本文來(lái)自中國(guó)電子報(bào)，作者/張心怡。
每一波席卷而來(lái)的技術(shù)浪潮，一旦對(duì)消費(fèi)市場(chǎng)產(chǎn)生顛覆性影響，并誕生應(yīng)用廣泛的新型消費(fèi)終端，半導(dǎo)體應(yīng)用的最大單一市場(chǎng)往往隨之易主。PC處理器和智能手機(jī)處理器，是各自時(shí)代的黃金增長(zhǎng)點(diǎn)，引領(lǐng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)沿著摩爾定律高速成長(zhǎng)。
但是，任何一個(gè)黃金增長(zhǎng)點(diǎn)的統(tǒng)治力都無(wú)法永存。從2021年第三季度開(kāi)始，智能手機(jī)的出貨量已經(jīng)連續(xù)三個(gè)季度同比下滑，手機(jī)芯片廠商不得不下調(diào)或削減訂單。一旦智能手機(jī)不再是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)旱澇保收的屏障，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的下一個(gè)黃金增長(zhǎng)點(diǎn)會(huì)是什么？
何其相似的問(wèn)鼎之路
1981年8月12日，一臺(tái)由古董電視般方正厚重的顯示器、扁平盒狀的主機(jī)、獨(dú)立的白色鍵盤(pán)組成的設(shè)備伴隨著一個(gè)簡(jiǎn)潔而響亮的名號(hào)進(jìn)入民眾視野：IBM PC。彼時(shí)的計(jì)算機(jī)是政府或科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的工具，而IBM正是此類(lèi)大型機(jī)的最大供應(yīng)商。IBM PC的出現(xiàn)，開(kāi)啟了計(jì)算機(jī)從實(shí)驗(yàn)室走向普羅大眾的序章，也讓全世界看到了個(gè)人電腦時(shí)代的曙光。
表面來(lái)看，IBM PC是藍(lán)色巨人在個(gè)人電腦市場(chǎng)平步青云的盛大開(kāi)場(chǎng)。然而，真正趁勢(shì)而起并統(tǒng)領(lǐng)PC時(shí)代的，是半導(dǎo)體巨人英特爾和軟件王者微軟。為了尋求IBM PC的快速上市，IBM打破了當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)制造商一手包辦所有組件的慣例，轉(zhuǎn)而從第三方購(gòu)買(mǎi)處理器和軟件——前者是英特爾的8088微處理器，后者是微軟的DOS操作系統(tǒng)。
一時(shí)間，有心入局但無(wú)力承擔(dān)計(jì)算機(jī)軟硬件開(kāi)發(fā)的IT精英們看到，處理器和操作系統(tǒng)可以獨(dú)立于計(jì)算機(jī)制造公司而存在，作為第三方產(chǎn)品被購(gòu)買(mǎi)和集成。短短幾年，康柏、戴爾等一批新銳計(jì)算機(jī)廠商，基于英特爾處理器和微軟軟件大量生產(chǎn)IBM PC兼容機(jī)，搶占市場(chǎng)份額。在后發(fā)者的激烈競(jìng)爭(zhēng)下，IBM在個(gè)人電腦的先發(fā)優(yōu)勢(shì)逐漸磨滅，英特爾和微軟卻愈發(fā)聲勢(shì)浩大。在微軟推出Windows操作系統(tǒng)之后，Wintel成為個(gè)人電腦時(shí)代顛撲不破的底層架構(gòu)，統(tǒng)治力延續(xù)至今。
在市場(chǎng)需求的推動(dòng)和創(chuàng)始人精神的感召下，英特爾沿著創(chuàng)始人戈登·摩爾提出的“摩爾定律”，推動(dòng)PC芯片的迭代，芯片制程從20世紀(jì)80年代的3微米一路升級(jí)到如今的10nm，使PC能夠替代越來(lái)越多的大型機(jī)功能，PC處理器也成為20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)極。
“計(jì)算機(jī)的發(fā)明將人類(lèi)帶入信息時(shí)代。而半導(dǎo)體芯片作為計(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)和處理的具體‘執(zhí)行者’，對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展又起到了決定性的作用。隨著芯片工藝的持續(xù)優(yōu)化、性能的不斷提升，再加上互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，計(jì)算機(jī)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)，成為信息社會(huì)的‘終端’。”北京航空航天大學(xué)集成電路科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)張悅向《中國(guó)電子報(bào)》記者指出。
在PC代替大型機(jī)走入用戶(hù)工作和消費(fèi)者生活之后，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和演進(jìn)，讓人們看到了終端設(shè)備進(jìn)一步輕量化、便捷化的可能。2G時(shí)代，移動(dòng)通信從模擬信號(hào)走向數(shù)字信號(hào)，手機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)從通話(huà)質(zhì)量轉(zhuǎn)向產(chǎn)品功能，成就了諾基亞的輝煌。到了3G時(shí)代，移動(dòng)通信從語(yǔ)音通信走向數(shù)據(jù)通信，手機(jī)能夠處理更多的媒體格式、提供更多的信息服務(wù)，iPhone等一批智能手機(jī)產(chǎn)品深刻改變了消費(fèi)終端的形態(tài)，手機(jī)處理器也成為半導(dǎo)體增長(zhǎng)動(dòng)能的換擋器。
據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易協(xié)會(huì)和資策會(huì)產(chǎn)業(yè)情報(bào)研究所數(shù)據(jù)，自2010年起，計(jì)算機(jī)在全球半導(dǎo)體應(yīng)用的市場(chǎng)比重持續(xù)下降，智能手機(jī)引領(lǐng)的通信IC占比逐年攀升，在2014年首次超過(guò)計(jì)算機(jī)芯片的市場(chǎng)占比，達(dá)到34.4%，開(kāi)啟了移動(dòng)通信芯片的黃金時(shí)代。
手機(jī)處理器能扛起半導(dǎo)體增長(zhǎng)大旗的另一個(gè)原因，是它接過(guò)了PC處理器的接力棒，成為摩爾定律的延續(xù)者。2010年，蘋(píng)果iPhone 4正式上市，首次搭載的蘋(píng)果自研處理器A4采用45nm制程，擁有3000多萬(wàn)晶體管。而2021年隨蘋(píng)果iPhone 13系列登場(chǎng)的A15處理器，采用5nm制程，擁有150億晶體管。11年的時(shí)間，同一系列的手機(jī)處理器晶體管數(shù)量實(shí)現(xiàn)了5000倍的提升，手機(jī)處理器成為先進(jìn)制程的“頭號(hào)玩家”。
“進(jìn)入21世紀(jì)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)逐漸把信息社會(huì)‘終端’從PC轉(zhuǎn)移到手機(jī)，以前很多只能在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的操作，如今手機(jī)都可以勝任，加之其體型小巧、攜帶方便、價(jià)格更低，逐漸取代計(jì)算機(jī)，成為促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)的中流砥柱。”張悅告訴記者。
繼任者的素質(zhì)
不難看出，近幾十年來(lái)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)兩度撐起一片天的增長(zhǎng)動(dòng)力，都與劃時(shí)代的消費(fèi)終端息息相關(guān)。
“信息時(shí)代的電子設(shè)備要成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的引領(lǐng)者，至少需要兼顧三個(gè)特點(diǎn)：便攜性、功能性和生態(tài)性。”張悅指出。
他表示，隨著當(dāng)今社會(huì)數(shù)據(jù)量爆炸式增長(zhǎng)、生活節(jié)奏加快，人們對(duì)處理信息的需求更傾向于即時(shí)處理，所以便攜性至關(guān)重要，電子設(shè)備只有隨用可取才能被更多群體接受。在便攜的同時(shí)，設(shè)備要有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和信息交互能力——也就是功能性，才能適應(yīng)更復(fù)雜的任務(wù)和更廣泛的用戶(hù)群體。除了芯片等核心硬件的提升，還需要軟件及周?chē)涮准夹g(shù)的協(xié)同，構(gòu)建整體生態(tài)，帶動(dòng)技術(shù)發(fā)展和推廣。
而此類(lèi)終端，往往是在技術(shù)浪潮帶動(dòng)消費(fèi)形態(tài)變革、消費(fèi)形態(tài)變革又推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新的螺旋上升中誕生的。
“計(jì)算機(jī)和通信市場(chǎng)分別隨著有線通信技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展而迅速增長(zhǎng)，尤其后者在應(yīng)用面、便攜性和受眾方面占據(jù)更多優(yōu)勢(shì)，因此隨著無(wú)線通信技術(shù)的普及，無(wú)線通信產(chǎn)品迅速替代了部分計(jì)算機(jī)的功能。”芯謀研究高級(jí)分析師張彬磊向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示。
即便有顛覆式的技術(shù)浪潮，并將一種全新的終端頂上浪尖，要形成對(duì)半導(dǎo)體增長(zhǎng)的引領(lǐng)力，既要對(duì)芯片有“量”的拉動(dòng)，也要有持續(xù)升級(jí)的功能需求，帶動(dòng)芯片不斷地迭代優(yōu)化。
“能長(zhǎng)期引領(lǐng)半導(dǎo)體增長(zhǎng)的IC產(chǎn)品，一是量大面廣；二是技術(shù)不斷迭代，有不斷創(chuàng)新升級(jí)的需求；三是具備一定的復(fù)雜度和集成度，具備技術(shù)門(mén)檻。四是要有強(qiáng)有力的領(lǐng)軍企業(yè)參與其中。”北京半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)、北京國(guó)際工程咨詢(xún)有限公司高級(jí)經(jīng)濟(jì)師朱晶向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示。
那么，在智能手機(jī)芯片之后，還會(huì)有這樣一個(gè)占據(jù)“天時(shí)地利人和”的IC產(chǎn)品，撐起半導(dǎo)體增長(zhǎng)的一片天嗎？之所以業(yè)界有這樣的思索，是因?yàn)閺?021年第三季度至今，手機(jī)出貨量已經(jīng)連續(xù)三個(gè)季度同比下降。IDC數(shù)據(jù)顯示，2022年第一季度全球手機(jī)出貨314.1萬(wàn)億臺(tái)，同比下降8.9%，環(huán)比下降15.4%。供應(yīng)鏈不斷傳出頭部芯片企業(yè)下調(diào)或削減訂單的消息。隨著手機(jī)行業(yè)的人口紅利接近尾聲，換機(jī)周期增長(zhǎng)，手機(jī)芯片對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)力不再旱澇保收。
從終端層面來(lái)看，與手機(jī)同時(shí)代的終端設(shè)備，已經(jīng)很難在便攜性、功能性和生態(tài)性等維度超越智能手機(jī)。與有線通信技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)催化了PC和手機(jī)的出現(xiàn)一樣，新一代半導(dǎo)體增長(zhǎng)極需要顛覆性技術(shù)開(kāi)路。
“在‘后摩爾時(shí)代’即將到來(lái)之際，人工智能、量子信息、新能源汽車(chē)等新興技術(shù)蓬勃發(fā)展之時(shí)，勢(shì)必推動(dòng)半導(dǎo)體核心關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來(lái)重大變革。最近幾年正處于歷史交匯期，傳統(tǒng)技術(shù)老當(dāng)益壯，新技術(shù)群雄逐鹿，有點(diǎn)霧里看花的感覺(jué)，但這是窗口期也是機(jī)遇期。樂(lè)觀預(yù)計(jì)未來(lái)5-10年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)會(huì)在工藝、集成、應(yīng)用等方面出現(xiàn)一錘定音的顛覆性技術(shù)。”張悅說(shuō)。
張彬磊也表示，目前通信技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相對(duì)成熟，很難再推出新的終端類(lèi)型，即使5G全部普及，也只能推動(dòng)手持通信設(shè)備更新?lián)Q代，半導(dǎo)體的新一輪高成長(zhǎng)需要顛覆性的概念。
“目前市場(chǎng)上還未出現(xiàn)引領(lǐng)力堪比PC或手機(jī)芯片的產(chǎn)品，但是這類(lèi)產(chǎn)品的概念早就存在了，比如嵌入人體的芯片。”張彬磊說(shuō)。
未來(lái)動(dòng)能已出現(xiàn)
現(xiàn)階段，智能手機(jī)芯片依然是半導(dǎo)體應(yīng)用最大的單一市場(chǎng)，能夠達(dá)到同等量級(jí)的半導(dǎo)體增長(zhǎng)點(diǎn)尚未明確。但是，一些成長(zhǎng)性被普遍看好的半導(dǎo)體品類(lèi)，有望在未來(lái)幾年為產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入動(dòng)力。
“可以從兩個(gè)大的維度去看半導(dǎo)體技術(shù)未來(lái)幾年的發(fā)展。一是針對(duì)當(dāng)前計(jì)算架構(gòu)的優(yōu)化和革新，二是新的信息載體和應(yīng)用領(lǐng)域。”張悅指出。
張悅進(jìn)一步介紹了兩個(gè)維度的代表性IC產(chǎn)品。針對(duì)當(dāng)前計(jì)算架構(gòu)的優(yōu)化和革新，已經(jīng)出現(xiàn)了一系列新興半導(dǎo)體技術(shù)，包括磁存儲(chǔ)器MRAM、阻變存儲(chǔ)器RRAM、相變存儲(chǔ)器PCRAM等新型非易失性存儲(chǔ)器，存算一體芯片等。新型非易失性存儲(chǔ)器相關(guān)技術(shù)利用新物理原理解決傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件的功耗瓶頸問(wèn)題。存算一體芯片將存儲(chǔ)和計(jì)算相融合，解決馮諾依曼架構(gòu)瓶頸和“存儲(chǔ)墻”問(wèn)題，顯著提高計(jì)算能力。
汽車(chē)電子是新的信息載體和應(yīng)用領(lǐng)域一個(gè)代表性例子。汽車(chē)的新能源和智能化趨勢(shì)，推動(dòng)一系列半導(dǎo)體技術(shù)迅猛發(fā)展。例如車(chē)規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體中的硅基IGBT器件和SiC功率器件，可以應(yīng)用于不同級(jí)別的新能源汽車(chē)。面向高級(jí)別的智能駕駛和整車(chē)智能化控制，強(qiáng)算力、高能效的SoC芯片以及高性能MCU芯片也具有巨大市場(chǎng)。此外，未來(lái)汽車(chē)需要更多、更高精度的傳感器。
“以上兩大類(lèi)產(chǎn)品的成長(zhǎng)趨勢(shì)在最近幾年已經(jīng)有所驗(yàn)證。但是否能達(dá)到類(lèi)似計(jì)算機(jī)和手機(jī)的‘顛覆性’效應(yīng)，還需要在材料、機(jī)制、工藝、集成等方面的進(jìn)一步創(chuàng)新。”張悅說(shuō)。
萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的到來(lái)，讓感知芯片的需求得到空前釋放。IC insights數(shù)據(jù)顯示，2010—2019年，CIS（CMOS圖像傳感器）成為增長(zhǎng)最快的半導(dǎo)體產(chǎn)品類(lèi)別。
“短期來(lái)看，成長(zhǎng)性較好的半導(dǎo)體產(chǎn)品一定是以CIS為代表的各類(lèi)傳感器，未來(lái)是萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，汽車(chē)、城市、安防、家居等市場(chǎng)都對(duì)感知類(lèi)芯片需求量巨大。如此多的感知類(lèi)芯片必然會(huì)對(duì)通信、算力和存儲(chǔ)芯片提出更高的要求。因此未來(lái)幾年傳感器、通信、算力、存儲(chǔ)芯片將會(huì)成為引領(lǐng)半導(dǎo)體市場(chǎng)發(fā)展的主要品類(lèi)。”張彬磊說(shuō)。
在國(guó)內(nèi)，一系列重大戰(zhàn)略的實(shí)施，也將為特定的半導(dǎo)體產(chǎn)品注入增長(zhǎng)動(dòng)能。
“從產(chǎn)品來(lái)看，比較看好功率/電源類(lèi)芯片、存儲(chǔ)器、以及智能計(jì)算芯片，源于目前我國(guó)正在推進(jìn)的碳中和以及‘東數(shù)西算’等重大國(guó)家戰(zhàn)略，對(duì)這幾類(lèi)芯片的需求都是巨大的。”朱晶說(shuō)。
可以說(shuō)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正處在一個(gè)傳統(tǒng)力量尚未褪去，新生力量百花齊放的局面。從成就顛覆式半導(dǎo)體增長(zhǎng)點(diǎn)的要素來(lái)看，圍繞量子通信、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等被寄予厚望的顛覆式技術(shù)，腦機(jī)、生物芯片、機(jī)器人等新的終端概念，二維半導(dǎo)體材料、非馮·諾依曼架構(gòu)等后摩爾時(shí)代半導(dǎo)體迭代方向的探索和研究正在鋪開(kāi)，只是究竟哪一種或者哪幾種要素能夠互相激發(fā)，形成技術(shù)、產(chǎn)品與市場(chǎng)的螺旋式上升閉環(huán)，衍生出新的半導(dǎo)體增長(zhǎng)極，還尚未明確?？梢源_定的是，只要民眾對(duì)于IT服務(wù)和信息消費(fèi)的需求還在，下一個(gè)半導(dǎo)體黃金增長(zhǎng)點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)，只是其形式或許會(huì)大大超出人們的想象。
