芯片短缺需要更具創(chuàng )新性的半導體

2022 年是晶體管問(wèn)世 75 周年，也是集成電路問(wèn)世 65 周年。從那時(shí)起，我們從 20 世紀 70 年代的單個(gè)放大器塊發(fā)展到 3000 個(gè)晶體管晶圓，再到可以在指甲蓋大小的芯片上容納 500 億個(gè)晶體管的納米工藝。在過(guò)去 35 年里，半導體市場(chǎng)從超過(guò) 300 億美元的市場(chǎng)增長(cháng)到超過(guò) 6000 億美元市場(chǎng)，創(chuàng )造了數百萬(wàn)個(gè)就業(yè)機會(huì )。

半導體領(lǐng)域的樂(lè )觀(guān)情緒正在高漲。政府、芯片制造商以及設備和材料供應商花費了數十億美元。預計到 2030 年，要達到 1 萬(wàn)億美元的產(chǎn)業(yè)規模，該產(chǎn)業(yè)的規模必須擴大一倍。隨著(zhù)美國《CHIPS 法案》的資助順利進(jìn)行，歐洲和日本的立法機構也瞄準了研發(fā)和資本投資的開(kāi)放式創(chuàng )新伙伴關(guān)系方法，以加強供應鏈。

東亞占全球半導體產(chǎn)量的 75%，超過(guò) 90% 的最先進(jìn)芯片是在中國臺灣和韓國制造的。然而，由于最近的供應鏈挑戰，過(guò)去幾年半導體市場(chǎng)相當不穩定。隨著(zhù)全球投資持續高速增長(cháng)，克服短缺、滿(mǎn)足人才需求、發(fā)展有彈性和可持續的供應鏈以及解決復雜的地緣政治問(wèn)題的挑戰可能會(huì )持續到 2024 年。

是什么在推動(dòng)增長(cháng)？

基于高速數據需求的增長(cháng)，我們看到未來(lái)應用程序的數據需求將會(huì )更大。物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、自動(dòng)駕駛汽車(chē)以及 5G 和即將推出的 6G 網(wǎng)絡(luò )的推出已經(jīng)給我們帶來(lái)了巨大的高速數據需求。華為中國微信發(fā)布消息稱(chēng)，在 IMT-2020（5G）推進(jìn)組的組織下，華為已全面完成 5G-A（即 5.5G）技術(shù)性能測試。測試結果表明，華為在多項 5G-A 上下行超寬帶技術(shù)上取得重大性能突破?！蹲C券日報》報道，華為在 5G-A 技術(shù)上取得突破，首次將端到端跨層協(xié)同技術(shù)應用在 5G-A 寬帶實(shí)時(shí)交互上，在容量和時(shí)延方面實(shí)現關(guān)鍵進(jìn)展?；诖?，更快速、更穩定的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )有望應用于 AR/VR 以及智能駕駛等領(lǐng)域。

此外，未來(lái)尚未發(fā)明的新應用將需要更大的帶寬，并且隱含依賴(lài)先進(jìn)半導體來(lái)支持這些新技術(shù)。這些可能涉及虛擬宇宙中未來(lái)的虛擬現實(shí)世界，或者甚至是尚未想象到的東西。IDC 預測，2021 年全球增強與虛擬現實(shí)（AR/VR）總投資規模接近 125.4 億美元，并有望在 2026 年增至 508.8 億美元，五年復合增長(cháng)率（CAGR）將達 32.3%。

需要采取什么方法來(lái)滿(mǎn)足未來(lái)的需求？

創(chuàng )新是關(guān)鍵。無(wú)論是開(kāi)發(fā)下一代手機基礎設施，還是下一代自動(dòng)駕駛汽車(chē)，制造商都將依賴(lài)下一代設計、仿真和測試解決方案來(lái)進(jìn)行質(zhì)量和性能測試，而這本身就需要功能更強大、多樣化、差異化的半導體技術(shù)。

智能集成技術(shù)可以讓用戶(hù)在產(chǎn)品仍在開(kāi)發(fā)過(guò)程中測試下一代設備，從而滿(mǎn)足客戶(hù)的測試和測量需求。例如，考慮一個(gè) 5G 子基站蜂窩塔，其放大器將信號傳輸到手機。為了準確測試放大器噪聲和線(xiàn)性度，測試和測量系統的每個(gè)參數都需要比被測設備好一個(gè)數量級。

全球數字化、定制芯片和計算引擎上具有更高吞吐量和更低延遲的即時(shí)分布式處理，以及硅光子、毫米波 (mmWave) 和高功率器件等新技術(shù)，都在刺激新的半導體制造增長(cháng)。硅光子技術(shù)利用標準硅實(shí)現計算機和其它電子設備之間的光信息發(fā)送和接收。與晶體管主要依賴(lài)于普通硅材料不同，硅光子技術(shù)采用的基礎材料是玻璃。由于光對于玻璃來(lái)說(shuō)是透明的，不會(huì )發(fā)生干擾現象，因此理論上可以通過(guò)在玻璃中集成光波導通路來(lái)傳輸信號，很適合于計算機內部和多核之間的大規模通信。硅光子技術(shù)最大的優(yōu)勢在于擁有相當高的傳輸速率，可使處理器內核之間的數據傳輸速度快 100 倍甚至更高。

毫米波是指波長(cháng)為 1～10 毫米的電磁波稱(chēng)毫米波，它位于微波與遠紅外波相交疊的波長(cháng)范圍，因而兼有兩種波譜的特點(diǎn)。毫米波的理論和技術(shù)分別是微波向高頻的延伸和光波向低頻的發(fā)展。

為了為未來(lái)的技術(shù)創(chuàng )新鋪平道路，在測試和測量過(guò)程中取得突破同樣重要。因此，定制半導體的生產(chǎn)將是滿(mǎn)足未來(lái)市場(chǎng)對高度復雜電子產(chǎn)品的需求的關(guān)鍵，而芯片制造方面的此類(lèi)創(chuàng )新對于在新產(chǎn)品發(fā)布和下一代解決方案推出之前保持領(lǐng)先地位至關(guān)重要在未來(lái)的歲月里。自行構建芯片制造方法還將確保測試技術(shù)滿(mǎn)足質(zhì)量和性能的最高標準。