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。從那時起，我們從 20 世紀 70 年代的單個放大器塊發(fā)展到 3000 個晶體管晶圓，再到可以在指甲蓋大小的芯片上容納 500 億個晶體管的納米工藝。在過去 35 年里，半導(dǎo)體市場從超過 300 億美元的市場增長到超過 6000 億美元市場，創(chuàng)造了數(shù)百萬個就業(yè)機會。

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)商花費了數(shù)十億美元。預(yù)計到 2030 年，要達到 1 萬億美元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，該產(chǎn)業(yè)的規(guī)模必須擴大一倍。隨著美國《CHIPS 法案》的資助順利進行，歐洲和日本的立法機構(gòu)也瞄準了研發(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% 的最先進芯片是在中國臺灣和韓國制造的。然而，由于最近的供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)，過去幾年半導(dǎo)體市場相當(dāng)不穩(wěn)定。隨著全球投資持續(xù)高速增長，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)可能會持續(xù)到 2024 年。

是什么在推動增長？

基于高速數(shù)據(jù)需求的增長，我們看到未來應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)需求將會更大。物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、自動駕駛汽車以及 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。華為中國微信發(fā)布消息稱，在 IMT-2020（5G）推進組的組織下，華為已全面完成 5G-A（即 5.5G）技術(shù)性能測試。測試結(jié)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(yīng)用在 5G-A 寬帶實時交互上，在容量和時延方面實現(xiàn)關(guān)鍵進展。基于此，更快速、更穩(wěn)定的移動網(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)實世界，或者甚至是尚未想象到的東西。IDC 預(yù)測，2021 年全球增強與虛擬現(xiàn)實（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)合增長率（CAGR）將達 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)下一代手機基礎(chǔ)設(shè)施，還是下一代自動駕駛汽車，制造商都將依賴下一代設(shè)計、仿真和測試解決方案來進行質(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(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)過程中測試下一代設(shè)備，從而滿足客戶的測試和測量需求。例如，考慮一個 5G 子基站蜂窩塔，其放大器將信號傳輸?shù)绞謾C。為了準確測試放大器噪聲和線性度，測試和測量系統(tǒng)的每個參數(shù)都需要比被測設(shè)備好一個數(shù)量級。

全球數(shù)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。硅光子技術(shù)利用標準硅實現(xiàn)計算機和其它電子設(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。由于光對于玻璃來說是透明的，不會發(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，很適合于計算機內(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。

毫米波是指波長為 1～10 毫米的電磁波稱毫米波，它位于微波與遠紅外波相交疊的波長范圍，因而兼有兩種波譜的特點。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，在測試和測量過程中取得突破同樣重要。因此，定制半導(dǎo)體的生產(chǎn)將是滿足未來市場對高度復(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試技術(shù)滿足質(zhì)量和性能的最高標準。