場中也廣受歡迎，業內有看法認爲還需要新建十座IGBT晶圓廠，我認爲此言也不虛。
目前，華虹宏力主要聚焦以下4個方面。一是TrenchMOS/SGT，即低壓段200伏以下的應用，如汽車輔助系統應用12V/24V/48V等。二是超級結MOSFET工藝（DT-SJ），涵蓋300V到800V範圍，汽車動力電池電壓轉12V低電壓，以及直流充電樁功率模塊。三是IGBT，主要是600V到3300V甚至高達6500V的應用，如汽車主逆變、車載充電機等。四是GaN/SiC新材料，這是華虹宏力一直關注的方向。未來五到十年，SiC類功率器件會成爲汽車市場的主力，主要用於電動汽車主逆變器和大功率直流快速充電的充電樁上。
對於未來發展，李健表示：“公司整體戰略依然是堅持走特色工藝之路，堅持“8+12”戰略佈局。8英寸的戰略定位是‘廣積糧’，重點是在‘積’這個字上。華虹宏力有超過20年的特色工藝技術積累，包括功率器件、Flash技術等等；同時也積累了很多戰略客戶合作的情誼；連續超過32個季度盈利，也爲華虹宏力積累了大量的資本。正因爲有這些積累，華虹宏力正開始佈局12英寸先進工藝。12英寸的戰略定位是‘高築牆’，重點是在‘高’字上。華虹宏力將通過12英寸先進技術，延伸8英寸特色工藝優勢，拓寬護城河，提高技術壁壘，拉開與身後競爭者的差距。”
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