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回忆半导体职业的开展进程,从70多年前一颗小小的晶体管开端,到现在现已以各种形式浸透与每个人的日子密不行分。
回忆半导体职业的开展进程,从70多年前一颗小小的晶体管开端,到现在现已以各种形式浸透与每个人的日子密不行分,其开展速度之快让摩尔规律面对失效,不管是以硅为根底的半导体资料,仍是光刻机之类的半导体设备,仍是存储芯片的容量巨细,简直都面对急需霸占的难题与瓶颈。
回望2020年,一些瓶颈正悄然找到出口,8个要害词得以诠释这一年来半导体职业的开展。
在世界形势不明朗的环境下,本年我国半导体商场反常炽热。据天眼查数据显现,截止2020年12月,我国本年新增超越6万家芯片相关企业,较去年同比增加22.39%。现在全国约有24.4万家芯片相关企业,超2万家芯片相关企业具有专利。
这是环境和政策两层效果下的成果,尤为显着的是,在科创板一周年之时,市值排名前十的公司中,就有包含中芯世界(00981)、沪硅工业、中微公司、澜起科技和寒武纪在内的5家公司归于半导体范畴。在处理人才缺少问题上,也有一些新动作: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“终身一芯”计划项目,建立南京集成电路大学,无一不是为国产代替做准备。
也有职业专家参加到“国产代替”的评论,清华大学微电子研讨所所长魏少军以为,芯片全面国产代替指日可下是口号型的开展,会让政府遭受很大的压力。华润微电子代工工作群总经理苏巍指出,“当下国产芯片自给自足率缺乏三成,我国整个半导体工业链开展显着有短板和缺乏,但是在功率半导体范畴,安全看到它首先进行包围,与世界一流技能水平距离在缩小。”
在12月份的英伟达2020 GTC China大会上,英伟达首席科学家兼研讨院副总裁Bill Dally在讲演中称,假如安全真想进步核算机功能,黄氏规律便是一项重要目标,且在可预见的未来都将一向适用。 这是“黄氏规律”这一命名初次被英伟达官方认可。黄氏规律详细是指英伟达创始人黄仁勋对AI功能的提高做出的猜测, GPU将推进AI功能完成逐年翻倍。大会上,Bill Dally用三个项目阐明黄氏规律完成的要害,包含完成超高能效加快器的MAGNet东西、以更快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(INTC.US)创始人之一戈登·摩尔提出了闻名的摩尔规律,从经济学的视点成功猜测几十年来集成电路的开展趋势,即每18个月晶体管数目和功能提高一倍。当下,英伟达作为当下炙手可热的AI芯片公司,其黄氏规律有望引领未来几十年芯片职业的开展。
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)等新式资料,开始其研讨与开发首要用于拆阅军事和国防需求。宽禁带半导体的带隙大于硅半导体的2.2e,能够有用减小电子跨过的距离,削减动力损耗,因而多应有于节能范畴,首要是功率器材。
要让宽禁带半导体代替硅基,需求战胜本钱瓶颈,碳化硅和氮化镓衬底本钱过高,使得器材本钱高于传统硅基的5到10倍,是阻止宽禁带半导体遍及的首要原因。不过,在技能和工艺的提高下,本钱已挨近硅基器材。本年,在各省份的“十四五”规划主张稿中,纷繁提及加快布局第三代半导体等工业。宽禁带半导体成为2020年甚至往后几年里我国半导体工业的重要开展方向之一。
晶圆缺货是半导体职业常有的现象,但本年受卫生事件影响以及5G运用需求增加,各个代工的8英寸晶圆厂产能爆满,缺货现象尤为严峻。台积电(TSM.US)董事长黄崇仁曾在11月归纳晶圆产能严重现状,称现在晶圆产能已严重到难以幻想,客户对产能的需求已达到惊惧程度,估计下一年下半年到2022年下半年,逻辑、DRAM商场都会缺货到无法幻想的境地。
模仿芯片和功率器材需求继续上涨,与本就现存不多的8英寸晶圆厂产线相揉捏,产能继续严重,另一方面导致包含MOSFET、驱动IC、电源办理IC等其他需求在8英寸晶圆出产的芯片或器材的出产周期延伸,商场价格纷繁上涨。依据TrendForce最新调查研讨,估计2020年全球晶圆代工收入将同比增加23.8%,为十年来最高,先进节点和8英寸产能成为晶圆代工职业竞赛力的要害。
假如说2019年是云上EDA概念遍及之年,那么2020年则是云上EDA探究落地之年,不管是EDA软件商、IC规划企业以及代工厂,都在实践云上EDA。
云上EDA是指在经过云的方法规划芯片,比较经过传统的EDA东西规划芯片,EDA云渠道长处很多,能够适配EDA东西运用需求、具有大规模算力自动化智能调度以及海量的云资源供给弹性算力支撑,直接提高芯片的研制周期和良率,言过其实芯片规划本钱。
全球三大EDA供给商之一新思科技现在现已同台积电一起布置云上规划和芯片制作渠道,协助台积电成为首家完成云规划代工厂;亚马逊(AMZN.US)AWS收买以色列芯片制作商Annapurna Labs之后,其 Graviton和Inferentia等芯片,从RTL到GDSII全都完成云上开发。国内也有包含阿里云在内的云公司供给EDA机型装备,平头哥凭借阿里云的全项目上云并结合服务器保管计划,规划上云完成10%到50%的功能提高。
关于云上EDA的未来,新思科技我国副总经理、芯片自动化工作部总经理谢仲辉看好其开展,以为芯片规划上云将引领芯片职业进入新的良性循环,关于决计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局限于芯片的功能和功耗,而是与用户运用场景紧密结合并供给更好的服务体会。
5G落地之年,作为引擎的5G芯片当然不行缺席,在移动手机商场上,也迎来在5nm战场上的新一波5G芯片之争。自2019年末各大芯片厂首发自家的5G芯片之后,2020年芯片厂商们更执着于推出7nm以下先进制程的5G芯片,且由外挂5G基带晋级到集成式SoC。
苹果(AAPL.US)首发了选用台积电5nm工艺制程的A14 Bionic,集成118亿晶体管,但依然是用外挂高通骁龙5G基带。尔后华为发布麒麟9000,成为世界上首个选用5nm制程的5G手机SoC,集成153亿个晶体管。之后,三星发布Exyons 1080,选用自家的5nm工艺制程和自家的5G基带,以集成式SoC的规划进入旗舰队伍,将在ViVO的新机上首发。
高通(QCOM.US)骁龙888是2020年终究一款5nm集成式5G SoC,代号从875变888表达对我国5G商场重要性的认可。骁龙888相同选用三星5nm工艺制程,集成全球首款5nm 5G基带骁龙X60,能够供给高达7.5Gpbs的5G商用网络速度。
本年5G芯片的竞赛尤为剧烈,麒麟9000作为国产芯片的代表能够与世界水平一较高下,不过惋惜的是,受世界形势影响的华为,将无法参加下一场竞赛。
3D封装是一种立体封装技能,在X-Y的二维封装根底之上向z轴延伸,也是为了打破摩尔规律瓶颈而诞生的一种新技能,在集成度、功能、功耗等方面有必定优势,规划自由度高,开发时刻更短,也是各个芯片厂商争相比赛的先进封装技能,在2020年竞赛进一步晋级。
台积电自2018年首度对外发布其体系整合单芯片多芯片3D堆叠技能,连续推出2.5D高端封装技能CoWoS和扇出型晶圆技能InFo,抢占苹果订单。本年又针对先进封装打造晶圆级体系整合技能渠道(WLSI),晋级导线互连距离密度和体系尺度,推出晶圆级封装技能体系整合芯片(TSMC-SoIC),能够将先进的SoC与多阶级、多功能芯片整合,完成高速、低功耗、体积小的3D IC产品。
英特尔也于2年前初次展现其名为“Foveros”的3D封装技能,在本年架构日上发布新发展,即“混合键合”技能(Hybrid bonding),以代替传统的“热压键合”技能,加快完成10微米及以下的凸点距离,供给更好的互连密度、带宽和更低的功率。 三星在本年对外宣告了全新的芯片封装技能X-Cube3D现已能够投入运用,答应多枚芯片堆叠封装,三星称其能让芯片具有更强壮的功能和更高的能效比。
在AI算法对算力需求增加的年代,冯诺依曼架构带来的“内存墙”问题益发显着,即其存储与核算在物理上的别离,使得核算过程中需求不断地经过总线交流数据,从内存读取数据到CPU,核算后再写回存储。因为存储速度远低于核算速度,大部分时刻和功耗都耗费在总线传输上,终究导致传统芯片算力难以跟上需求。
为处理“内存墙”问题,根据忆阻器的存算一体技能被提出,从器材研讨到核算范式研讨,直到本年获得新的发展。本年2月,清华大学微电子所、未来芯片技能精尖立异中心钱鹤、吴华强教授团队与合作者成功研制出一款根据多阵列忆阻器存算一体体系,以忆阻器代替经典晶体管,打破冯诺依曼瓶颈,以更小的功耗和更低的硬件本钱大幅提高核算设备的算力,成为第一款根据忆阻器的CNN存算一体芯片。
在2020第五届全球人工智能与机器人峰会(CCF-GAIR 2020)上,清华大学副教授高滨讲演时表明,存算一体芯片的下一步将是存算一体核算体系的建立,在不改变现有编程言语的情况下,核算能效会有百倍到千倍的提高。
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