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半導(dǎo)體行業(yè)是一個(gè)國(guó)家工業(yè)強(qiáng)盛必不可少的基石。自中美貿(mào)易戰(zhàn)開始以來(lái)，半導(dǎo)體行業(yè)成為關(guān)注最多、投入最大、進(jìn)展最快的行業(yè)，如今正處于難得的戰(zhàn)略發(fā)展機(jī)遇期。但半導(dǎo)體行業(yè)涉及到的領(lǐng)域眾多，如要對(duì)行業(yè)做一個(gè)面面俱到的全景式分析會(huì)有千頭萬(wàn)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(shí)用價(jià)值和商用價(jià)值的十大技術(shù)領(lǐng)域，按上榜理由、應(yīng)用前景、進(jìn)展情況等多個(gè)維度來(lái)分別介紹這十大技術(shù)領(lǐng)域，幫助對(duì)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(jìn)展和演變趨勢(shì)，供讀者參考。
上榜理由
作為芯片誕生的母體，其價(jià)值怎么評(píng)價(jià)也不過(guò)分。
現(xiàn)狀與展望
EDA是鏈接foundry廠、制程工藝、IP、芯片設(shè)計(jì)、封測(cè)等行業(yè)上下游的橋梁，所有與芯片設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)相關(guān)的新技術(shù)都必須被包容進(jìn)EDA，EDA的功能決定了芯片性能的天花板。盡管EDA被國(guó)外三大巨頭壟斷，但國(guó)產(chǎn)廠商已經(jīng)在努力突破，并取得了可喜的成績(jī)。技術(shù)進(jìn)展主要在兩個(gè)方向：某一個(gè)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(jì)的全流程解決方案，可以分別用高精尖和小而全來(lái)概括。
不過(guò)，國(guó)產(chǎn)EDDA產(chǎn)業(yè)最大的隱憂在于至今仍沒(méi)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(jí)演進(jìn)的進(jìn)程中難免處于被動(dòng)追趕的局面。這需要高校和研究機(jī)構(gòu)的大力投入。一個(gè)好消息是，2021年11月4日，華中科技大學(xué)的一支團(tuán)隊(duì)在ICCAD2021（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)國(guó)際會(huì)議）芯片布局布線算法競(jìng)賽中獲得全球第一名，有望提高國(guó)產(chǎn)數(shù)字芯片設(shè)計(jì)EDA軟件的性能。
主要玩家
華大九天
國(guó)產(chǎn)最大的EDA廠商，占國(guó)內(nèi)EDA市場(chǎng)份額約6%，緊隨國(guó)際三巨頭之后是國(guó)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(shuō)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(shì)產(chǎn)品是模擬電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具系統(tǒng)和平板顯示電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具系統(tǒng)。
模擬電路設(shè)計(jì)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(yàn)證工具、寄生參數(shù)提取工具等，電路仿真工具支持最先進(jìn)的5nm制程，處于國(guó)際領(lǐng)先水平，其他工具支持28nm工藝制程，向16nm演進(jìn)。
平板顯示電路設(shè)計(jì)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(jì)系統(tǒng)，多項(xiàng)技術(shù)達(dá)到國(guó)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(jì)，還支持了異形屏顯示設(shè)計(jì)的電路原理圖設(shè)計(jì)，包括手表（圓形屏等）、手機(jī)（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(guó)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(tái)積電、中芯國(guó)際、聯(lián)電等f(wàn)oundry廠用于中低頻工藝平臺(tái)、基帶芯片，以及三星電子、SK海力士、鎂光、合肥長(zhǎng)鑫等用于存儲(chǔ)芯片的器件建模。另外，在模擬芯片的電路仿真與驗(yàn)證工具上也有突破。
思爾芯
上海國(guó)微子公司，于2021年8月24日向上交所提交科創(chuàng)板IPO申請(qǐng)，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(jì)的原型驗(yàn)證環(huán)節(jié)，國(guó)內(nèi)原型驗(yàn)證市場(chǎng)第一，向數(shù)字芯片設(shè)計(jì)公司提供以Xilinx和Intel的FPGA為硬件驗(yàn)證平臺(tái)和驗(yàn)證云平臺(tái)。原型驗(yàn)證是將芯片設(shè)計(jì)師的RTL級(jí)源代碼移植到FPGA上運(yùn)行，模擬芯片的功能和應(yīng)用環(huán)境，以驗(yàn)證芯片整體功能，并為芯片配套的運(yùn)行軟件提供能夠并行驗(yàn)證的軟件開發(fā)平臺(tái)。
廣立微
已向深交所提交創(chuàng)業(yè)板IPO申請(qǐng)，并于2021年12月24日成功過(guò)會(huì)。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(cè)試芯片的版圖設(shè)計(jì)工具、測(cè)試芯片外圍電路設(shè)計(jì)工具、晶圓級(jí)可靠性測(cè)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(jí)可靠性測(cè)試設(shè)備已經(jīng)量產(chǎn)，得到多家國(guó)內(nèi)頭部晶圓廠商的認(rèn)可，打破了國(guó)外企業(yè)的壟斷，實(shí)現(xiàn)了晶圓級(jí)可靠性測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)替代。
綜合點(diǎn)評(píng)
國(guó)產(chǎn)EDA軟件正在努力打破三大巨頭壟斷，在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)突破。整體來(lái)看，在數(shù)字芯片設(shè)計(jì)、尤其是先進(jìn)制程的超大規(guī)模數(shù)字芯片設(shè)計(jì)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(wàn)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(guó)芯片設(shè)計(jì)行業(yè)在CPU+GPU架構(gòu)上的弱勢(shì)，相當(dāng)于一次芯片架構(gòu)的集體轉(zhuǎn)換。又由于我國(guó)在移動(dòng)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(lái)源，因此，我國(guó)AI芯片玩家眾多，紛紛自研獨(dú)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(dú)大的局面，在云端、邊緣端、終端各個(gè)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(guó)外相比并沒(méi)有明顯差距。
主要玩家
寒武紀(jì)（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(jī)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(jī)NPU自研。而寒武紀(jì)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(tái)積電7nm工藝，集成了390億個(gè)晶體管，最大算力256TOPS，是第二代產(chǎn)品思元270的2倍，對(duì)標(biāo)英偉達(dá)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(jí)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(jì)算。地平線已成為覆蓋L2到L4全場(chǎng)景的車載智能芯片方案提供商。征程2、征程3已被國(guó)內(nèi)多家車企使用，如長(zhǎng)安UNI-T、奇瑞螞蟻、智己L7、廣汽埃安Y等，征程5預(yù)計(jì)會(huì)在2022年下半年量產(chǎn)。華為受限，地平線成為高階自動(dòng)駕駛芯片上與英偉達(dá)、高通、Mobileye競(jìng)爭(zhēng)的唯一國(guó)產(chǎn)芯片廠家。
嘉楠科技（終端）
其創(chuàng)始人曾設(shè)計(jì)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(jī)。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(jué)圖像及語(yǔ)音處理，已經(jīng)應(yīng)用于消費(fèi)級(jí)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(jí)四足機(jī)器人XGO-mini等。
綜合點(diǎn)評(píng)
由于架構(gòu)大多自研，AI芯片是國(guó)產(chǎn)IC產(chǎn)業(yè)自主性最強(qiáng)的一類芯片。各種場(chǎng)景下對(duì)AI計(jì)算的需求日益增長(zhǎng)，對(duì)國(guó)產(chǎn)AI芯片產(chǎn)業(yè)是巨大推動(dòng)。目前看來(lái)，英偉達(dá)憑借其強(qiáng)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(shì)，也是國(guó)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(chǎng)合無(wú)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(chǎng)強(qiáng)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(dòng)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(zhǎng)時(shí)的晶格位錯(cuò)控制，以及器件制造工藝穩(wěn)定性。與英飛凌、Cree為代表的國(guó)外廠商相比，國(guó)產(chǎn)廠家在襯底尺寸（國(guó)外已量產(chǎn)8英寸，國(guó)產(chǎn)最大6英寸）、單晶生長(zhǎng)質(zhì)量上還有差距，需要國(guó)產(chǎn)廠家長(zhǎng)時(shí)間的工藝摸索和積累。
主要玩家
比亞迪半導(dǎo)體
國(guó)內(nèi)首家SiC IDM廠家，包括芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、模塊封裝測(cè)試及整車應(yīng)用，并計(jì)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(wàn)片SiC晶圓。其自產(chǎn)的SiC功率器件已用于比亞迪漢的電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jì)劃到2023年旗下所有電動(dòng)車中用SiC功率半導(dǎo)體全面替代IGBT。
山東天岳
國(guó)內(nèi)SiC襯底領(lǐng)軍企業(yè)，在國(guó)內(nèi)實(shí)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(jì)劃募資建設(shè)6寸導(dǎo)電型襯底廠，一期產(chǎn)能30萬(wàn)片。預(yù)計(jì)2022年研發(fā)出8英寸樣片。
三安光電
國(guó)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(zhǎng)、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(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品，綜合實(shí)力逼近業(yè)界另一大實(shí)力企業(yè)——臺(tái)灣穩(wěn)懋。
綜合點(diǎn)評(píng)
第三代半導(dǎo)體具有巨大應(yīng)用價(jià)值，是電動(dòng)車和顯示屏兩個(gè)巨無(wú)霸產(chǎn)業(yè)的材料基礎(chǔ)，關(guān)系著電動(dòng)車充電便捷性以及下一代屏幕的清晰度，是國(guó)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(dá)：賦車以眼、視距深遠(yuǎn)
上榜理由
電動(dòng)車高階自動(dòng)駕駛的標(biāo)配。
現(xiàn)狀與展望
電動(dòng)車自動(dòng)駕駛對(duì)遠(yuǎn)視距的需求催生了激光雷達(dá)的進(jìn)展。因?yàn)榭色@取目標(biāo)的三維信息、分辨率高、探測(cè)范圍廣、近全天候工作等優(yōu)點(diǎn)，激光雷達(dá)可增強(qiáng)汽車感知系統(tǒng)的冗余度，彌補(bǔ)毫米波雷達(dá)、攝像頭在較遠(yuǎn)距離圖像和非標(biāo)靜態(tài)物體檢測(cè)上的缺失，是實(shí)現(xiàn)高階自動(dòng)駕駛的“必備神器”。2021年可稱為激光雷達(dá)商用化元年。
激光雷達(dá)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(dòng)形式可分為機(jī)械式、半固態(tài)、全固態(tài)三種。機(jī)械式的激光收發(fā)和光學(xué)掃描都做360°轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致體積龐大而不適合乘用車量產(chǎn)車型，但在Robotaxi測(cè)試車隊(duì)上還會(huì)繼續(xù)使用。半固態(tài)的激光收發(fā)固定不動(dòng)，但光學(xué)掃描部件還會(huì)振動(dòng)，是目前乘用車商用的主流。但只要有振動(dòng)就有機(jī)械磨損的問(wèn)題，因此，行業(yè)發(fā)展的方向是全固態(tài)式，通過(guò)零部件功能芯片化實(shí)現(xiàn)兩大部件都固定不動(dòng)，進(jìn)一步降低激光雷達(dá)的體積，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。售價(jià)過(guò)高是目前激光雷達(dá)的一大缺憾，隨著電動(dòng)車銷量的快速增長(zhǎng)，其價(jià)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(dá)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(jí)平面鏡，在水平和垂直兩個(gè)方向上振動(dòng)，將激光反射到兩個(gè)方向上，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)方向的點(diǎn)云掃描。2021年發(fā)布全球首款批量交付車規(guī)級(jí)MEMES微振鏡半固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品M1，并建設(shè)了國(guó)內(nèi)首條車規(guī)級(jí)激光雷達(dá)產(chǎn)線。去年廣州車展上亮相的13款前裝激光雷達(dá)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(cè)距離200米。除了激光雷達(dá)硬件以外，速騰聚創(chuàng)還提供點(diǎn)云感知算法，包括消除在強(qiáng)光、雨雪塵霧天氣下對(duì)激光反射數(shù)據(jù)的影響等。
禾賽科技
以機(jī)械式方案起家，在Robotaxi上出貨量較大，最高已有128線機(jī)械式激光雷達(dá)發(fā)布。目前針對(duì)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(cè)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(jí)實(shí)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(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制和長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定性要求較高。大疆在無(wú)人機(jī)上積累了豐富的電機(jī)控制經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)賦能給了Livox，算是獨(dú)門絕技。
綜合點(diǎn)評(píng)
國(guó)產(chǎn)新能源電動(dòng)車的快速繁榮催生了激光雷達(dá)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(dá)車型量產(chǎn)，會(huì)繼續(xù)推動(dòng)電動(dòng)車行業(yè)，國(guó)產(chǎn)電動(dòng)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(zhēng)、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(guó)，不會(huì)有哪個(gè)國(guó)家對(duì)芯片行業(yè)自主可控有這么大的執(zhí)著，也不會(huì)有哪個(gè)國(guó)家對(duì)RISC-V抱有如此深的熱情。這是中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)最有可能實(shí)現(xiàn)完全自主可控的契機(jī)。RISC-V的前景確實(shí)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(duì)算力要求不高的物聯(lián)網(wǎng)，如MCU、智能穿戴等。在高性能計(jì)算上，RISC-V還沒(méi)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(hù)和RISC-V核認(rèn)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(guó)公司SiFive在中國(guó)的獨(dú)立運(yùn)營(yíng)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(jué)處理平臺(tái)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(tái)積電28nm工藝，可用于中低端攝像頭、平板電腦等
芯來(lái)科技
這是國(guó)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(gè)領(lǐng)域，目前最大算力IP已達(dá)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(jì)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(gè)授權(quán)數(shù)，累計(jì)出貨量超過(guò)25億顆，已成為應(yīng)用規(guī)模最大的國(guó)產(chǎn)RISC-V CPU IP系列。
綜合點(diǎn)評(píng)
RISC-V被業(yè)界說(shuō)了很多，但總有點(diǎn)“雷聲大、雨點(diǎn)小”的尷尬。2022年期待有幾款標(biāo)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(shí)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(hào)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(gè)頻段的電磁波信號(hào)海洋里解析出某一個(gè)特定頻段的信號(hào)，是手機(jī)入網(wǎng)通信的關(guān)鍵，占一部手機(jī)價(jià)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(jià)值最高。國(guó)產(chǎn)射頻芯片在2G/3G時(shí)代還能自給自足，到4G時(shí)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(guó)外廠家壟斷，直到5G依然如此。
國(guó)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(jí)封裝形式四大部件封裝成PAMiD模組，節(jié)省PCB板使用資源。國(guó)產(chǎn)射頻前端芯片產(chǎn)業(yè)補(bǔ)齊了各個(gè)環(huán)節(jié)，但國(guó)產(chǎn)廠商多為fabless模式，在單個(gè)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(guó)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(guó)內(nèi)射頻switch開關(guān)/LNA廠商，市占率達(dá)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(shí)現(xiàn)安卓陣營(yíng)TOP公司全覆蓋。同時(shí)公司還與高通達(dá)成合作意向，射頻開關(guān)已通過(guò)高通的小批量試產(chǎn)驗(yàn)證，正式進(jìn)入量產(chǎn)。此外，為順應(yīng)集成化趨勢(shì)，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(guò)會(huì)，其第一大股東是聯(lián)發(fā)科。國(guó)產(chǎn)PA芯片和模組龍頭，4G射頻PA出貨量國(guó)產(chǎn)第一，5G PA出貨累計(jì)過(guò)千萬(wàn)量級(jí)，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(guó)外幾大巨頭的行業(yè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，唯捷創(chuàng)芯最有可能從PA單個(gè)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(guó)內(nèi)少數(shù)能同時(shí)正向設(shè)計(jì)面聲波濾波器SAW和體聲波濾波器BAW的設(shè)計(jì)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(yàn)，并已實(shí)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(diǎn)評(píng)
射頻前端可以說(shuō)是5G手機(jī)芯片的明珠。盡管跟國(guó)外仍有較大差距，但只要手機(jī)終端品牌在我們手上，對(duì)國(guó)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(fèi)級(jí)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(wú)線通信技術(shù)。UWB采用飛行時(shí)間ToF定位原理，其信號(hào)脈沖具有亞皮秒級(jí)的時(shí)間分辨率，能夠提供達(dá)厘米級(jí)的測(cè)距和定位精度，具有抗干擾性強(qiáng)、定位精度高、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。小米“一指連”技術(shù)開啟了消費(fèi)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)人機(jī)交互的新方向，采用UWB技術(shù)，當(dāng)手機(jī)靠近終端就可實(shí)現(xiàn)身份確認(rèn)和顯示控制，有望在電動(dòng)車上最先實(shí)現(xiàn)免鑰匙自動(dòng)開車門功能，給用戶帶來(lái)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(fèi)電子市場(chǎng)滲透。國(guó)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(jí)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(gè)SoC級(jí)芯片，能進(jìn)一步降低UWB模組的功耗和價(jià)格。
清研訊科
UWB解決方案商，源于清華大學(xué)“測(cè)試技術(shù)與儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”， 推出UWB車用數(shù)字鑰匙方案，當(dāng)用戶進(jìn)入距車1-3米解鎖區(qū)，車門自動(dòng)打開，當(dāng)用戶進(jìn)入車內(nèi)，可一鍵啟動(dòng)車輛。已經(jīng)與40+國(guó)內(nèi)外主流OEM、Tier1建立了聯(lián)系，2022、2023年陸續(xù)會(huì)有搭載UWB數(shù)字鑰匙功能的量產(chǎn)車型推出。
綜合點(diǎn)評(píng)
UWB是一項(xiàng)十分具有潛力的技術(shù)，在萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)可以為我們帶來(lái)極其便利的設(shè)備交互和管理方式。在技術(shù)層面，國(guó)產(chǎn)玩家已經(jīng)具備相當(dāng)實(shí)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(jí)，但不同于智能網(wǎng)卡，它可以獨(dú)立于CPU控制數(shù)據(jù)中心的各種設(shè)備。由英偉達(dá)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(wèn)題，這些問(wèn)題有著“CPU做不好，GPU做不了”的特點(diǎn)。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(jì)算資源，使CPU專注于運(yùn)行應(yīng)用程序，通過(guò)更明細(xì)的分工來(lái)實(shí)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(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出一批DPU創(chuàng)企，瞄準(zhǔn)云計(jì)算、云服務(wù)廠商。DPU作為新生物種，還沒(méi)有業(yè)界公認(rèn)的架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試基準(zhǔn)，國(guó)產(chǎn)玩家還有機(jī)會(huì)。英偉達(dá)憑借先發(fā)優(yōu)勢(shì)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(guó)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(duì)復(fù)雜芯片軟硬件一體驗(yàn)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(jì)公司提供數(shù)字芯片設(shè)計(jì)驗(yàn)證服務(wù)。已向中移動(dòng)提供智能網(wǎng)卡解決方案，正在基于自有的驗(yàn)證工具開發(fā)升級(jí)版DPU產(chǎn)品。
中科馭數(shù)
創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)主要來(lái)自中科院計(jì)算所計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，是中國(guó)最早進(jìn)行DPU芯片研發(fā)的團(tuán)隊(duì)之一，也是目前少數(shù)推出真正DPU產(chǎn)品的國(guó)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(jì)出業(yè)界首顆數(shù)據(jù)庫(kù)與時(shí)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(tuán)戰(zhàn)略投資，與美團(tuán)綁定，對(duì)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(diǎn)評(píng)
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(guó)外大公司主導(dǎo)，DPU的出現(xiàn)使得國(guó)產(chǎn)芯片廠家第一次能有機(jī)會(huì)爭(zhēng)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(jìn)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(lái)延續(xù)摩爾定律很快就會(huì)難以為繼。同時(shí)，先進(jìn)制程芯片的設(shè)計(jì)成本大幅增加，每前進(jìn)一代的代價(jià)極其高昂，換來(lái)的性能提升卻有限。業(yè)界另辟蹊徑，通過(guò)die-to-die內(nèi)部互聯(lián)技術(shù)將多個(gè)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(gè)小模塊稱為一個(gè)chiplet（芯粒），將幾個(gè)chiplet在豎直方向上堆疊，可以減小最終芯片的尺寸，同時(shí)降低每個(gè)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(lái)隨著半導(dǎo)體工藝越來(lái)越接近極限，每一代工藝帶來(lái)的性能增益越來(lái)越小，先進(jìn)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(tái)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(jí)緩存，通過(guò)chiplet技術(shù)，處理器總緩存提升到96MB，提升了3倍，帶來(lái)約15%的芯片性能提升。在工藝不變（臺(tái)積電7nm工藝）的情況下，實(shí)現(xiàn)了原來(lái)需要半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)前進(jìn)整整一代的巨大代價(jià)才能實(shí)現(xiàn)的性能提升。
寒武紀(jì)云端AI芯片思元370
于2021年11月發(fā)布，是寒武紀(jì)首款采用chiplet封裝技術(shù)的 AI 芯片，也是國(guó)內(nèi)首顆采用chiplet封裝技術(shù)的AI芯片，也是采用臺(tái)積電7nm工藝，在一顆芯片中封裝2顆AI芯粒，每個(gè)芯粒具備獨(dú)立的AI計(jì)算單元、內(nèi)存、IO，最大算力達(dá)到 256TOPS。AI芯片的內(nèi)存訪問(wèn)越來(lái)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(jì)采用多個(gè)AI芯粒集成，即使不采用最先進(jìn)的制程，也能提升整個(gè)AI芯片的算力。
綜合點(diǎn)評(píng)
按照芯片產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)三大分工，我們?cè)谠O(shè)計(jì)和制造上落后于人，但在封測(cè)上已處于第一陣營(yíng)。chiplet正是在封裝環(huán)節(jié)提升芯片性能，也正適合國(guó)產(chǎn)封測(cè)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(gè)位置留給量子芯片，是因?yàn)橄鄬?duì)于硅基芯片，量子芯片是一種全新的計(jì)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(jí)的高科技公司都在投入大量研究力量。在實(shí)現(xiàn)量子芯片的多條技術(shù)路線上，中國(guó)是唯一一個(gè)在超導(dǎo)量子和光量子兩個(gè)方向上都取得一流水平的國(guó)家，在這場(chǎng)未來(lái)基礎(chǔ)科技的軍備競(jìng)賽中占據(jù)了有利的位置。
案例
超導(dǎo)量子芯片
1、中國(guó)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(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”，并實(shí)現(xiàn)了可編程的二維量子行走模擬。10月，發(fā)布升級(jí)版66量子比特的“祖沖之二號(hào)”，并使用其中的56個(gè)量子比特實(shí)現(xiàn)對(duì)隨機(jī)量子電路輸出分布進(jìn)行采樣，費(fèi)時(shí)1.2小時(shí)，運(yùn)算速度比目前的超級(jí)計(jì)算機(jī)還要快很多倍。“祖沖之二號(hào)”可用于執(zhí)行任意量子算法，是量子通用計(jì)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(hào)”和“天目1號(hào)”。超導(dǎo)量子芯片可以由半導(dǎo)體微納工藝制造，被認(rèn)為是量子芯片中最有前途和實(shí)用價(jià)值的一種?！澳?號(hào)”是一款專用芯片，用于對(duì)某幾類特定問(wèn)題的量子模擬?！疤炷?號(hào)”面向通用量子計(jì)算，共集成36個(gè)具備更長(zhǎng)比特壽命的超導(dǎo)量子比特，實(shí)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(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)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(jì)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(guò)對(duì)所研制光量子計(jì)算芯片編程，演示了頂點(diǎn)搜索、圖同構(gòu)等圖論問(wèn)題量子算法求解,在292個(gè)不同圖像上均實(shí)現(xiàn)了100個(gè)量子行走的時(shí)間步驟模擬。研究實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、網(wǎng)絡(luò)分析和導(dǎo)航、網(wǎng)站流量?jī)?yōu)化等現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。
綜合點(diǎn)評(píng)
中國(guó)在硅基芯片上錯(cuò)過(guò)了太多，但量子芯片將中國(guó)和外國(guó)置于同一起跑線上，相當(dāng)于換了一個(gè)全新的比賽重新競(jìng)爭(zhēng)?？上驳氖?，我們沒(méi)有掉隊(duì)，甚至還有勝出的機(jī)會(huì)。
半導(dǎo)體發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)：★★★★☆
總結(jié)
本報(bào)告分析了10個(gè)最有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價(jià)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(gè)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(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體行業(yè)在各個(gè)方向上都在快速進(jìn)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(jī)），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(huì)繼續(xù)提高電動(dòng)車的續(xù)航里程，帶動(dòng)電動(dòng)車行業(yè)更加繁榮。半導(dǎo)體芯片工藝已經(jīng)進(jìn)入激光雷達(dá)產(chǎn)品，使體積大大下降，更加提升電動(dòng)車的智能性。
2021年，半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)取得了很多成績(jī)。2022年已來(lái)，值得我們繼續(xù)努力。
審核編輯：符乾江
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論