芯片短缺需要更具創(chuàng)新性的半導(dǎo)體

2022 年是晶體管問世 75 周年，也是集成電路問世 65 周年。從那時(shí)起，我們從 20 世紀(jì) 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。在過去 35 年里，半導(dǎo)體市場(chǎng)從超過 300 億美元的市場(chǎng)增長(zhǎng)到超過 6000 億美元市場(chǎng)，創(chuàng)造了數(shù)百萬個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。

半導(dǎo)體領(lǐng)域的樂觀情緒正在高漲。政府、芯片制造商以及設(shè)備和材料供應(yīng)商花費(fèi)了數(shù)十億美元。預(yù)計(jì)到 2030 年，要達(dá)到 1 萬億美元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，該產(chǎn)業(yè)的規(guī)模必須擴(kuò)大一倍。隨著美國(guó)《CHIPS 法案》的資助順利進(jìn)行，歐洲和日本的立法機(jī)構(gòu)也瞄準(zhǔn)了研發(fā)和資本投資的開放式創(chuàng)新伙伴關(guān)系方法，以加強(qiáng)供應(yīng)鏈。

東亞占全球半導(dǎo)體產(chǎn)量的 75%，超過 90% 的最先進(jìn)芯片是在中國(guó)臺(tái)灣和韓國(guó)制造的。然而，由于最近的供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)，過去幾年半導(dǎo)體市場(chǎng)相當(dāng)不穩(wěn)定。隨著全球投資持續(xù)高速增長(zhǎng)，克服短缺、滿足人才需求、發(fā)展有彈性和可持續(xù)的供應(yīng)鏈以及解決復(fù)雜的地緣政治問題的挑戰(zhàn)可能會(huì)持續(xù)到 2024 年。

是什么在推動(dòng)增長(zhǎng)？

基于高速數(shù)據(jù)需求的增長(zhǎng)，我們看到未來應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)需求將會(huì)更大。物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、自動(dòng)駕駛汽車以及 5G 和即將推出的 6G 網(wǎng)絡(luò)的推出已經(jīng)給我們帶來了巨大的高速數(shù)據(jù)需求。華為中國(guó)微信發(fā)布消息稱，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(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，華為在多項(xiàng) 5G-A 上下行超寬帶技術(shù)上取得重大性能突破?！蹲C券日?qǐng)?bào)》報(bào)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(yīng)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(xiàn)關(guān)鍵進(jìn)展?；诖?，更快速、更穩(wěn)定的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)有望應(yīng)用于 AR/VR 以及智能駕駛等領(lǐng)域。

此外，未來尚未發(fā)明的新應(yīng)用將需要更大的帶寬，并且隱含依賴先進(jìn)半導(dǎo)體來支持這些新技術(shù)。這些可能涉及虛擬宇宙中未來的虛擬現(xiàn)實(shí)世界，或者甚至是尚未想象到的東西。IDC 預(yù)測(cè)，2021 年全球增強(qiáng)與虛擬現(xiàn)實(shí)（AR/VR）總投資規(guī)模接近 125.4 億美元，并有望在 2026 年增至 508.8 億美元，五年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）將達(dá) 32.3%。

需要采取什么方法來滿足未來的需求？

創(chuàng)新是關(guān)鍵。無論是開發(fā)下一代手機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施，還是下一代自動(dòng)駕駛汽車，制造商都將依賴下一代設(shè)計(jì)、仿真和測(cè)試解決方案來進(jìn)行質(zhì)量和性能測(cè)試，而這本身就需要功能更強(qiáng)大、多樣化、差異化的半導(dǎo)體技術(shù)。

智能集成技術(shù)可以讓用戶在產(chǎn)品仍在開發(fā)過程中測(cè)試下一代設(shè)備，從而滿足客戶的測(cè)試和測(cè)量需求。例如，考慮一個(gè) 5G 子基站蜂窩塔，其放大器將信號(hào)傳輸?shù)绞謾C(jī)。為了準(zhǔn)確測(cè)試放大器噪聲和線性度，測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)的每個(gè)參數(shù)都需要比被測(cè)設(shè)備好一個(gè)數(shù)量級(jí)。

全球數(shù)字化、定制芯片和計(jì)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(dǎo)體制造增長(zhǎng)。硅光子技術(shù)利用標(biāo)準(zhǔn)硅實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和其它電子設(shè)備之間的光信息發(fā)送和接收。與晶體管主要依賴于普通硅材料不同，硅光子技術(shù)采用的基礎(chǔ)材料是玻璃。由于光對(duì)于玻璃來說是透明的，不會(huì)發(fā)生干擾現(xiàn)象，因此理論上可以通過在玻璃中集成光波導(dǎo)通路來傳輸信號(hào)，很適合于計(jì)算機(jī)內(nèi)部和多核之間的大規(guī)模通信。硅光子技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于擁有相當(dāng)高的傳輸速率，可使處理器內(nèi)核之間的數(shù)據(jù)傳輸速度快 100 倍甚至更高。

毫米波是指波長(zhǎng)為 1～10 毫米的電磁波稱毫米波，它位于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長(zhǎng)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。

為了為未來的技術(shù)創(chuàng)新鋪平道路，在測(cè)試和測(cè)量過程中取得突破同樣重要。因此，定制半導(dǎo)體的生產(chǎn)將是滿足未來市場(chǎng)對(duì)高度復(fù)雜電子產(chǎn)品的需求的關(guān)鍵，而芯片制造方面的此類創(chuàng)新對(duì)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)重要在未來的歲月里。自行構(gòu)建芯片制造方法還將確保測(cè)試技術(shù)滿足質(zhì)量和性能的最高標(biāo)準(zhǔn)。