半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來的八大關(guān)鍵趨勢(shì)

鑒于過去數(shù)十年科技變革的速度，讓趨勢(shì)預(yù)測(cè)看似一項(xiàng)充滿變數(shù)的挑戰(zhàn)。 然而，我們認(rèn)為擁有前瞻視野仍然至關(guān)重要。 因此，以下是我們對(duì)未來一年乃至更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，可能持續(xù)影響并重塑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

【趨勢(shì)1】讓機(jī)器「思考」得更精確

近年來，機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)與人工智能（AI）技術(shù)快速發(fā)展。 過去的重點(diǎn)多集中在訓(xùn)練 AI 服務(wù)所依賴的模型，如今發(fā)展方向正從訓(xùn)練轉(zhuǎn)向推理。

推論更類似于思考與推理，指的是將已訓(xùn)練的模型應(yīng)用于數(shù)據(jù)，以導(dǎo)出預(yù)測(cè)與結(jié)論。 相較于專注于「學(xué)習(xí)」的技術(shù)，適用于「思考」的芯片將逐漸成為主流，進(jìn)而提升 AI 推論的準(zhǔn)確性。 此外，神經(jīng)處理器（NPU）將比GPU更受重視，特別是在貼近數(shù)據(jù)來源的應(yīng)用中。

光子集成電路（PIC）的技術(shù)發(fā)展將提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣扰c容量，進(jìn)而推動(dòng)超高速人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與類神經(jīng)運(yùn)算的發(fā)展。 針對(duì)計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）將大幅提升機(jī)器對(duì)影像與視覺信息的解析與理解能力。

【趨勢(shì)2】AI 持續(xù)朝向邊緣發(fā)展

AI 芯片技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，特別是神經(jīng)處理器（NPU）的發(fā)展，將進(jìn)一步提升連網(wǎng)裝置與傳感器的智能化能力，推動(dòng)邊緣 AI 的應(yīng)用，使 AI 功能能夠直接內(nèi)建于網(wǎng)絡(luò)邊緣的裝置中。

將智能分析能力整合至裝置與傳感器內(nèi)，能使 AI 更貼近數(shù)據(jù)來源，降低延遲，同時(shí)提升數(shù)據(jù)安全性與隱私保護(hù)。 此外，在邊緣進(jìn)行AI運(yùn)算可減少設(shè)備向數(shù)據(jù)中心傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，降低服務(wù)器的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。 使用TinyML等輕量AI模型的NPU也比數(shù)據(jù)中心內(nèi)的GPU更具能源效率。

當(dāng)我們考量連網(wǎng)裝置與傳感器的數(shù)量與類型時(shí)，不難看出邊緣 AI 在各個(gè)產(chǎn)業(yè)與消費(fèi)市場(chǎng)的廣大應(yīng)用潛力。 這一領(lǐng)域的創(chuàng)新將加速發(fā)展，使各種設(shè)備具備更強(qiáng)的智能化能力。

【趨勢(shì)3】硅技術(shù)的新方向

如何以更高效的方式提升半導(dǎo)體效能將成為優(yōu)先課題。 碳化硅（SiC）就是一個(gè)典型例子，其在功率電子領(lǐng)域的表現(xiàn)與優(yōu)勢(shì)已廣為人知，并在車用、能源與工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。

然而，SiC 半導(dǎo)體的制造過程充滿挑戰(zhàn)。 未來的技術(shù)創(chuàng)新將透過制程的垂直整合—從設(shè)計(jì)到測(cè)試更緊密協(xié)作—來提升良率與產(chǎn)品品質(zhì)。

硅光子技術(shù)也逐漸成為因應(yīng)當(dāng)前與未來運(yùn)算挑戰(zhàn)的理想解決方案。 透過光子（而非電子）來傳輸信息，硅光子技術(shù)能提升數(shù)據(jù)傳輸效率，并大幅降低延遲，相較于傳統(tǒng)電子半導(dǎo)體更具優(yōu)勢(shì)。 因此，它特別適用于 AI 數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的高速連接，但其應(yīng)用潛力遠(yuǎn)不止于此。

【趨勢(shì)4】傳統(tǒng)芯片技術(shù)推動(dòng)量子運(yùn)算發(fā)展

量子運(yùn)算的概念已被討論多年，過去或許更像是科幻情節(jié)，而非實(shí)際可行的技術(shù)應(yīng)用。 然而，量子運(yùn)算所帶來的運(yùn)算能力提升幅度極大，顯示出需要全新的運(yùn)算技術(shù)架構(gòu)。 但事實(shí)上，只需進(jìn)行相對(duì)較小的調(diào)整，現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造技術(shù)便能應(yīng)用于量子計(jì)算機(jī)，這將帶來變革性的影響。

采用成熟的FD-SOI半導(dǎo)體制程技術(shù)，將加速量子運(yùn)算邁向?qū)嶋H應(yīng)用。 盡管量子運(yùn)算并非適用于所有運(yùn)算任務(wù)，但我們將看到各個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域積極探索其潛在應(yīng)用，從金融服務(wù)、制藥研發(fā)到資安防護(hù)與氣候模型仿真等，都可能成為量子技術(shù)發(fā)揮影響力的關(guān)鍵場(chǎng)域。

【趨勢(shì)5】生物傳感技術(shù)從運(yùn)動(dòng)愛好者拓展至日常健康管理

數(shù)以百萬計(jì)的運(yùn)動(dòng)愛好者已經(jīng)通過穿戴式裝置監(jiān)測(cè)生理指標(biāo)，以追蹤運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并提升體能。

隨著生物傳感器的進(jìn)步—涵蓋更多類型的生理指標(biāo)、更小型化的設(shè)計(jì)、更低成本以及更高的能源效率——這些技術(shù)將被整合至更多元的裝置與材料中。 當(dāng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容、信息共享對(duì)象及時(shí)機(jī)能夠適當(dāng)控管時(shí)，人們將更愿意接受持續(xù)性的健康指標(biāo)監(jiān)測(cè)。

生物傳感器的應(yīng)用將不再局限于個(gè)人或?qū)I(yè)運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，而將進(jìn)一步拓展至更廣泛的醫(yī)療服務(wù)。 結(jié)合邊緣 AI，醫(yī)療建議與診斷將能在需要時(shí)實(shí)時(shí)提供，且許多情況下無需親自前往診所或醫(yī)院。 主動(dòng)健康管理—著重預(yù)防而非治療—將變得前所未有的可行，并有望大幅減輕全球醫(yī)療體系的負(fù)擔(dān)。

【趨勢(shì)6】電動(dòng)車重回正軌，比以往更智能更安全

盡管在部分市場(chǎng)，電動(dòng)車（EV）的銷售有所下滑，且整體銷售成長(zhǎng)率低于預(yù)期，但從全球來看，電動(dòng)車的銷量仍持續(xù)增加。

撇開銷售數(shù)據(jù)不談，電動(dòng)車技術(shù)的創(chuàng)新仍在加速發(fā)展。 半導(dǎo)體、傳感器與軟件在提升車輛體驗(yàn)與行車安全的影響將持續(xù)擴(kuò)大，這已是不爭(zhēng)的事實(shí)。

消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)車的采用將受到更高效的電池與電源管理技術(shù)的推動(dòng)，同時(shí)，各國(guó)與各地區(qū)的充電基礎(chǔ)建設(shè)也將變得更加普及且高效。 隨著越來越多消費(fèi)者積極投入再生能源轉(zhuǎn)型，電動(dòng)車將成為最容易實(shí)踐且影響深遠(yuǎn)的選擇之一。

【趨勢(shì)7】萬物皆可數(shù)字雙生

數(shù)字雙生技術(shù)能為機(jī)械、建筑乃至整座城市建立數(shù)字模型，通過虛擬建模來測(cè)試預(yù)定的改良方案，并加速實(shí)體環(huán)境的優(yōu)化進(jìn)程。

要打造數(shù)字雙生，關(guān)鍵在于精確的實(shí)體數(shù)據(jù)流，通常由物聯(lián)網(wǎng)（IoT）與支持邊緣 AI 的傳感器提供。

感測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新將使幾乎所有實(shí)體對(duì)象都能夠擁有數(shù)字雙生，通過數(shù)據(jù)分析獲得的關(guān)鍵信息，推動(dòng)設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)與流程優(yōu)化。 從溫度、壓力到空氣質(zhì)量與聲音，各類傳感器都將發(fā)揮重要作用。

我們將能為自己的住家建立數(shù)字雙生，運(yùn)用其來優(yōu)化能源使用，并作為提升智能家居自動(dòng)化的基礎(chǔ)。 交通系統(tǒng)、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、工廠、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館等，各種設(shè)施都將擁有數(shù)字雙生。

【趨勢(shì)8】無限延伸，超越極限

我們正處于前所未有的太空衛(wèi)星部署時(shí)代。 目前地球軌道上約有9,000顆衛(wèi)星，但預(yù)計(jì)在本世紀(jì)末將增至60,000顆。

這股成長(zhǎng)趨勢(shì)主要來自低地球軌道（LEO）「巨型衛(wèi)星星座」的發(fā)展，這些衛(wèi)星群正在打造全球性的低延遲、高效能通訊網(wǎng)絡(luò)。

放眼地球軌道之外，許多國(guó)家正積極推動(dòng)太空探索計(jì)劃。 在未來幾年內(nèi)，人類極有可能再次踏上月球。 其中一項(xiàng)重要目標(biāo)是尋找并分析珍稀礦物，這些資源或?qū)㈤_啟新一輪科技創(chuàng)新時(shí)代。

從近年的發(fā)展來看，未來一年乃至更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，科技領(lǐng)域?qū)⒂瓉砹钊梭@艷的突破，技術(shù)演進(jìn)的速度也將持續(xù)加快。 文中提及的趨勢(shì)有些可能成真，有些或許仍是樂觀預(yù)測(cè)，但可以確定的是，還有許多尚未浮現(xiàn)的創(chuàng)新即將到來。