8 大关键词诠释 2020 半导体行业发展
#111723#回想半导体行业的开展过程，从 70 多年前一颗小小的晶体管开端，到现在曾经以种种情势浸透与每团体的生涯密弗成分，其开展速率之快让摩尔定律面对生效，不管是以硅为基本的半导体资料，仍是光刻机之类的半导体装备，仍是存储芯片的容量巨细，几近都面对急需霸占的困难与瓶颈。回望 2020 年，一些瓶颈正静静找到出口，8 个要害词得以解释这一年来半导体行业的开展。
一、国产替换
在中美关联缓和的情况下，往年中国半导体市场异样炽热。数据表现，停止 2020 年 12 月，我国往年新增超越 6 万家芯片相干企业，较客岁同比增加 22.39%。现在天下约有 24.4 万家芯片相干企业，超 2 万家芯片相干企业具有专利。
这是情况和政策两重感化下的成果，尤其显明的是，在科创板一周年之时，市值排名前十的公司中，就有包含中芯国际、沪硅工业、中微公司、澜起科技和寒武纪在内的 5 家公司属于半导体范畴。
在处理人材缺乏成绩上，也有一些新举措：将集成电路学科设置为一级学科，让本科结业生带 “芯”结业的 “毕生一芯”打算名目，建立南京集成电路大学，无一不是为国产替换做筹备。
也有行业专家参加到 “国产替换”的探讨，清华大学微电子研讨所所长魏少军以为，芯片片面国产替换指日可待是标语型的开展，会让当局遭受很大的压力。华润微电子代工奇迹群总司理苏巍指出，“当下国产芯片自给自足率缺乏三成，中国全部半导体工业链开展显明有短板和缺乏，然而在功率半导体范畴，咱们看到它率进步行解围，与国际一流技巧程度差距在缩小。”
二、黄氏定律
在 12 月份的英伟达 2020 GTC China 大会上，英伟达首席迷信家兼研讨院副总裁 Bill Dally 在报告中称，假如咱们真想进步盘算机机能，黄氏定律就是一项主要指标，且在可预感的将来都将始终实用。这是 “黄氏定律”这一定名初次被英伟达官方承认。
黄氏定律详细是指英伟达开创人黄仁勋对 AI 机能的晋升做出的猜测，GPU 将推进 AI 机能实现逐年翻倍。大会上，Bill Dally 用三个名目阐明黄氏定律实现的要害，包含实现超高能效减速器的 MAGNet 东西、以更疾速的光链路代替现有体系内的电气链路、全新编程体系原型 Legate。
几十年前，英特尔开创人之一戈登 · 摩尔提出了有名的摩尔定律，从经济学的角度胜利猜测几十年来集成电路的开展趋向，即每 18 个月晶体管数量和机能晋升一倍。当下，英伟达作为当下炙手可热的 AI 芯片公司，其黄氏定律无望引领将来几十年芯片行业的开展。
三、宽禁带半导体
宽禁带半导体即第三代半导体资料，包含碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石（C）、氮化铝（AlN）等新兴资料，最初其研讨与开辟重要用于满意军事和国防需要。宽禁带半导体的带隙大于硅半导体的 2.2e，可能无效减小电子逾越的鸿沟，增加动力消耗，因而多应有于节能范畴，重要是功率器件。往年年终小米推出氮化镓快充就是宽禁带半导体的典范用例。
要让宽禁带半导体代替硅基，须要战胜本钱瓶颈，碳化硅和氮化镓衬底本钱太高，使得器件本钱高于传统硅基的 5 到 10 倍，是妨碍宽禁带半导体遍及的重要缘由。不外，在技巧和工艺的晋升下，本钱已濒临硅基器件。
往年，在各省分的 “十四五”计划倡议稿中，纷纭说起放慢规划第三代半导体等工业。宽禁带半导体成为 2020 年以致今后几年里中国半导体工业的主要开展偏向之一。
四、8 英寸晶圆
晶圆缺货是半导体行业常有的景象，但往年受疫情影响以及 5G 利用需要增加，各个代工的 8 英寸晶圆厂产能爆满，缺货景象尤其重大。台积电董事长黄崇仁曾在 11 月概括晶圆产能缓和近况，称现在晶圆产能已缓和到弗成思议，客户对产能的需要已到达惊恐水平，估计来岁下半年到 2022 年下半年，逻辑、DRAM 市场都市缺货到没法设想的田地。
摹拟芯片和功率器件需要延续上涨，与本就现存未几的 8 英寸晶圆厂产线相挤压，产能延续缓和，另一方面致使包含 MOSFET、驱动 IC、电源治理 IC 等其余须要在 8 英寸晶圆出产的芯片或器件的出产周期延伸，市场价钱纷纭上涨。
依据 TrendForce 最新考察研讨，估计 2020 年寰球晶圆代工收入将同比增加 23.8%，为十年来最高，进步节点和 8 英寸产能成为晶圆代工行业竞争力的要害。
五、云上 EDA
假如说 2019 年是云上 EDA 观点遍及之年，那末 2020 年则是云上 EDA 摸索落地之年，不管是 EDA 软件商、IC 计划企业以及代工场，都在实际云上 EDA。
云上 EDA 是指在通过云的方法计划芯片，比拟通过传统的 EDA 东西计划芯片，EDA 云平台长处浩繁，可能适配 EDA 东西应用需要、具有大范围算力主动化智能调理以及海量的云资本供给弹性算力支撑，直接晋升芯片的研发周期和良率，下降芯片计划本钱。
寰球三大 EDA 供给商之一新思科技现在曾经同台积电独特安排云上计划和芯片制作平台，辅助台积电成为首家实现云计划代工场；亚马逊 AWS 收购以色列芯片制作商 Annapurna Labs 以后，其 Graviton 和 Inferentia 等芯片，从 RTL 到 GDSII 全都实现云上开辟。海内也有包含阿里云在内的云公司供给 EDA 机型设置，平头哥借助阿里云的全名目上云并联合效劳器托管计划，计划上云实现 10% 到 50% 的机能晋升。
SoC 计划流程，起源阿里云研讨核心&新思科技
对于云上 EDA 的将来，新思科技中国副总司理、芯片主动化奇迹部总司理谢仲辉看好其开展，以为芯片计划上云将引领芯片行业进入新的良性轮回，对于信心投入芯片的互联网及体系公司而言是机会，也会让传统芯片公司不再范围于芯片的机能和功耗，而是与用户利用场景严密联合并供给更好的效劳休会。
六、5nm
5G 落地之年，作为引擎的 5G 芯片诚然弗成出席，在挪动手机市场上，也迎来在 5nm 疆场上的新一波 5G 芯片之争。自 2019 岁尾各大芯片厂首发自家的 5G 芯片以后，2020 年芯片厂商们更执着于推出 7nm 以下进步制程的 5G 芯片，且由外挂 5G 基带进级到集成式 SoC。
苹果首发了采取台积电 5nm 工艺制程的 A14 Bionic，集成 118 亿晶体管，但仍然是用外挂高通骁龙 5G 基带。尔后华为宣布麒麟 9000，成为天下上首个采取 5nm 制程的 5G 手机 SoC，集成 153 亿个晶体管。
以后，三星宣布 Exyons 1080，采取自家的 5nm 工艺制程和自家的 5G 基带，以集成式 SoC 的计划进入旗舰行列，将在 ViVO 的新机上首发。
高通骁龙 888 是 2020 年最后一款 5nm 集成式 5G SoC，代号从 875 变 888 表白对中国 5G 市场主要性的承认。骁龙 888 一样采取三星 5nm 工艺制程，集玉成球首款 5nm 5G 基带骁龙 X60，可能供给高达 7.5Gpbs 的 5G 商用收集速率。
往年 5G 芯片的竞争尤其剧烈，麒麟 9000 作为国产芯片的代表可能与国际程度一较高低，不外惋惜的是，受中美关联影响的华为，将没法参加下一场竞争。
七、3D 封装
3D 封装是一种平面封装技巧，在 X-Y 的二维封装基本之上向 z 轴延长，也是为了冲破摩尔定律瓶颈而出生的一种新技巧，在集成度、机能、功耗等方面有必定上风，计划自在度高，开辟时光更短，也是各个芯片厂商争相比赛的进步封装技巧，在 2020 年竞争进一步进级。
台积电自 2018 年首度对外颁布其体系整合单芯片多芯片 3D 重叠技巧，连续推出 2.5D 高端封装技巧 CoWoS 和扇出型晶圆技巧 InFo，抢占苹果定单。往年又针对进步封装打造晶圆级体系整合技巧平台（WLSI），进级导线互连间距密度和体系尺寸，推出晶圆级封装技巧体系整合芯片（TSMC-SoIC），可能将进步的 SoC 与多阶级、多功效芯片整合，实现高速、低功耗、体积小的 3D IC 产物。
英特尔也于 2 年前初次展现其名为 “Foveros”的 3D 封装技巧，在往年架构日上颁布新停顿，即 “混杂键合”技巧（Hybrid bonding），以替换传统的 “热压键合”技巧，减速实现 10 微米及以下的凸点间距，供给更好的互连密度、带宽和更低的功率。
三星在往年对外发布了全新的芯片封装技巧 X-Cube3D 曾经能够投入应用，容许多枚芯片重叠封装，三星称其能让芯片具有更强盛的机能和更高的能效比。
八、存算一体
在 AI 算法对算力需要增加的时期，冯诺依曼架构带来的 “内存墙”成绩愈发现显，即其存储与盘算在物理上的分别，使得盘算进程中须要一直地通过总线交流数据，从内存读取数据到 CPU，盘算后再写回存储。因为存储速率远低于盘算速率，大部份时光和功耗都耗费在总线传输上，终究致使传统芯片算力难以跟上需要。
为处理 “内存墙”成绩，基于忆阻器的存算一体技巧被提出，从器件研讨到盘算范式研讨，直到往年获得新的停顿。
往年 2 月，清华大学微电子所、将来芯片技巧精尖翻新核心钱鹤、吴华强教学团队与配合者胜利研收回一款基于多阵列忆阻器存算一系统统，以忆阻器替换经典晶体管，攻破冯诺依曼瓶颈，以更小的功耗和更低的硬件本钱大幅晋升盘算装备的算力，成为第一款基于忆阻器的 CNN 存算一体芯片。
在 2020 第五届寰球人工智能与呆板人峰会（CCF-GAIR 2020）上，清华大学副教学高滨报告时表现，存算一体芯片的下一步将是存算一体盘算体系的搭建，在不转变现有酿成言语的情形下，盘算能效会有百倍到千倍的晋升。
PSY
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