在2022年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的什么技術(shù)會(huì)影響這一年的商業(yè)發(fā)展，又會(huì)有哪些技術(shù)會(huì)改變半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)格局呢？

根據(jù)我們的判斷，它們是：半導(dǎo)體工藝、RISC-V、第三代半導(dǎo)體、DDR5、6G（包括衛(wèi)星通信在內(nèi)）、Micro LED、AI ISP、 屏下攝像頭、先進(jìn)封裝、硅光芯片。

 

Micro LED技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

 

Micro LED顯示技術(shù)對(duì)芯片的需求量，往往以是以萬(wàn)級(jí)甚至十萬(wàn)級(jí)單位計(jì)算。作為一項(xiàng)門(mén)檻極高的技術(shù)，Micro LED芯片目前仍存在許多技術(shù)難題。其中巨量轉(zhuǎn)移依然是困擾行業(yè)進(jìn)入量產(chǎn)環(huán)節(jié)最大的困難，也就如何把幾百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)顆的Micro LED芯片，從小小的幾寸晶圓上面，轉(zhuǎn)移到Micro LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)基板上去。

 

目前市場(chǎng)上的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)主要有靜電、磁力、輔助材料的粘力，以及幾何定位四種方式。前三種利用排斥與吸引的作用力轉(zhuǎn)換，或輔助材料粘力的提升與消除來(lái)實(shí)現(xiàn)批量芯片的吸附、對(duì)位與釋放；后者則通過(guò)把芯片切割成幾何異形，再混入到流體中，不斷沖涮蝕刻有同樣幾何形狀空穴位置的基板，讓芯片填滿基板上的空穴來(lái)完成巨量轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)。在Micro LED技術(shù)發(fā)展技術(shù)路徑上，基板技術(shù)、Pick & Place和巨量轉(zhuǎn)移各有優(yōu)勢(shì)，但是現(xiàn)階段針對(duì)MiniLED來(lái)說(shuō)，Pick & Place更為成熟，后續(xù)會(huì)往基板技術(shù)和巨量轉(zhuǎn)移發(fā)展。

 

AI ISP技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

 

ISP內(nèi)部包含 CPU、SUP IP、IF 等設(shè)備，事實(shí)上這已經(jīng)能將ISP看作是一個(gè) SOC，可以運(yùn)行各種算法程序，實(shí)時(shí)處理圖像信號(hào)。而在ISP之上的AI ISP，這個(gè)用于智能終端的新一代智能圖像處理引擎，突破了傳統(tǒng)ISP圖像處理的極限。

 

高算力無(wú)疑是AI ISP永不會(huì)變的方向之一。視覺(jué)行業(yè)的特點(diǎn)要求能夠?qū)Ω叻直媛?、高幀率的視頻應(yīng)用AI進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)優(yōu)，因此對(duì)芯片算法、算力的要求只會(huì)越來(lái)越高。特別是要求在端側(cè)算力環(huán)境下，利用更高的算力高效實(shí)現(xiàn)AI ISP功能，將獲得相比傳統(tǒng)ISP更優(yōu)的效果。

 

基于深度學(xué)習(xí)的智能降噪技術(shù)發(fā)展也是不可忽視的一大助力。去噪一直是ISP的重要功能，傳統(tǒng)的NR技術(shù)采用多級(jí)時(shí)域或空域?yàn)V波，且濾波器設(shè)計(jì)融合了多種異構(gòu)類(lèi)型，收益已逐漸降低?；?u>神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)的降噪技術(shù)能顯著提升信噪比，越多越多技術(shù)廠商也將其是為下一個(gè)發(fā)展方向。

 

硅光芯片發(fā)展趨勢(shì)

 

硅光芯片作為采用硅光子技術(shù)的光芯片，是將硅光材料和器件通過(guò)特色工藝制造的新型集成電路。電子芯片的發(fā)展逼近摩爾定律極限，難以滿足高性能計(jì)算不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)吞吐需求。

 

硅光芯片用光子代替電子進(jìn)行信息傳輸，可承載更多信息和傳輸更遠(yuǎn)距離，具備高計(jì)算密度與耗的優(yōu)勢(shì)。在400G光模塊已經(jīng)進(jìn)入全面商用部署，800G光模塊穩(wěn)步推進(jìn)樣機(jī)研制與標(biāo)準(zhǔn)制定的背景下，1.6Tb/s光模塊無(wú)疑是下一階段發(fā)展的重點(diǎn)。提升光互聯(lián)速率，增加互聯(lián)密度是展現(xiàn)硅光技術(shù)的超高速、超高密度、高可擴(kuò)展性的首要任務(wù)。

 

6G發(fā)展趨勢(shì)

 

6G時(shí)代的全新生態(tài)首先會(huì)對(duì)芯片工藝提出挑戰(zhàn)。100Gbps速率、亞ms級(jí)時(shí)延以及各種對(duì)計(jì)算能力的極致應(yīng)用都對(duì)通信能力和計(jì)算能力提出了更高的要求。6G時(shí)代的芯片制程工藝因此必須向1nm甚至更低的節(jié)點(diǎn)邁進(jìn)。同時(shí)6G終端不可避免的走向高集成化，高復(fù)雜化，低功耗化。這些要求離不開(kāi)系統(tǒng)級(jí)芯片與系統(tǒng)級(jí)封裝。只有借助半導(dǎo)體芯片制程工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)終端系統(tǒng)功能集成才能在成本和周期、效能等方面滿足要求。

 

與此同時(shí)，6G芯片需要各種關(guān)鍵器件的也必須踏上新的發(fā)展方向。這些必須通過(guò)新材料和全新物理機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)才能從根本上解決傳統(tǒng)器件在物理層面所受到的限制。因此，碳化硅、氮化鎵、氧化鎵等新材料的工藝突破也是6G技術(shù)發(fā)展中必不可少的一環(huán)。

 

半導(dǎo)體工藝發(fā)展趨勢(shì)

 

半導(dǎo)體工藝在2021年迎來(lái)了重大的突破，首先是手機(jī)SoC的全面5nm化，接下來(lái)開(kāi)始推進(jìn)先進(jìn)制程的是HPC與AI芯片。臺(tái)積電、英特爾和三星等廠商均在今年訂購(gòu)了多臺(tái)EUV光刻機(jī)，用于5nm的產(chǎn)能擴(kuò)張以及后續(xù)制程的準(zhǔn)備。然而目前EUV技術(shù)并不算成熟，其產(chǎn)量和良率與過(guò)去DUV相比仍有一定差距。此外，擴(kuò)建先進(jìn)制程的工廠建設(shè)周期并不短，成本卻異常高。盡管各國(guó)各地區(qū)政府已經(jīng)投入了一大筆資金，先進(jìn)制程的產(chǎn)能仍在緩慢推進(jìn)中，2022年的供應(yīng)局面仍然有待觀察。

 

光刻機(jī)制造商ASML仍在研發(fā)下一代高NA的EUV光刻機(jī)，但預(yù)計(jì)要2024年以后才會(huì)正式投入使用，屆時(shí)我們才會(huì)真正邁入2nm或是20A之后的時(shí)代。2021年可以說(shuō)是3到5nm先進(jìn)制程普及的第一年，2022年我們將見(jiàn)證首批4nm芯片的陸續(xù)面世。與此同時(shí)，7nm及之前的成熟制程受到產(chǎn)能影響仍然吃緊，但在擴(kuò)大產(chǎn)能的熱潮過(guò)去后，更低的流片和生產(chǎn)成本勢(shì)必會(huì)為IoT等市場(chǎng)帶來(lái)新一批機(jī)遇。

 

RISC-V發(fā)展趨勢(shì)

 

對(duì)于RISC-V這一架構(gòu)來(lái)說(shuō)，2021年可以說(shuō)是意義非凡的一年。加入RISC-V基金會(huì)的公司和組織增長(zhǎng)了130%，已經(jīng)投入市場(chǎng)的RISC-V核心數(shù)量也預(yù)計(jì)在20億以上，且這個(gè)數(shù)字將在2022年和2023年再翻一番。RISC-V也在2021年迎來(lái)了15項(xiàng)新規(guī)范，進(jìn)一步增強(qiáng)了該架構(gòu)在虛擬機(jī)、ML推理等工作負(fù)載上的表現(xiàn)，為RISC-V用于汽車(chē)、工業(yè)和數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)景提供了更多的機(jī)會(huì)。

 

小到DSP，大到千核的AI加速器，半導(dǎo)體業(yè)界已經(jīng)開(kāi)始注意到RISC-V的擴(kuò)展性潛力，陸續(xù)推出了諸多RISC-V芯片。這種趨勢(shì)在國(guó)內(nèi)更為顯著，畢竟RISC-V基金會(huì)中四分之一到三分之一的廠商都是國(guó)產(chǎn)公司。在這之前，從未有過(guò)任何開(kāi)源框架達(dá)到如此龐大的影響力。開(kāi)源生態(tài)對(duì)這一開(kāi)源架構(gòu)充滿了好感，從Linux基金會(huì)近來(lái)的緊密合作就可以看出。

 

盡管在高性能核心上，RISC-V與ARM或x86仍有一定的差距，但在頭部IP公司的努力下，毋庸置疑的是，這個(gè)差距正在日漸縮小，未來(lái)基于RISC-V的手機(jī)和筆記本或許已經(jīng)離我們不遠(yuǎn)了。而對(duì)于渴望更快進(jìn)入市場(chǎng)的初創(chuàng)或小型半導(dǎo)體公司來(lái)說(shuō)，RISC-V成了低成本高潛力的不二之選。

 

先進(jìn)封裝發(fā)展趨勢(shì)

 

在疫情的進(jìn)一步推動(dòng)下，人工智能的場(chǎng)景和需求持續(xù)增加，需要處理的數(shù)據(jù)量也呈現(xiàn)爆發(fā)的態(tài)勢(shì)，算力的增長(zhǎng)成了解決該問(wèn)題的最直接途徑。除了利用更先進(jìn)的工藝來(lái)提高晶體管密度和PPA以外，異構(gòu)計(jì)算也起到了極大的作用，而要想實(shí)現(xiàn)異構(gòu)計(jì)算，必然離不開(kāi)先進(jìn)封裝技術(shù)。

 

 

 

在行業(yè)看來(lái)，單單依靠摩爾定律是無(wú)法持續(xù)推動(dòng)半導(dǎo)體創(chuàng)新的，先進(jìn)封裝成了EDA、代工廠和IP廠商們主推的另一條蹊徑。玩轉(zhuǎn)了先進(jìn)封裝的芯片設(shè)計(jì)公司很有可能更快地實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)。

 

第三代半導(dǎo)體發(fā)展趨勢(shì)

 

近年來(lái)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)備受關(guān)注，尤其是在電力電子領(lǐng)域，第三代半導(dǎo)體已成為電力系統(tǒng)高效、高速、高功率密度的代名詞。隨著“碳中和”目標(biāo)日期的日益臨近，具有耐高溫、高頻、高壓和高功率密度的第三代半導(dǎo)體正式切入新能源賽道，推動(dòng)綠色能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并有望成為綠色經(jīng)濟(jì)的中流砥柱。

 

在汽車(chē)電氣化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化快速發(fā)展的推動(dòng)下，車(chē)用半導(dǎo)體市場(chǎng)需求進(jìn)一步擴(kuò)大，高功率密度、高電能轉(zhuǎn)換效率的第三代功率半導(dǎo)體開(kāi)啟了快速“上車(chē)”模式。同時(shí)，受益于能源革命，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)也迎來(lái)了發(fā)展的上升期。受綠色能源產(chǎn)業(yè)的影響，第三代半導(dǎo)體也進(jìn)入了黃金的發(fā)展周期。

 

隨著襯底產(chǎn)能的釋放、材料價(jià)格下降、晶圓良品率提升和產(chǎn)線規(guī)模的擴(kuò)大，進(jìn)一步降低了第三代半導(dǎo)體與硅基器件的價(jià)格差距。乘著新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的東風(fēng)以及成本的不斷下探，在未來(lái)第三代半導(dǎo)體將會(huì)迎來(lái)巨大的發(fā)展。

 

DDR5發(fā)展趨勢(shì)

 

英特爾第12代Core處理器的發(fā)布，正式拉開(kāi)了DDR5存儲(chǔ)器發(fā)展的序幕。DDR5是DDR4的迭代，具有更高的頻寬，峰值數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)8.4Gbps，與DDR4相比傳輸速率提高了超過(guò)50%，同時(shí)DDR5也由DDR4的4個(gè)Bank群組提升至了8個(gè)，8倍的突發(fā)存取長(zhǎng)度也從8倍提升至了16倍，綜上所述，可以說(shuō)DDR5在很多方面與DDR4相比，性能至少提升兩倍或以上。

 

2021迎來(lái)了DDR5的商用元年，并且不少內(nèi)存企業(yè)也陸續(xù)發(fā)布了DDR5內(nèi)存產(chǎn)品，不過(guò)目前屬于DDR5發(fā)展的初期，在同等的內(nèi)存規(guī)格中，DDR5的價(jià)格甚至高出DDR4近一倍的價(jià)格，前期市場(chǎng)滲透率堪憂。此前Omdia也對(duì)DDR5作出了相關(guān)的市場(chǎng)預(yù)測(cè)，隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步與生產(chǎn)良率的提高，預(yù)計(jì)到2021年底，DDR5的市場(chǎng)份額占1.1%，而DDR4的占比超過(guò)一半，達(dá)到了51.5%。預(yù)計(jì)到2022年DDR5占比會(huì)提升至10.7%，2023年超越DDR4，但與DDR4的市場(chǎng)份額差距不大，直至2024年DDR5才能站穩(wěn)腳跟，取得壓倒性的勝利。

 

屏下攝像頭發(fā)展趨勢(shì)

 

手機(jī)全面屏?xí)r代已經(jīng)到來(lái)，但目前市場(chǎng)上都手機(jī)還都以劉海屏、水滴屏、打孔屏為主，僅有中興AXON 30、小米Mix4等少數(shù)做到了真正的全面屏手機(jī)，之所以真全面屏手機(jī)還未能成為主流的最大影響因素，就是屏下攝像頭技術(shù)限制的問(wèn)題。水滴屏、打孔屏、劉海屏的設(shè)計(jì)，讓本應(yīng)顯示畫(huà)面的區(qū)域，因攝像頭的存在而略顯突兀。

 

隨著人們的審美不斷提升，推廣屏下攝像頭技術(shù)，發(fā)展真全面平已成為了手機(jī)產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)。大膽預(yù)測(cè)，2022年屏下攝像頭產(chǎn)品將會(huì)迎來(lái)產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)，將手機(jī)產(chǎn)業(yè)推向一個(gè)新的高度。不過(guò)由于屏下攝像頭方案成本較高的原因，屏下攝像頭技術(shù)前期主要會(huì)分布在中高端手機(jī)應(yīng)用中，相信在不久的未來(lái)，屏下攝像頭技術(shù)將會(huì)在手機(jī)行業(yè)中全面普及。