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半導(dǎo)體行業(yè)是一個國家工業(yè)強盛必不可少的基石。自中美貿(mào)易戰(zhàn)開始以來，半導(dǎo)體行業(yè)成為關(guān)注最多、投入最大、進展最快的行業(yè)，如今正處于難得的戰(zhàn)略發(fā)展機遇期。但半導(dǎo)體行業(yè)涉及到的領(lǐng)域眾多，如要對行業(yè)做一個面面俱到的全景式分析會有千頭萬緒的紛雜之感。為理清半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展脈絡(luò)，芯八哥選取了最具應(yīng)用前景、最能產(chǎn)生實用價值和商用價值的十大技術(shù)領(lǐng)域，按上榜理由、應(yīng)用前景、進展情況等多個維度來分別介紹這十大技術(shù)領(lǐng)域，幫助對半導(dǎo)體行業(yè)有情懷、有興趣、有期待的各界人士了解行業(yè)的前沿進展和演變趨勢，供讀者參考。
上榜理由
作為芯片誕生的母體，其價值怎么評價也不過分。
現(xiàn)狀與展望
EDA是鏈接foundry廠、制程工藝、IP、芯片設(shè)計、封測等行業(yè)上下游的橋梁，所有與芯片設(shè)計、制造、封測相關(guān)的新技術(shù)都必須被包容進EDA，EDA的功能決定了芯片性能的天花板。盡管EDA被國外三大巨頭壟斷，但國產(chǎn)廠商已經(jīng)在努力突破，并取得了可喜的成績。技術(shù)進展主要在兩個方向：某一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)核心工具上的突破；中低端、中小復(fù)雜度芯片設(shè)計的全流程解決方案，可以分別用高精尖和小而全來概括。
不過，國產(chǎn)EDDA產(chǎn)業(yè)最大的隱憂在于至今仍沒有開發(fā)出一套完全自主原創(chuàng)的CMOS晶體管器件模型，因此在晶體管代際升級演進的進程中難免處于被動追趕的局面。這需要高校和研究機構(gòu)的大力投入。一個好消息是，2021年11月4日，華中科技大學(xué)的一支團隊在ICCAD2021（計算機輔助設(shè)計國際會議）芯片布局布線算法競賽中獲得全球第一名，有望提高國產(chǎn)數(shù)字芯片設(shè)計EDA軟件的性能。
主要玩家
華大九天
國產(chǎn)最大的EDA廠商，占國內(nèi)EDA市場份額約6%，緊隨國際三巨頭之后是國內(nèi)第四大EDA企業(yè)，已于2021年6月21日向深交所遞交招股說明書，目前住處上市審核階段。華大九天是典型的小而全的全流程EDA解決方案廠商，其優(yōu)勢產(chǎn)品是模擬電路設(shè)計全流程EDA工具系統(tǒng)和平板顯示電路設(shè)計全流程EDA工具系統(tǒng)。
模擬電路設(shè)計全流程EDA工具系統(tǒng)包括原理圖和版圖編輯工具、電路仿真工具、物理驗證工具、寄生參數(shù)提取工具等，電路仿真工具支持最先進的5nm制程，處于國際領(lǐng)先水平，其他工具支持28nm工藝制程，向16nm演進。
平板顯示電路設(shè)計全流程EDA工具系統(tǒng)是全球領(lǐng)先的商業(yè)化全流程設(shè)計系統(tǒng)，多項技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平，其中原理圖編輯工具不僅支持傳統(tǒng)的平板顯示電路設(shè)計，還支持了異形屏顯示設(shè)計的電路原理圖設(shè)計，包括手表（圓形屏等）、手機（水滴屏等）、汽車儀表盤（曲線屏等）等，其最大的客戶即是京東方。
概倫電子
2021年12月28日在科創(chuàng)板上市，目前唯一一家國產(chǎn)EDA上市公司，是優(yōu)先突破關(guān)鍵環(huán)節(jié)核心工具的典型公司，在foundry廠器件建模環(huán)節(jié)有突破，其EDA工具已被臺積電、中芯國際、聯(lián)電等foundry廠用于中低頻工藝平臺、基帶芯片，以及三星電子、SK海力士、鎂光、合肥長鑫等用于存儲芯片的器件建模。另外，在模擬芯片的電路仿真與驗證工具上也有突破。
思爾芯
上海國微子公司，于2021年8月24日向上交所提交科創(chuàng)板IPO申請，是優(yōu)先突破關(guān)鍵環(huán)節(jié)核心工具的典型公司，專注于數(shù)字芯片前端設(shè)計的原型驗證環(huán)節(jié)，國內(nèi)原型驗證市場第一，向數(shù)字芯片設(shè)計公司提供以Xilinx和Intel的FPGA為硬件驗證平臺和驗證云平臺。原型驗證是將芯片設(shè)計師的RTL級源代碼移植到FPGA上運行，模擬芯片的功能和應(yīng)用環(huán)境，以驗證芯片整體功能，并為芯片配套的運行軟件提供能夠并行驗證的軟件開發(fā)平臺。
廣立微
已向深交所提交創(chuàng)業(yè)板IPO申請，并于2021年12月24日成功過會。廣立微是優(yōu)先突破關(guān)鍵環(huán)節(jié)核心工具的典型公司，為foundry廠提供芯片成品率提升全流程解決方案，包括測試芯片的版圖設(shè)計工具、測試芯片外圍電路設(shè)計工具、晶圓級可靠性測試設(shè)備及數(shù)據(jù)分析工具，幫助foundry廠提高工藝產(chǎn)線的良率。其中，晶圓級可靠性測試設(shè)備已經(jīng)量產(chǎn)，得到多家國內(nèi)頭部晶圓廠商的認可，打破了國外企業(yè)的壟斷，實現(xiàn)了晶圓級可靠性測試設(shè)備領(lǐng)域的國產(chǎn)替代。
綜合點評
國產(chǎn)EDA軟件正在努力打破三大巨頭壟斷，在各個節(jié)點上實現(xiàn)突破。整體來看，在數(shù)字芯片設(shè)計、尤其是先進制程的超大規(guī)模數(shù)字芯片設(shè)計工具上還有明顯差距。
半導(dǎo)體發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)：★★★☆☆
二、AI芯片：應(yīng)用豐富、萬箭齊發(fā)
上榜理由
有多少算力，才有多少智力。
現(xiàn)狀與展望
以深度學(xué)習(xí)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為架構(gòu)的AI算法獲得巨大成功，使得AI芯片繞開了我國芯片設(shè)計行業(yè)在CPU+GPU架構(gòu)上的弱勢，相當于一次芯片架構(gòu)的集體轉(zhuǎn)換。又由于我國在移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上取得了巨大成功，積累了海量數(shù)據(jù)，成為投喂AI芯片的絕佳數(shù)據(jù)來源，因此，我國AI芯片玩家眾多，紛紛自研獨有的AI芯片架構(gòu)，打破了傳統(tǒng)SoC芯片上ARM架構(gòu)一家獨大的局面，在云端、邊緣端、終端各個層面都有大量本土企業(yè)發(fā)布產(chǎn)品，呈現(xiàn)百花齊放的良性生態(tài)，與國外相比并沒有明顯差距。
主要玩家
寒武紀（云端）
其終端智能處理器1A曾經(jīng)以IP核形式集成在華為海思麒麟970內(nèi)，開啟了手機AI芯片的序幕。在麒麟980上繼續(xù)合作之后，華為開始了手機NPU自研。而寒武紀也開始發(fā)布自己的AI芯片，2021年11月發(fā)布第三代自研云端AI芯片思元370及相應(yīng)的智能加速卡，基于臺積電7nm工藝，集成了390億個晶體管，最大算力256TOPS，是第二代產(chǎn)品思元270的2倍，對標英偉達同類型GPU芯片和板卡，據(jù)傳已被阿里、百度用于數(shù)據(jù)中心。
地平線（邊緣端）
2021年7月發(fā)布第三代車規(guī)級AI芯片征程5，采用第三代自研架構(gòu)“貝葉斯”，算力128 TOPS，功耗30w，支持16路攝像頭感知計算。地平線已成為覆蓋L2到L4全場景的車載智能芯片方案提供商。征程2、征程3已被國內(nèi)多家車企使用，如長安UNI-T、奇瑞螞蟻、智己L7、廣汽埃安Y等，征程5預(yù)計會在2022年下半年量產(chǎn)。華為受限，地平線成為高階自動駕駛芯片上與英偉達、高通、Mobileye競爭的唯一國產(chǎn)芯片廠家。
嘉楠科技（終端）
其創(chuàng)始人曾設(shè)計出全球首款區(qū)塊鏈專用ASIC芯片，并以此為核心開發(fā)出幣圈著名的阿瓦隆礦機。2018年9月發(fā)布第一代端側(cè)AI芯片勘智K210， 2021年7月發(fā)布第二代端側(cè)AI芯片勘智K510，算力2.5TOPS，定位于中高端端側(cè)視覺圖像及語音處理，已經(jīng)應(yīng)用于消費級AI電子產(chǎn)品，如優(yōu)必選智能編程積木Ukit2.0、陸吾智能桌面級四足機器人XGO-mini等。
綜合點評
由于架構(gòu)大多自研，AI芯片是國產(chǎn)IC產(chǎn)業(yè)自主性最強的一類芯片。各種場景下對AI計算的需求日益增長，對國產(chǎn)AI芯片產(chǎn)業(yè)是巨大推動。目前看來，英偉達憑借其強大的GPU算力和完善的CUDA軟件生態(tài)，在云端大規(guī)模AI模型的訓(xùn)練上仍有較大優(yōu)勢，也是國產(chǎn)AI芯片的追趕方向。
半導(dǎo)體發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)：★★★★★
三、第三代半導(dǎo)體：代際更替、大展身手
上榜理由
大功率、高頻、高溫高壓場合無可替代。
現(xiàn)狀與展望
以氮化鎵GaN、碳化硅SiC為代表的第三代半導(dǎo)體，具有寬禁帶、高擊穿電場強度、高熱導(dǎo)率等優(yōu)良特性，能夠承受幾百V、甚至上千V的電壓，適用于高壓、高頻、大功率領(lǐng)域，其中GaN更適用于射頻器件，比如射頻前端的PA功放芯片；SiC更適用于高壓大功率器件，如光伏逆變器、新能源電動車的800V快充。硅基GaN也是下一代顯示屏Micro LED/Mini LED的核心材料。第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)壁壘在于單晶生長時的晶格位錯控制，以及器件制造工藝穩(wěn)定性。與英飛凌、Cree為代表的國外廠商相比，國產(chǎn)廠家在襯底尺寸（國外已量產(chǎn)8英寸，國產(chǎn)最大6英寸）、單晶生長質(zhì)量上還有差距，需要國產(chǎn)廠家長時間的工藝摸索和積累。
主要玩家
比亞迪半導(dǎo)體
國內(nèi)首家SiC IDM廠家，包括芯片設(shè)計、晶圓制造、模塊封裝測試及整車應(yīng)用，并計劃在寧波建設(shè)SiC功率半導(dǎo)體晶圓制造產(chǎn)線，月產(chǎn)2萬片SiC晶圓。其自產(chǎn)的SiC功率器件已用于比亞迪漢的電機驅(qū)動控制器中，SiC模塊同功率情況下體積較IGBT縮小一半以上，功率密度提升一倍。計劃到2023年旗下所有電動車中用SiC功率半導(dǎo)體全面替代IGBT。
山東天岳
國內(nèi)SiC襯底領(lǐng)軍企業(yè)，在國內(nèi)實現(xiàn)4英寸半絕緣型SiC襯底產(chǎn)業(yè)化，晶棒良率50%，襯底良率75%。完成6英寸導(dǎo)電型SiC襯底的研發(fā)，開始小批量出貨。計劃募資建設(shè)6寸導(dǎo)電型襯底廠，一期產(chǎn)能30萬片。預(yù)計2022年研發(fā)出8英寸樣片。
三安光電
國內(nèi)唯一一家擁有化合物半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈能力的公司，GaN、SiC均有涉足，具備襯底材料、外延生長、芯片制造的綜合產(chǎn)業(yè)能力，Mini/Micro LED已成功供貨三星。子公司三安集成提供化合物半導(dǎo)體晶圓代工服務(wù)，涵蓋微波射頻、電力電子、光通訊和濾波器四個領(lǐng)域的產(chǎn)品，綜合實力逼近業(yè)界另一大實力企業(yè)——臺灣穩(wěn)懋。
綜合點評
第三代半導(dǎo)體具有巨大應(yīng)用價值，是電動車和顯示屏兩個巨無霸產(chǎn)業(yè)的材料基礎(chǔ)，關(guān)系著電動車充電便捷性以及下一代屏幕的清晰度，是國產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)必須攻克的難關(guān)。
半導(dǎo)體發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)：★★★★★
四、激光雷達：賦車以眼、視距深遠
上榜理由
電動車高階自動駕駛的標配。
現(xiàn)狀與展望
電動車自動駕駛對遠視距的需求催生了激光雷達的進展。因為可獲取目標的三維信息、分辨率高、探測范圍廣、近全天候工作等優(yōu)點，激光雷達可增強汽車感知系統(tǒng)的冗余度，彌補毫米波雷達、攝像頭在較遠距離圖像和非標靜態(tài)物體檢測上的缺失，是實現(xiàn)高階自動駕駛的“必備神器”。2021年可稱為激光雷達商用化元年。
激光雷達的主要部件分為激光收發(fā)部件和光學(xué)掃描部件兩大部分，按照兩大部分不同的轉(zhuǎn)動形式可分為機械式、半固態(tài)、全固態(tài)三種。機械式的激光收發(fā)和光學(xué)掃描都做360°轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致體積龐大而不適合乘用車量產(chǎn)車型，但在Robotaxi測試車隊上還會繼續(xù)使用。半固態(tài)的激光收發(fā)固定不動，但光學(xué)掃描部件還會振動，是目前乘用車商用的主流。但只要有振動就有機械磨損的問題，因此，行業(yè)發(fā)展的方向是全固態(tài)式，通過零部件功能芯片化實現(xiàn)兩大部件都固定不動，進一步降低激光雷達的體積，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。售價過高是目前激光雷達的一大缺憾，隨著電動車銷量的快速增長，其價格有望逐漸下降至100美元以內(nèi)。
主要玩家
速騰聚創(chuàng)
激光雷達行業(yè)最知名的創(chuàng)企之一，技術(shù)路線選取半固態(tài)式，光學(xué)掃描部件用二維MEMES微振鏡，即用MEMES工藝制作毫米級平面鏡，在水平和垂直兩個方向上振動，將激光反射到兩個方向上，實現(xiàn)對兩個方向的點云掃描。2021年發(fā)布全球首款批量交付車規(guī)級MEMES微振鏡半固態(tài)激光雷達產(chǎn)品M1，并建設(shè)了國內(nèi)首條車規(guī)級激光雷達產(chǎn)線。去年廣州車展上亮相的13款前裝激光雷達新車型，搭載速騰聚創(chuàng)產(chǎn)品的占比接近一半。M1的尺寸108×110×45mm，最大探測距離200米。除了激光雷達硬件以外，速騰聚創(chuàng)還提供點云感知算法，包括消除在強光、雨雪塵霧天氣下對激光反射數(shù)據(jù)的影響等。
禾賽科技
以機械式方案起家，在Robotaxi上出貨量較大，最高已有128線機械式激光雷達發(fā)布。目前針對乘用車也發(fā)布了半固態(tài)式產(chǎn)品，光學(xué)部件采用振鏡方案，即平面鏡繞著轉(zhuǎn)軸360°旋轉(zhuǎn)。另外，禾賽科技已經(jīng)自研了激光收發(fā)芯片，將激光發(fā)生器、激光探測器、模擬前端等電子部件全部集成到一顆芯片上，并且可以跟隨芯片工藝制程的升級實現(xiàn)體積小型化。
Livox覽沃
大疆的子公司，技術(shù)方案選取半固態(tài)式。其光學(xué)掃描部件采用棱角方案，即鏡頭不采用平面鏡，而采用厚度不均勻的凸面鏡，轉(zhuǎn)速比禾賽科技的振鏡方案高得多，使得光線折射范圍更大，覆蓋區(qū)域更廣。但對電機轉(zhuǎn)速控制和長時間工作穩(wěn)定性要求較高。大疆在無人機上積累了豐富的電機控制經(jīng)驗，這些經(jīng)驗賦能給了Livox，算是獨門絕技。
綜合點評
國產(chǎn)新能源電動車的快速繁榮催生了激光雷達產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，每種技術(shù)路線都有玩家覆蓋。2022年多款搭載激光雷達車型量產(chǎn)，會繼續(xù)推動電動車行業(yè)，國產(chǎn)電動車將繼續(xù)保持高景氣上升周期。
半導(dǎo)體發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)：★★★★☆
五、RISC-V：架構(gòu)之爭、自主之光
上榜理由
芯片架構(gòu)自主權(quán)的一次換道超車。
現(xiàn)狀與展望
除了中國，不會有哪個國家對芯片行業(yè)自主可控有這么大的執(zhí)著，也不會有哪個國家對RISC-V抱有如此深的熱情。這是中國芯片產(chǎn)業(yè)最有可能實現(xiàn)完全自主可控的契機。RISC-V的前景確實美好，2021年12月召開的首屆滴水湖RISC-V產(chǎn)業(yè)論壇上眾多廠家發(fā)布了RISC-V產(chǎn)品。但綜合已發(fā)布的各種芯片類型，可以看到RISC-V主要應(yīng)用在對算力要求不高的物聯(lián)網(wǎng)，如MCU、智能穿戴等。在高性能計算上，RISC-V還沒有證明自己。RISC-V產(chǎn)業(yè)面臨缺乏軟件開發(fā)環(huán)境、硬件開發(fā)板欠缺；缺乏專利保護和RISC-V核認證中心；缺乏RISC-V的基礎(chǔ)學(xué)術(shù)研究與人才等多重障礙。
主要玩家
由RISC-V創(chuàng)始人創(chuàng)立的美國公司SiFive在中國的獨立運營子公司，專注于開發(fā)各類RISC-V IP，在2021年首屆滴水湖RISC-V產(chǎn)業(yè)論壇上發(fā)布高性能RISC-V視覺處理平臺驚鴻7110，搭載64位4核RISC-V處理器內(nèi)核，工作頻率1.5GHz，將于2022年Q2開始正式量產(chǎn)，采用臺積電28nm工藝，可用于中低端攝像頭、平板電腦等
芯來科技
這是國內(nèi)一家專注于RISC-V架構(gòu)CPU IP開發(fā)和服務(wù)的公司，其IP系列涵蓋嵌入式、數(shù)字SoC、安全、汽車與工業(yè)控制等多個領(lǐng)域，目前最大算力IP已達到ARM Cortex-A55的水平，曾為兆易創(chuàng)新、晶晨半導(dǎo)體定制RISC-V內(nèi)核。按照公司產(chǎn)品開發(fā)計劃，2022年將開發(fā)RISC-V架構(gòu)通用AI核和嵌入式AI核。
阿里平頭哥
目前有玄鐵E902、E906、C906、C910共4款RISC-V處理器IP，并全部開源，支持多種OS，包括AliOS、安卓、FreeRTOS、RT-Thread、Linux等，擁有150多家客戶，超500個授權(quán)數(shù)，累計出貨量超過25億顆，已成為應(yīng)用規(guī)模最大的國產(chǎn)RISC-V CPU IP系列。
綜合點評
RISC-V被業(yè)界說了很多，但總有點“雷聲大、雨點小”的尷尬。2022年期待有幾款標志性的芯片出現(xiàn)，打破RISC-V業(yè)界不冷不熱的局面，帶領(lǐng)RISC-V產(chǎn)業(yè)快速實現(xiàn)基礎(chǔ)架構(gòu)三足鼎立。
半導(dǎo)體發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)：★★★☆☆
六、射頻前端：5G龍眼、奮起直追
上榜理由
5G信號由電磁波到數(shù)據(jù)的一道門檻。
現(xiàn)狀與展望
射頻前端的作用是從幾十個頻段的電磁波信號海洋里解析出某一個特定頻段的信號，是手機入網(wǎng)通信的關(guān)鍵，占一部手機價值量的8—10%。其四大部件濾波器、功放PA、開關(guān)switch、低噪放LNA中PA和濾波器技術(shù)難度最大價值最高。國產(chǎn)射頻芯片在2G/3G時代還能自給自足，到4G時代由于頻率和頻段數(shù)量都急劇上升，射頻芯片開發(fā)難度變大，開始出現(xiàn)國外廠家壟斷，直到5G依然如此。
國外射頻前端四巨頭均為IDM模式，并都具備射頻模組集成能力，即用SiP系統(tǒng)級封裝形式四大部件封裝成PAMiD模組，節(jié)省PCB板使用資源。國產(chǎn)射頻前端芯片產(chǎn)業(yè)補齊了各個環(huán)節(jié)，但國產(chǎn)廠商多為fabless模式，在單個器件（如switch和LNA）有突破，但模組開發(fā)能力、晶圓制造能力欠缺。另外，第三代半導(dǎo)體GaN異質(zhì)結(jié)晶圓是制作PA的首選材質(zhì)，GaN晶圓制造能力也制約著國產(chǎn)射頻前端廠家。
主要玩家
卓勝微
已在創(chuàng)業(yè)板上市，國內(nèi)射頻switch開關(guān)/LNA廠商，市占率達到8%，正向集成化模組拓展。公司的switch和LNA均可滿足5G中的sub-6GHz頻段應(yīng)用需求，已實現(xiàn)安卓陣營TOP公司全覆蓋。同時公司還與高通達成合作意向，射頻開關(guān)已通過高通的小批量試產(chǎn)驗證，正式進入量產(chǎn)。此外，為順應(yīng)集成化趨勢，公司開始推出相關(guān)模組成品，包括DiFEM（分集接收模組產(chǎn)品）、LFEM（LNA/濾波器集成模組）、LNA bank（多頻多模LNA集成模組）
唯捷創(chuàng)芯
2021年10月在科創(chuàng)板成功過會，其第一大股東是聯(lián)發(fā)科。國產(chǎn)PA芯片和模組龍頭，4G射頻PA出貨量國產(chǎn)第一，5G PA出貨累計過千萬量級，此外還包括部分射頻開關(guān)芯片及Wi-Fi射頻前端模組產(chǎn)品。根據(jù)國外幾大巨頭的行業(yè)發(fā)展經(jīng)驗，唯捷創(chuàng)芯最有可能從PA單個器件整合其他器件形成完整的射頻前端模組。
新聲半導(dǎo)體
國內(nèi)少數(shù)能同時正向設(shè)計面聲波濾波器SAW和體聲波濾波器BAW的設(shè)計公司，其中用于1G以上頻段濾波的BAW濾波器難度最大。公司創(chuàng)始人擁有在博通的工作經(jīng)驗，并已實現(xiàn)BAW濾波器量產(chǎn)出貨。其SAW濾波器由北緯公司代工廠，其BAW濾波器由中芯寧波代工。
綜合點評
射頻前端可以說是5G手機芯片的明珠。盡管跟國外仍有較大差距，但只要手機終端品牌在我們手上，對國產(chǎn)射頻芯片企業(yè)就是最大的利好。
半導(dǎo)體發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)：★★★★☆
七、UWB：厘米定位、智能物聯(lián)
上榜理由
有望開啟下一代消費級物聯(lián)網(wǎng)全新交互方式
現(xiàn)狀與展望
蘋果AirTag帶火了UWB超寬帶無線通信技術(shù)。UWB采用飛行時間ToF定位原理，其信號脈沖具有亞皮秒級的時間分辨率，能夠提供達厘米級的測距和定位精度，具有抗干擾性強、定位精度高、安全性高等優(yōu)點。小米“一指連”技術(shù)開啟了消費級物聯(lián)網(wǎng)人機交互的新方向，采用UWB技術(shù)，當手機靠近終端就可實現(xiàn)身份確認和顯示控制，有望在電動車上最先實現(xiàn)免鑰匙自動開車門功能，給用戶帶來設(shè)備管理上的便捷性。UWB已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)界應(yīng)用多年，正逐漸向消費電子市場滲透。國產(chǎn)芯片、模組、解決方案等玩家都已配齊，產(chǎn)業(yè)前景可期。
主要玩家
馳芯半導(dǎo)體
2021年11月發(fā)布具備商用能力的UWB系統(tǒng)級芯片CX300，定位精度±5cm，即使在高復(fù)雜度的室內(nèi)環(huán)境下，定位精度也有10—20cm。芯片工作頻段6—8.5GHz，包括模擬、射頻、基帶、算法、協(xié)議，并且核心技術(shù)全部自研，是一顆完全自主可控的UWB芯片，將于2022年量產(chǎn)。下一代UWB芯片CX100也在研發(fā)中，將是一個SoC級芯片，能進一步降低UWB模組的功耗和價格。
清研訊科
UWB解決方案商，源于清華大學(xué)“測試技術(shù)與儀器國家重點實驗室”， 推出UWB車用數(shù)字鑰匙方案，當用戶進入距車1-3米解鎖區(qū)，車門自動打開，當用戶進入車內(nèi)，可一鍵啟動車輛。已經(jīng)與40+國內(nèi)外主流OEM、Tier1建立了聯(lián)系，2022、2023年陸續(xù)會有搭載UWB數(shù)字鑰匙功能的量產(chǎn)車型推出。
綜合點評
UWB是一項十分具有潛力的技術(shù)，在萬物聯(lián)網(wǎng)的未來可以為我們帶來極其便利的設(shè)備交互和管理方式。在技術(shù)層面，國產(chǎn)玩家已經(jīng)具備相當實力，正待商業(yè)層面上的大規(guī)模應(yīng)用。
半導(dǎo)體發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)：★★★★☆
八、DPU：數(shù)據(jù)中心、新生物種
上榜理由
數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)急速膨脹后的導(dǎo)流器和壓縮器。
現(xiàn)狀與展望
DPU是傳統(tǒng)智能網(wǎng)卡的升級，但不同于智能網(wǎng)卡，它可以獨立于CPU控制數(shù)據(jù)中心的各種設(shè)備。由英偉達在2020年10月發(fā)布，被喻為數(shù)據(jù)中心繼CPU和GPU之后的“第三顆主力芯片”，致力于解決“網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理、數(shù)據(jù)安全、算法加速”等問題，這些問題有著“CPU做不好，GPU做不了”的特點。在超大量文本處理、加密解密、各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換、尋址、硬件資源虛擬化等任務(wù)上，DPU可以釋放CPU的計算資源，使CPU專注于運行應(yīng)用程序，通過更明細的分工來實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心整體效率和系統(tǒng)成本最優(yōu)化。在數(shù)據(jù)中心作為新基建的浪潮下，國內(nèi)涌現(xiàn)出一批DPU創(chuàng)企，瞄準云計算、云服務(wù)廠商。DPU作為新生物種，還沒有業(yè)界公認的架構(gòu)標準和測試基準，國產(chǎn)玩家還有機會。英偉達憑借先發(fā)優(yōu)勢和良好的軟件支持工具，依然處于領(lǐng)先地位。
主要玩家
芯啟源
曾經(jīng)國產(chǎn)智能網(wǎng)卡龍頭，2021年完成數(shù)億元規(guī)模的Pre-A3輪及Pre-A4輪融資。為研發(fā)DPU芯片，芯啟源開發(fā)了針對復(fù)雜芯片軟硬件一體驗證EDA工具，基于Xilinx的FPGA硬件和自研的仿真軟件MimicPro為芯片設(shè)計公司提供數(shù)字芯片設(shè)計驗證服務(wù)。已向中移動提供智能網(wǎng)卡解決方案，正在基于自有的驗證工具開發(fā)升級版DPU產(chǎn)品。
中科馭數(shù)
創(chuàng)始團隊主要來自中科院計算所計算機體系結(jié)構(gòu)國家重點實驗室，是中國最早進行DPU芯片研發(fā)的團隊之一，也是目前少數(shù)推出真正DPU產(chǎn)品的國產(chǎn)創(chuàng)企。2021年完成數(shù)億元規(guī)模A+輪融資。自主研發(fā)了KPU（Kernel Processing Unit）芯片架構(gòu)，并設(shè)計出業(yè)界首顆數(shù)據(jù)庫與時序數(shù)據(jù)處理融合加的DPU速芯片，已經(jīng)成功流片。
星云智聯(lián)
2021年8月獲得美團戰(zhàn)略投資，與美團綁定，對產(chǎn)品的商用化有幫助。從公開信息看出，產(chǎn)品仍屬于研發(fā)階段。
綜合點評
數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)架構(gòu)和兩大主力芯片CPU、GPU都是國外大公司主導(dǎo)，DPU的出現(xiàn)使得國產(chǎn)芯片廠家第一次能有機會爭奪數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)控制權(quán)，值得大力開拓。
半導(dǎo)體發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)：★★★☆☆
九、Chiplet先進封裝：由面變體、延續(xù)摩爾
上榜理由
另辟蹊徑，提升芯片系統(tǒng)性能。
現(xiàn)狀與展望
芯片工藝制逐漸逼近物理極限，依賴器件尺寸縮減來延續(xù)摩爾定律很快就會難以為繼。同時，先進制程芯片的設(shè)計成本大幅增加，每前進一代的代價極其高昂，換來的性能提升卻有限。業(yè)界另辟蹊徑，通過die-to-die內(nèi)部互聯(lián)技術(shù)將多個模塊芯片與底層基礎(chǔ)芯片封裝在一起,構(gòu)成多功能的異構(gòu)系統(tǒng)，開辟出另一種提高芯片算力的低成本方式。每一個小模塊稱為一個chiplet（芯粒），將幾個chiplet在豎直方向上堆疊，可以減小最終芯片的尺寸，同時降低每個小尺寸chiplet的制造難度和成本，甚至可以將不同工藝產(chǎn)線上制造的chiplet集成，豐富芯片的系統(tǒng)功能。在未來隨著半導(dǎo)體工藝越來越接近極限，每一代工藝帶來的性能增益越來越小，先進封裝可望取代半導(dǎo)體工藝成為芯片性能提升的主要手段。
案例
2021年底推出基于臺積電3D封裝技術(shù)的處理器Ryzen 5000，將包含有64MB的SRAM芯粒以3D堆疊的形式與Ryzen 5000芯粒封裝在一起。Ryzen 5000芯粒自身內(nèi)置了32MB的三級緩存，通過chiplet技術(shù)，處理器總緩存提升到96MB，提升了3倍，帶來約15%的芯片性能提升。在工藝不變（臺積電7nm工藝）的情況下，實現(xiàn)了原來需要半導(dǎo)體工藝節(jié)點前進整整一代的巨大代價才能實現(xiàn)的性能提升。
寒武紀云端AI芯片思元370
于2021年11月發(fā)布，是寒武紀首款采用chiplet封裝技術(shù)的 AI 芯片，也是國內(nèi)首顆采用chiplet封裝技術(shù)的AI芯片，也是采用臺積電7nm工藝，在一顆芯片中封裝2顆AI芯粒，每個芯粒具備獨立的AI計算單元、內(nèi)存、IO，最大算力達到 256TOPS。AI芯片的內(nèi)存訪問越來越成為性能瓶頸，使用3D Chiplet技術(shù)可以獲得更大的內(nèi)容容量，或者類似寒武紀采用多個AI芯粒集成，即使不采用最先進的制程，也能提升整個AI芯片的算力。
綜合點評
按照芯片產(chǎn)業(yè)設(shè)計、制造、封測三大分工，我們在設(shè)計和制造上落后于人，但在封測上已處于第一陣營。chiplet正是在封裝環(huán)節(jié)提升芯片性能，也正適合國產(chǎn)封測企業(yè)大力開拓。
半導(dǎo)體發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)：★★★☆☆
十、量子芯片：蹣跚起步，潛力可期
上榜理由
等我功成，碾壓一切。
現(xiàn)狀與展望
榜單的最后一個位置留給量子芯片，是因為相對于硅基芯片，量子芯片是一種全新的計算體系，是一次徹底的范式轉(zhuǎn)換，并且有望全面超越任何硅基芯片的算力性能。谷歌、IBM、微軟、英特爾、華為、騰訊、阿里巴巴等全球最頂級的高科技公司都在投入大量研究力量。在實現(xiàn)量子芯片的多條技術(shù)路線上，中國是唯一一個在超導(dǎo)量子和光量子兩個方向上都取得一流水平的國家，在這場未來基礎(chǔ)科技的軍備競賽中占據(jù)了有利的位置。
案例
超導(dǎo)量子芯片
1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)于2021年5月完成62比特超導(dǎo)量子計算原型機“祖沖之號”，并實現(xiàn)了可編程的二維量子行走模擬。10月，發(fā)布升級版66量子比特的“祖沖之二號”，并使用其中的56個量子比特實現(xiàn)對隨機量子電路輸出分布進行采樣，費時1.2小時，運算速度比目前的超級計算機還要快很多倍。“祖沖之二號”可用于執(zhí)行任意量子算法，是量子通用計算的一次勝利。
2、2021年12月，浙江大學(xué)發(fā)布兩款超導(dǎo)量子芯片“莫干1號”和“天目1號”。超導(dǎo)量子芯片可以由半導(dǎo)體微納工藝制造，被認為是量子芯片中最有前途和實用價值的一種。“莫干1號”是一款專用芯片，用于對某幾類特定問題的量子模擬。“天目1號”面向通用量子計算，共集成36個具備更長比特壽命的超導(dǎo)量子比特，實現(xiàn)了高保真度的通用量子門陣列，具備教高的編程靈活度，可執(zhí)行更多種類的量子算法，應(yīng)用于更多不同的研究領(lǐng)域。
光量子芯片
2021年2月，國防科技大學(xué)計算機學(xué)院聯(lián)合軍事科學(xué)院、中山大學(xué)等單位，研發(fā)出一款可編程硅基光量子計算芯片，尺寸11×3mm2，采用與CMOS兼容的硅光子SOI材料工藝制造，通過對所研制光量子計算芯片編程，演示了頂點搜索、圖同構(gòu)等圖論問題量子算法求解,在292個不同圖像上均實現(xiàn)了100個量子行走的時間步驟模擬。研究實現(xiàn)對所有重要參數(shù)的全面控制，具備大規(guī)模應(yīng)用的前景，能夠加速模式識別、計算機視覺、網(wǎng)絡(luò)分析和導(dǎo)航、網(wǎng)站流量優(yōu)化等現(xiàn)實應(yīng)用。
綜合點評
中國在硅基芯片上錯過了太多，但量子芯片將中國和外國置于同一起跑線上，相當于換了一個全新的比賽重新競爭。可喜的是，我們沒有掉隊，甚至還有勝出的機會。
半導(dǎo)體發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)：★★★★☆
總結(jié)
本報告分析了10個最有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價值的半導(dǎo)體技術(shù)方向，涉及應(yīng)用芯片、EDA軟件、通信技術(shù)、封裝技術(shù)等多個維度。半導(dǎo)體技術(shù)是所有ICT終端應(yīng)用產(chǎn)品的基礎(chǔ)，國產(chǎn)半導(dǎo)體行業(yè)在各個方向上都在快速進步。在差距較大的EDA、射頻前端，已經(jīng)誕生了概倫電子、卓勝微等上市公司，資本的力量有助于加速追趕速度。
2022年，最有可能獲得突破的方向有以第三代半導(dǎo)體GaN為基底材料的Mini/Micro LED顯示屏，其中Micro LED最先商用于小屏幕終端（如手機），大屏上的應(yīng)用仍存在大量晶粒轉(zhuǎn)移的技術(shù)障礙。另外，SiC功率器件上車，會繼續(xù)提高電動車的續(xù)航里程，帶動電動車行業(yè)更加繁榮。半導(dǎo)體芯片工藝已經(jīng)進入激光雷達產(chǎn)品，使體積大大下降，更加提升電動車的智能性。
2021年，半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)取得了很多成績。2022年已來，值得我們繼續(xù)努力。
審核編輯：符乾江
工商網(wǎng)監(jiān)
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