2024 年科技趨勢展望

通信服務(wù)提供商加大人工智能投資，到 2024 年推動(dòng)人工智能服務(wù)器出貨量增長(cháng) 38%

鑒于 ChatBOT、生成式人工智能和其他應用程序的日益普及，微軟、谷歌和 AWS 等主要通信服務(wù)提供商正在加大對人工智能的投資，從而增加了對人工智能服務(wù)器的需求。TrendForce 預計，2023 年 AI 服務(wù)器（包括搭載 GPU、FPGA、ASIC 的服務(wù)器）出貨量將超過(guò) 120 萬(wàn)臺，同比增長(cháng) 37.7%，占服務(wù)器總出貨量近 9%。預計到 2024 年，這一數字將增長(cháng) 38%，其中人工智能占據 12% 的份額。

除了 NVIDIA 和 AMD 的 GPU 解決方案之外，主要的 CSP 一直傾向于開(kāi)發(fā)自己的 ASIC 芯片。以谷歌為例，自 2H23 以來(lái)，谷歌一直在加速將其定制 TPU 引入 AI 服務(wù)器，年增長(cháng)率超過(guò) 70%。AWS 計劃在 2024 年采用更多的定制 ASIC，出貨量預計將增加一倍。其他公司，如微軟和 Meta，也計劃擴展其自行開(kāi)發(fā)的 ASIC 解決方案，這可能會(huì )侵蝕 GPU 的增長(cháng)潛力?？偠灾?，人工智能服務(wù)器的需求預計將在 2023-2024 年增長(cháng)，這主要是由通信服務(wù)提供商的積極投資推動(dòng)的。預計 2024 年之后，更多應用領(lǐng)域企業(yè)將深入研發(fā)專(zhuān)用 AI 模型和軟件服務(wù)器，推動(dòng)搭載中低端 GPU（如 L40S 系列）或 FPGA 的邊緣 AI 服務(wù)器的增長(cháng)。預計 2023 年至 2026 年邊緣 AI 服務(wù)器出貨量年均增長(cháng)率將超過(guò) 20%。

HBM3e 將推動(dòng) HBM 收入年增長(cháng) 172%

隨著(zhù) AI 服務(wù)器的建設，對 AI 加速芯片的需求也隨之增長(cháng)。HBM 是這些加速器芯片的關(guān)鍵 DRAM 產(chǎn)品。規格方面，除了目前主流的 HBM2e 外，隨著(zhù) NVIDIA 的 H100/H800 和 AMD 的 MI300 系列的量產(chǎn)，今年 HBM3 的預留需求比例也有所增加。展望 2024 年，三大內存供應商將進(jìn)一步推出 HBM3e，將速度提升至 8Gbps，確保 AI 加速器芯片在 2024-2025 年擁有更好的性能。

在 AI 加速器芯片市場(chǎng)，除了 NVIDIA 和 AMD 等領(lǐng)先的服務(wù)器 GPU 制造商之外，CSP 也在加快開(kāi)發(fā)專(zhuān)有 AI 芯片的步伐——一個(gè)共同的特點(diǎn)是 HBM 集成。隨著(zhù)訓練模型和應用的復雜性不斷增加，對 HBM 的需求預計將猛增。由于 HBM 的平均單價(jià)比其他 DRAM 產(chǎn)品高出數倍，預計到 2024 年，HBM 將對內存供應商的收入做出重大貢獻，年增長(cháng)率高達 172%。

AI 芯片：2024 年先進(jìn)封裝需求上升，3D IC 技術(shù)出現

臺積電、三星和英特爾等行業(yè)領(lǐng)導者不僅正在探索晶體管架構的重大變革，而且認識到封裝技術(shù)的重要作用，特別是在半導體前端制造工藝接近物理極限的情況下。先進(jìn)封裝對于提高芯片性能、節省硬件空間、降低功耗和最小化延遲變得至關(guān)重要。臺積電和三星均已采取措施在日本建立 3DIC 研究中心，凸顯了封裝在半導體技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵作用。

近年來(lái)，ChatBOT 的興起推動(dòng)了 AI 應用的強勁增長(cháng)，顯著(zhù)增加了對 2.5D 封裝技術(shù)的需求，該技術(shù)通過(guò)集成計算芯片和內存來(lái)增強 AI 計算能力。2.5D 封裝主要采用在前端制造過(guò)程中創(chuàng )建的硅中介層，將具有不同功能和制造工藝的多個(gè)芯片并排集成，然后將它們與 PCB 基板結合以完成封裝。事實(shí)上，多種 2.5D 封裝解決方案，包括臺積電的 CoWoS、英特爾的 EMIB 和三星的 I-Cube，已經(jīng)開(kāi)發(fā)多年。這些技術(shù)現已達到成熟水平，并廣泛應用于高性能芯片中。到 2024 年，供應商將重點(diǎn)提高 2.5D 封裝產(chǎn)能，以滿(mǎn)足人工智能等應用對高計算能力不斷增長(cháng)的需求。

與此同時(shí)，3D 封裝技術(shù)的出現也即將到來(lái)。臺積電的 SoIC、三星的 X-Cube、英特爾的 Foveros 等解決方案相繼發(fā)布。與使用硅中介層的 2.5D 封裝不同，3D 封裝使用 TSV 直接連接具有不同功能的芯片。這消除了對硅中介層的需要，降低了封裝高度，縮短了芯片之間的數據路徑，并提高了計算速度。除了封裝技術(shù)的突破外，芯片互連的方法甚至材料也將是技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。具有不同功能和制造工藝的芯片的有效集成對于滿(mǎn)足人工智能和自動(dòng)駕駛汽車(chē)等應用中高計算能力、低延遲和能源效率的要求至關(guān)重要。

2024 年，NTN 將在全球范圍內啟動(dòng)并進(jìn)行小規模商業(yè)測試，為該技術(shù)的更廣泛應用鋪平道路

隨著(zhù)全球運營(yíng)商 Starlink 和 OneWeb 衛星部署的穩步增加，以及 3GPP 針對 NTN 中 5G 新無(wú)線(xiàn)電開(kāi)發(fā)的第 17 版和第 18 版指南，衛星運營(yíng)商、主要半導體公司、電信運營(yíng)商和智能手機制造商之間的合作蓬勃發(fā)展。這些伙伴關(guān)系最終對 NTN 情景進(jìn)行了初步驗證。目前，NTN 的重點(diǎn)主要是移動(dòng)衛星通信應用，其中用戶(hù)設備（UE）直接與衛星接口，在特定條件下進(jìn)行雙向數據傳輸測試。

展望 2024 年，各大半導體廠(chǎng)商紛紛加大在衛星通信芯片方面的發(fā)力。這一激增預計將促使領(lǐng)先的智能手機制造商使用 SoC 模型將衛星通信功能集成到其高端手機中。鑒于某些用戶(hù)群體對高端智能手機的持續需求，NTN 網(wǎng)絡(luò )的小規模商用測試已經(jīng)具備了條件。這一發(fā)展有望成為 2024 年 NTN 應用廣泛采用的重要推動(dòng)力。從移動(dòng)衛星通信的長(cháng)遠角度來(lái)看，ISL 通信技術(shù)大有可為；它們能夠實(shí)現低軌道衛星之間的數據傳輸，并同時(shí)中繼到大規?？鐓^域用戶(hù)設備，從而符合在全球范圍內實(shí)現低延遲 6G 通信的愿景。

規劃 2024 年啟動(dòng) 6G 通信，衛星通信占據中心地位

6G 標準化進(jìn)程將于 2024 年至 2025 年之間啟動(dòng)，首批標準技術(shù)預計將于 2027 年至 2028 年左右推出。隨著(zhù) 6G 關(guān)鍵技術(shù)突破的發(fā)展，其范圍已不僅僅限于集成超寬帶接收器和發(fā)射器。地面和非地面網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫集成以及通過(guò)人工智能和機器學(xué)習引入的創(chuàng )新將處于最前沿。6G 預計將帶來(lái)一系列新穎的技術(shù)應用。其中包括使用可重構智能表面 (RIS)、太赫茲頻段、光無(wú)線(xiàn)通信 (OWC)、用于高空通信應用的 NTN，以及更加身臨其境的擴展現實(shí) (XR) 感官體驗。通過(guò)這些進(jìn)步，6G 旨在提供全息投影、觸覺(jué)通信和數字孿生等革命性應用。

隨著(zhù) 6G 技術(shù)標準的逐步鞏固，低軌衛星將逐步支持 6G 通信。預計 6G 商用前后，全球低軌衛星部署將達到頂峰。此外，預計 6G 時(shí)代對用于 6G 通信和環(huán)境傳感的無(wú)人機的需求將顯著(zhù)增長(cháng)。

創(chuàng )新進(jìn)入者將推動(dòng) 2024 年 MicroLED 技術(shù)的成本優(yōu)化

2023 年是 MicroLED 顯示技術(shù)量產(chǎn)的關(guān)鍵一年，首要任務(wù)是解決持續居高不下的成本問(wèn)題。在芯片開(kāi)發(fā)方面，小型化工作占據了中心地位。目前用于大型顯示器的主流芯片尺寸為 34x58μm，即將被 20x40μm 甚至更小的尺寸（如 16x27μm）所取代。預計僅通過(guò)芯片尺寸縮小，未來(lái)四年 MicroLED 芯片的成本每年至少可降低 20-25%。轉移工藝是 MicroLED 制造的核心。雖然沖壓具有穩定性，但激光因其速度（單位/小時(shí)，UPH）而受到青睞。隨著(zhù)該行業(yè)為大規模生產(chǎn)做好準備，人們更加關(guān)注效率和產(chǎn)量之間的最佳平衡。在混合轉移方法中將壓印方法與激光粘合相結合已引起了廣泛關(guān)注。這種冷加工技術(shù)有效地解決了印模熱粘合中遇到的壓力和溫度的挑戰，使其成為備受期待的生產(chǎn)模型。

透明 AR 鏡頭的微投影顯示市場(chǎng)是 MicroLED 擁有巨大潛力的領(lǐng)域?？紤]到超高 PPI 的嚴格要求，尺寸必須限制在 5μm 甚至更小，這使得芯片 EQE 減小的挑戰更加艱巨。雖然使用紅色、藍色和綠色 LED 的組合似乎很簡(jiǎn)單，但紅燈的低效率構成了重大障礙。選擇藍色 LED 與量子點(diǎn)材料相結合進(jìn)行顏色轉換可以有效地回避這一挑戰，但它會(huì )帶來(lái)與額外制造步驟和材料壽命相關(guān)的其他問(wèn)題。

創(chuàng )新型初創(chuàng )公司正在避開(kāi)傳統方法，基于 InGan 的紅色 LED 和垂直堆疊 RGBLED 等解決方案引起了廣泛關(guān)注。雖然仍然很難確定哪種技術(shù)路徑將成為主導趨勢，但當前擁有無(wú)數競爭解決方案的格局可能會(huì )加速最佳解決方案的發(fā)現。組件的增強、流程優(yōu)化和各種解決方案都預示著(zhù)充滿(mǎn)活力的未來(lái)。在量產(chǎn)及多元化應用的誘惑下，預計 2024 年將有更多廠(chǎng)商進(jìn)軍這一領(lǐng)域，不僅強化供應鏈，也進(jìn)一步細化 MicroLED 的成本結構。

AR/VR 微顯示技術(shù)競爭加劇

在 AR/VR 耳機需求不斷增長(cháng)的推動(dòng)下，對具有超高 PPI 的近眼顯示器的需求不斷增加，而 MicroOLED 是該領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)。雖然目前只有少數 AR/VR 設備采用 MicroOLED 顯示屏，但隨著(zhù)主要品牌開(kāi)始采用它們，這種情況可能會(huì )發(fā)生變化，從而可能導致 MicroOLED 更廣泛的市場(chǎng)存在。未來(lái)的趨勢傾向于個(gè)性化顯示，小型化正在形成。這種演變取決于半導體工藝與顯示技術(shù)的集成。與此同時(shí)，MicroLED 等其他微顯示技術(shù)也在積極開(kāi)發(fā)中。

目前，MicroOLED 顯示器是半導體工藝與 AMOLED 沉積技術(shù)相結合的縮影。對于 MicroOLED 面板制造商來(lái)說(shuō)，獲得穩定的晶圓代工資源至關(guān)重要。新老廠(chǎng)商都在重新調整其行業(yè)資源，目前的白光 OLED 技術(shù)正在向 RGBOLED 技術(shù)轉變。然而，MicroOLED 顯示器也面臨著(zhù)挑戰，例如亮度和發(fā)光效率的限制。它們主導頭戴式顯示器市場(chǎng)的潛力將在很大程度上取決于各種微顯示技術(shù)的進(jìn)步。

材料和組件技術(shù)的進(jìn)步正在推動(dòng)氧化鎵的商業(yè)化

需要高電壓、高溫和高頻的應用不斷增長(cháng)，氧化鎵 (Ga2O?) 正在成為下一代功率半導體器件的有力競爭者。在電動(dòng)汽車(chē)、電網(wǎng)系統和航空航天等領(lǐng)域尤其如此。與氣相生長(cháng)的碳化硅和氮化鎵相比，氧化鎵晶體可以使用類(lèi)似于硅晶體的熔融生長(cháng)方法來(lái)生產(chǎn)。這為降低成本提供了更大的潛力。目前，業(yè)界已實(shí)現 4 英寸氧化鎵單晶的量產(chǎn)，并有望在未來(lái)幾年擴大到 6 英寸。與此同時(shí)，基于氧化鎵材料的肖特基二極管和晶體管的結構設計和制造工藝也取得了重大進(jìn)展。第一批肖特基二極管產(chǎn)品預計將于 2024 年投放市場(chǎng)，有可能成為第一個(gè)商業(yè)規模的氧化鎵功率元件。雖然氧化鎵仍面臨導熱性差、缺乏 P 型摻雜等挑戰，但預計隨著(zhù)功率半導體行業(yè)主要廠(chǎng)商的參與以及關(guān)鍵應用的拉動(dòng)，商業(yè)化指日可待。

電動(dòng)汽車(chē)電池行業(yè)即將迎來(lái)電池技術(shù)新時(shí)代，固態(tài)電池將在未來(lái)十年重塑行業(yè)格局

隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)電池行業(yè)進(jìn)入太瓦時(shí)制造時(shí)代，對更高安全性和能量密度的電池的需求日益明顯。然而，當前主流電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)已接近能量密度能力的極限，現有材料體系已不足以滿(mǎn)足市場(chǎng)對能量密度和安全性不斷增長(cháng)的需求。隨著(zhù)各大汽車(chē)制造商和電池制造商加快對下一代電池技術(shù)的投資和研究，新的突破即將到來(lái)。固態(tài)電池具有更高的能量密度和更高的安全性，已成為企業(yè)研發(fā)工作的重點(diǎn)。該行業(yè)更深入地研究實(shí)際應用和探索，包括膠體電池等半固態(tài)技術(shù)。這些技術(shù)的開(kāi)發(fā)和商業(yè)應用預計將在 2024 年加速電動(dòng)汽車(chē)電池行業(yè)進(jìn)入新的技術(shù)迭代周期，對未來(lái)十年的行業(yè)格局產(chǎn)生重大影響。

雖然鋰離子電池已經(jīng)在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域占據了主導地位，但車(chē)輛類(lèi)型的多樣性和用例的多樣化意味著(zhù)替代電池技術(shù)仍然有其專(zhuān)門(mén)的利基市場(chǎng)。例如，鈉離子電池由于鈉儲量豐富且分布均勻，因此具有成本優(yōu)勢。然而，其較低的能量密度使其適合于不需要廣泛行駛里程的經(jīng)濟型電動(dòng)汽車(chē)。目前，中國電池制造商正在積極致力于將該技術(shù)商業(yè)化。

氫燃料電池具有多種優(yōu)勢，例如零排放、行駛里程長(cháng)、快速加油以及支持冷啟動(dòng)的能力。它們主要用于重型商用車(chē)。然而，氫燃料電池面臨能量轉換效率低、制氫和儲存成本高、制氫工藝存在爭議等挑戰。由于該行業(yè)相對不夠成熟，目前市場(chǎng)上采用該技術(shù)的乘用車(chē)和商用車(chē)的選擇有限。預計 2025 年之后，遠程重型卡車(chē)將得到廣泛的商業(yè)應用。

提升功率轉換效率、續駛里程、充電效率將是 2024 年純電動(dòng)汽車(chē)的三大重點(diǎn)

SiC 芯片具有低損耗的優(yōu)勢，是提升純電動(dòng)汽車(chē)能量轉化率的關(guān)鍵部件。到 2024 年，8 英寸 SiC 晶圓產(chǎn)能預計將逐步提升。但良率仍需提升，大部分產(chǎn)能已被下游廠(chǎng)商預留。這意味著(zhù)芯片成本降低的潛力有限。由于注重縮小芯片尺寸，因此將更加注重 Trench 技術(shù)的研發(fā)投資。

在續駛里程方面，NCM 和 LFP 仍然是汽車(chē)制造商的首選。主要目標是通過(guò)調整材料比例來(lái)優(yōu)化電池組結構，以提高能量密度，從而延長(cháng)行駛里程。固態(tài)電池以其高能量密度而聞名，預計將于 2H23 開(kāi)始以半固態(tài)電池的形式有限安裝在車(chē)輛中。2024 年是觀(guān)察這些狀態(tài)電池商業(yè)化的關(guān)鍵時(shí)刻?；?800V 平臺的車(chē)輛也將顯著(zhù)增加，以減少充電時(shí)間。這些車(chē)輛可支持 360 千瓦以上的大功率快充，引發(fā)大功率充電站建設熱潮。此外，無(wú)線(xiàn)充電的進(jìn)展正在加速。美國已出臺支持電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電的立法，密歇根州將推出一條 1.6 公里長(cháng)的無(wú)線(xiàn)充電高速公路。充電方式的多樣化有可能緩解電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主的里程焦慮。

此外，人工智能領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展正在推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)邁向先進(jìn)的自動(dòng)駕駛。在自動(dòng)駕駛系統的開(kāi)發(fā)中，可靠性是市場(chǎng)準備情況的關(guān)鍵決定因素。人工智能在提高效率方面發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用，包括協(xié)助對大量圖像進(jìn)行分類(lèi)和標記，以及模擬場(chǎng)景。隨著(zhù)競爭對手在智能駕駛方面快速推進(jìn)，特斯拉的 Dojo 超級計算機宣布了量產(chǎn)計劃。他們的目標是在 2024 年投資 10 億美元與 Dojo 一起進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )訓練。引入更先進(jìn)的自動(dòng)駕駛系統并設定實(shí)惠的價(jià)格點(diǎn)將是特斯拉維持其在智能駕駛領(lǐng)域據點(diǎn)的策略。

全球對綠色解決方案的推動(dòng)力度不斷加大，人工智能模擬成為可再生能源和脫碳制造的關(guān)鍵

IEA 預測，到 2024 年，全球可再生能源發(fā)電量預計將達到驚人的 4,500 吉瓦，幾乎與化石燃料相當。這一激增主要歸因于政策倡導力度加大、化石燃料價(jià)格上漲以及戰爭引發(fā)的能源危機。為了保證可再生能源的穩定發(fā)電，電網(wǎng)、儲能、管理等外圍系統不可避免地采用人工智能驅動(dòng)的智能技術(shù)來(lái)提高緩沖能力和準確性。

以智能電網(wǎng)為例：監督學(xué)習優(yōu)化電力輸入和輸出，無(wú)監督學(xué)習提高捕獲數據的質(zhì)量，負載預測和穩定性評估等工具提高整體效率。這些對于 2024 年綠色能源技術(shù)的進(jìn)步至關(guān)重要。此外，2024 年智能制造和能源管理的重點(diǎn)將是優(yōu)化驅動(dòng)系統的能耗、創(chuàng )建完全互聯(lián)的數據生態(tài)系統以及可視化能源流動(dòng)和消耗。通過(guò)動(dòng)態(tài)數字孿生，利用虛擬和物理系統的集成，目標是將數據從以碳為中心的流轉變?yōu)榄h(huán)境友好型流，然后轉化為經(jīng)濟利益。此外，生成式人工智能和 3D 打印等新興技術(shù)有可能加快設計和生產(chǎn)建模階段，從而減少資源浪費并展現出巨大的未來(lái)潛力。鑒于各個(gè)部門(mén)對可持續發(fā)展的日益關(guān)注，組織必須首先了解自己的碳排放和足跡。因此，碳審計工具正成為主要 CSP 的優(yōu)先事項，并繼續利用人工智能和機器學(xué)習來(lái)優(yōu)化碳排放。

可折疊手機引領(lǐng)創(chuàng )新趨勢：新技術(shù)和材料的商業(yè)化推動(dòng) OLED 行業(yè)在各種應用領(lǐng)域的擴展

隨著(zhù) OLED 折疊手機不斷創(chuàng )新并成功吸引市場(chǎng)關(guān)注，新推出的可折疊手機正在根據消費者的期望進(jìn)行大幅改進(jìn)。例如，門(mén)板和屏幕支撐板采用輕質(zhì)復合材料，有效減少部件數量的水滴形鉸鏈結構，甚至用外殼蓋板取代鉸鏈主干，都有助于形式。接近傳統平板智能手機的厚度和重量。隨著(zhù)折疊屏手機市場(chǎng)滲透率逐漸提升，不僅要持續技術(shù)進(jìn)步，還要有效降低成本，保證產(chǎn)品在市場(chǎng)上的普及，盈利能力。

隨著(zhù) OLED 技術(shù)日益滲透到智能手機市場(chǎng)，IT 行業(yè)正在成為 OLED 發(fā)展的下一個(gè)關(guān)鍵戰場(chǎng)。為了進(jìn)一步擴大在現有 IT 市場(chǎng)的影響力，行業(yè)參與者正在采取一些關(guān)鍵舉措。除了三星已經(jīng)公布了 G8.7 新工廠(chǎng)的投資計劃、京東方科技擬建的 B16 工廠(chǎng)、JDI 繼續計劃重點(diǎn)開(kāi)發(fā)新的 eLEAP 技術(shù)、以及維信諾積極進(jìn)軍 OLED 相關(guān)技術(shù)和市場(chǎng)之外，都是值得關(guān)注的。面板制造商的這些舉措不僅是為了滿(mǎn)足蘋(píng)果對中型應用的需求，也是 OLED 面板進(jìn)軍其他應用市場(chǎng)的催化劑。預計到 2025 年，新技術(shù)的引入將克服當前 FMM 和蒸發(fā)設備的尺寸限制。加上更耐用材料的商業(yè)化以及下一代生產(chǎn)線(xiàn)的成功量產(chǎn)，這些發(fā)展預計將顯著(zhù)提高 OLED 技術(shù)在各種應用中的市場(chǎng)滲透率。