5G通讯 让半导体行业重新进入一个新起点

【大比特导读】5G通讯，对于我们普通人而言，是个既熟悉又陌生的词组。它是被各大媒体争先报道的对象，也是中美经贸摩擦的重点问题，更是全球数字化进程下的基础建设，而通信行业在搭建5G网络的过程中，自然是少不了使用大量的半导体材料以及相关器件。

5G通讯，对于我们普通人而言，是个既熟悉又陌生的词组。它是被各大媒体争先报道的对象，也是中美经贸摩擦的重点问题，更是全球数字化进程下的基础建设，5G似乎正以一种比以往任何一场通讯革命都更猛烈的方式，进入我们的生活当中。

尽管目前各路运营商们对于5G通讯实际的情况理解都各不相同，但唯一可以确认的是我们使用的网络性能将会得到大幅度提升，并引领我们迈向一个过去不敢想象的世界。

“新基建”政策东风

新型基础设施建设，简称“新基建”，指以5G、人工智能、数据中心、工业互联网、物联网为代表的新型基础设施建设，本质上是数字化的基础设施。

随着国内疫情情况不断向好，居于新基建首要位置的5G产业也正在为中国经济发展注入新活力。近期，工信部相继发布5G+工业互联网的512工程，关于推动5G加快发展的通知等政策。相关政策将凝聚了数字转型共识，加速5G与经济 社会 各领域融合发展的步伐，特别是在行业应用领域，智慧医疗、新闻媒体、智慧城市、车联网和工业互联网等领域的应用占比接近10%，已成为5G新兴应用领域。

5G基站现状如何?

中国是目前全球5G商用网络规模最大的国家。截止目前，据工业和信息化部信息通信发展司司长、新闻发言人闻库介绍，每一周平均新开通的5G基站都超过1.5万个，到6月底，3家企业在全国已建设开通的5G基站超过了40万个。

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另外，5G开放式小基站建设也能满足垂直行业应用的多样化需求，催生更加丰富的建网模式。

目前已有197款5G终端拿到了入网许可，今年5G手机出货量达8623部，截至6月底有6600万部终端连入网络。

这里需要注意的是，由于5G具备三大典型的应用场景增强型移动宽带(eMBB)、大连接物联网(mMTC)与低时延、高可靠通信(uRLLC)。针对这三大应用场景，基站的建设需要结合实际情况而制定方案，并与以往4G基站建设有较大的出入。

正因为该三大典型应用场景，超可靠低延迟通信对于5G的发展来说才有了非同寻常的意义。近日，国际标准组织3GPP宣布R16标准正式冻结，也就意味着5G走入万物互联的阶段可算是奠定了基础。其中最大的体现就是，不管是工业场景还是自动驾驶的 汽车 等，都不允许通信产业中断或者延迟，否则后果难以设想。

5G传感器应用场景联接

其实我们不妨设想一下，当我们生活中的机器有足够多的5G应用类传感器时，我们就可以监控它，并由该机器的电子系统自主学习应用程序，知会我们什么时候需要维修或者更换部件、 *** 作系统等。以航空飞机为例，当飞机行驶一定行程后，系统会即时显示飞机内部部件的磨损迹象，在飞机着陆的那一刻，备用零件就已经准备就绪，或有人会进行精准替换。

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另外，在工业自动化领域也是需要对于价值高昂的设备进行实时监控与维护，所以能够快速接受并处理海量数据的5G应用类传感器就显得不可或缺。

在近期，GSMA举办的新基建与企业数字化论坛上，华为无线网络首席营销官甘斌就对于5G应用场景联接提出了他的看法，甘斌表示，首先，基于大带宽、低时延能力，5G网络将数百亿终端产生的海量数据实时上传到云，为云端人工智能运算提供无穷算据，并实时进行运算和处理，缩短了训练周期。其次，云端的算力应用到终端，可减少终端对本地运算能力的要求，降低终端的成本，解锁终端的资源限制，并提升用户体验。

半导体行业下一波增长趋势

5G通讯网络的建设对应的是通信行业，而通信行业在搭建5G网络的过程中，自然是少不了使用大量的半导体材料以及相关器件，甚至到了未来建设中后期，诸多应用将可以在5G网络上实现，包括物联网、人工智能、大数据、云计算、智能家居、智能驾驶等等，当这些应用接入5G通信网络的时候，更是需要有强大性能的半导体芯片支撑。

根据韩国电子和电信研究院预计，今年5G网络设备的全球市场规模将在378亿美元(约合人民币2647.25亿元)左右，并且由于“到2024年5G将覆盖全球40%以上的人口”，上述5G网络投资数字还将继续增长。

另外，SIA在本周发布的全球芯片行业年度调查中表示，全球半导体市场的年销售额接近5000亿美元。尽管最近有所下降，但通信和计算驱动着上升趋势，预计5G无线和机器学习等新兴技术将扭转当前的下滑趋势。并且，在《世界半导体贸易统计》(WSTS)预测中2021年全球芯片销售将以每年6.2%的速度 健康 增长。

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可见，随着5G技术商用的全面展开，对于半导体等智能芯片制造行业的需求缺口将得到不断扩充，并在该些领域提供了未来新兴发展方向，推动 科技 的升级与迭代。

例如在智能家居：在计算回家距离时，就已经会将室内温度调节到舒适状态，客厅的交互界面会显示时间、天气、室内设备运作情况等等。对此，晶讯软件华南区区域销售经理刘洋表示，5G技术对于智慧生活是一次质的提升，无感式控制联合的半导体芯片器件则能使用户真正感受到智能交互的魅力。

而在智能驾驶：5G技术已经为信息交互和 汽车 革新等新型发展趋势提供了应用方向，而且整车的电子元器件比重逐步也在提升，减少车辆系统损耗以及提高系统效率的技术更是迭代更新。由于5G网络使云端系统与车辆之间或车辆状况进行更为频繁的信息交互，通过减少人为干预，提供更优质的车辆驾乘体验，实现即刻反馈的机制，那么这就对通讯技术和半导体器件有着性能升级的要求，而在半导体功率器件方面，降低损耗的技术趋势则是关键。

对此，PI区域大功率市场应用工程师王强认为，首先减少系统的损耗是一个系统的工程，它包括电机、电驱动以及变速箱三个组件的损耗，最主要的就是在电控部分，目前由于很多厂商开始应用新的技术器件，例如有碳化硅、氮化镓材料助力，因此能一定程度上缩小体积，从而提高系统效率。

总之，5G通讯技术让我们意识到，在这个万物互联的时代里，技术上的挑战往往都伴随着不同工艺技术、不同材料品质、不同功能优化之间的多样整合，创新及创造高价值的终端应用产品是主要趋势。

国产替代的前半场

值得一提的是，目前受华为事件影响，国内在众多领域的龙头厂商都在加快国产半导体投入的节奏，国产替代也会成为未来几年国内半导体发展的主线。尤其是5G通讯被视为一系列最高级技术的大荟萃，这就让国产芯片设计变得更加困难，而且在芯片的灵活性、可编程性等功能有着更严苛的要求。

那么如何制定总体方案、确定技术路线，选择基础平台，搭建开发环境、决定流片工艺等等，都是国内半导体企业行动前值得考虑的问题。毕竟在5G技术影响下的国产替代前半场中，如通信基站、传感器、芯片、电源设备等元器件需求都得到集中式爆发阶段，据中国信通院预测，预计到2025年5G网络建设投资累计将达到1.2万亿元。此外，5G网络建设还将带动产业链上下游以及各行业应用投资，预计到2025年将累计带动超过3.5万亿元投资。

当中我们还需要注意得是，5G网络的的投入使用是要与大数据、物联网、云计算等层面深度融合，才能真正使5G通讯发挥实打实的作用。根据全球移动通信系统协会预测,到2025年,各大领域接入5G网络并实现互连的设备将达250亿。

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由此可见，在这庞大的市场规模背后，是亟需国产半导体器件的技术支持。易良盛 科技 (天津)有限公司研发总监许宏彦表示，相比国外半导体器件供应商，国内厂商最大的特点就是物美价廉、供货稳定、服务周到，并且通过这些年的技术积累及国内半导体工艺的成熟，国产替代的产品现在不但做到了价格便宜，质量方面也毫不逊色，甚至在借助后发优势，国产元器件在某些参数上已经超越国外品牌产品。

总的来说，随着5G通讯技术应用，各领域的国产替代会逐渐走向成熟阶段，将持续为中国经济提供动力基础，并将推动国内半导体在技术领域和应用领域的不断进步。

2019年“双11”，正当大家沉迷于“剁手”购物的时候，格力电器也对外“撒钱”了。

“双11”晚间，格力对外公告以20亿元参与了三安光电的定向增发，投资方向正是三安光电正在聚焦的化合物半导体领域。当时很多媒体都批评格力董事长董明珠不懂半导体，乱投资。而如今看来，三安光电市值已破千亿，保守估计，3年下来，格力持股收益超60%，不得不承认，董明珠又“赌”对了。

那么，董明珠为何要投资三安光电，化合物半导体产业又有何魅力呢？

2014年，三安光电设立全资子公司——三安集成，致力于成为一个集化合物半导体研发、制造和服务的平台。说到三安集成，就不得不提到其产品线外延的基石，移动终端射频的理想材料——砷化镓。

砷化镓有抗辐射、耐高温、良好的光电特性，以及高电子迁移率等优势。

比如，砷化镓应用的工作频率主要在8赫兹以内，所以很适合应用于低频率器件，比如微基站和手机。另外，LED、激光器也是砷化镓的主要应用领域。

据了解，三安集成砷化镓射频2021H1扩产设备已逐步到位，每月能生产出8000片，出货产品在2G~5G手机功率放大器、WIFI等应用领域全面覆盖，海内外客户累计接近100家。如今，三安光电已成为国内射频技术的主力供应商。

另外，三安光电在第三代半导体材料——氮化镓方面，也有不俗的表现。

相比于砷化镓，氮化镓同样具有熔点高、硬度高等特点，而由砷化镓制造的半导体材料更具有宽带隙、高热导率等特点，应用在电子产品上可提高充电效率。不过造价过高，成了砷化镓的主要劣势。不过碳化硅的出现，对这一缺陷进行了补足。

碳化硅具有良好的衬底导热性，非常适用于高温、高频领域，而且硅在地球上储量极高。因此，性能强、造价低的碳化硅基氮化镓成为了半导体产业的新“宠儿”。在雷达、卫星以及5G基站等大功率输出领域，碳化硅基氮化镓都有广泛的应用。据了解，目前三安光电是我国少数能够大规模生产碳化硅基氮化镓的企业，并成功打造了国内首台6英寸氮化镓外延芯片产线，并实现量产。

从整体上来看，三安光电在制造氮化镓外延和芯片方面，具有明显的行业稀缺优势。而集三安光电化合物半导体之大成的，便是其旗舰产品——声表面波滤波器（SAW）。

声表面波滤波器是射频前端中的重要芯片，一直以来，以村田，太阳诱电，京瓷等为代表的日本企业垄断全球声表面波滤波器40%的市场份额。不过，这一垄断如今已经被三安光电所打破。

目前，三安光电子公司——三安集成已经拥有了集声表面波滤波器产品研发、生产和销售为一体的产业集群。另外，通过对压电材料晶圆、可靠封装以及表面波谐振器结构等研究领域的整合，三安集成能够提供无线通讯系统射频前端应用的单频段及多频段的滤波器、双工器产品。

此外，三安集成还持续扩大了SAW滤波器产品的选型库，其频率范围可以覆盖600~2690兆赫兹，通带带宽范围可覆盖15~194兆赫兹。

当然，滤波器相关应用包括但不限于蜂窝系统频段，非授权频段以及其他无线射频前端应用。在芯片级、晶圆级等封装技术加持下，三安集成致力于持续供应高可靠性与高性能的SAW滤波器市场。

2021年，已有41家愿意使用三安集成滤波器产品，其中有17家是国内手机和通信模块的主要客户。毫不客气地说，三安光电的产品已成功导入手机模块产业供应链。另外，三安光电开发的自主知识产权温度补偿型滤波器，性能已经与国际厂商的同类产品性能相当，其优势是能够快速导入客户端。

截至2021年，已经有多家手机终端厂商与三安光电接洽，随着手机终端厂商对三安光电的不断认可，以及三安光电产能的提升，未来在该领域的市场份额将得到进一步提升。

目前，三安光电已经是国内乃至全球化合物半导体领域的领头羊。在提升我国化合物半导体的国际地位和产业定价权方面，做出了贡献。

作为早早布局三安光电的格力来说，不但获得了资本溢价，更巩固了半导体产业的布局。在如今各个产业深受“芯片荒”所困的时候，能够让格力平稳前行。

不得不承认，董明珠的商业智慧的确让很多人当时看不懂，过后追不上。

2019年10月31日，SiFive公布了IP产品的一个里程碑，因为他们展示了其有史以来第一个乱序的CPU微体系结构，并承诺在现有RISC-V内核上实现显着的性能飞跃，并提供与Arm产品相比具有竞争力的PPA指标。

说起SiFive这个公司，其实很有意思。SiFive中国是在去年8月份成立的，与其他跨国企业的做法不一样的是，SiFive中国是一个独立公司，在中国独立运营，并非SiFive的子公司。它有自己的董事会，有自己的管理团队，未来它可以独立接受投资，也包括来自中国的投资。但同时也跟SiFive有关系，如提供IP还有其他方面的技术。

SiFive于2017年发布了U54系列，这是该公司第一个能够运行完整 *** 作系统（例如Linux）的成熟CPU IP。

讲回正题，全球首个RISC-V处理器CPU，到底是一个什么东西？为什么RISC-V架构如此受追捧？

全新的RISC-V OoO CPU：U8面世

到目前为止，如果我们想基于新的ISA设计新的CPU，则首先要从小处着手，然后进行迭代，然后继续为设计增加更多的复杂性，这相对来说还不足为奇。SiFive的U5和U7系列相对来说CPU微体系结构较为简单。与Arm的低端和微控制器内核相比，它们能提供一些非常具有成本效益的选择和替代方案，但实际上并不能满足需要更高性能的更复杂工作负载的任务。

但新的U8系列通过大幅改善新的微体系结构，其性能比U54和U74高出5到4倍，这是我们行业中极其罕见的性能提升。

SiFive针对U8系列的设计目标也非常简单：直接对标Arm Cortex-A72，U8系列的目标是在性能上不相上下，并且在只有对手一半面积的同时提供1.5倍的更高的电源效率。当然，拿A72来比，还是有点“欺负”老产品的意味，不过SiFive的PPA目标相对较高，这意味着U8应该比Arm的最新一代内核更具竞争力。

RISC-V魅力何在？

顾名思义，RISC-V是RISC的第五个版本。RISC，即“精简指令集计算机”，是图灵奖得主John L. Hennessy和David A. Patterson对行业的重大贡献，由加州大学伯克利分校于1980年发布。芯片指令集帮助计算机软件与底层硬件设备通信，是计算机的基本组成部分。

我们先看看全世界对RISC-V的态度：

全球第一大硬盘产商西部数据（Western Digital）将以每年10亿到20亿颗的预期来推动RISC-V,逐步完成全线产品迁移到RISC-V定制架构；

MicroSemi提供基于Risc-V+Linux+CNN加速的AI解决方案；

印度政府则大力资助基于RISC-V的处理器项目，使RISC-V成为了印度的事实国家指令集；

RISC-V基金会的会员已经增加到150多个，大学、科研院所和企业大量使用或评估基于RISC-V的应用，参与度之高，覆盖面之广，盛况空前；

指令集架构的生态链正在成长和完善，工具链、RTOS/Linux *** 作系统的移植等工作都取得关键突破。

无论模块化指令集“能屈能伸”，还是甩掉向后兼容 历史 包袱“无病一身轻”，再到40多条基本指令“大道至简”，且使用BSD License开源协议彻底开放，RISC-V的种种优势，宛如指令集纷繁万象中的一股春风。

早在去年，就有很多公司开始量产基于RISC-V的芯片，例如国内的嘉楠云智和华米等，他们做RISC-V芯片较早。行业人士当时也预计其他很多做RISC-V芯片的公司可能会在2019年或2020年正式推出基于RISC-V的芯片。

所以，兆易创新带来了GD32V系列开发板。

GD32V系列来袭

近期，业界领先的半导体供应商兆易创新正式推出全球首个基于RISC-V内核的GD32V系列32位通用MCU产品，提供完整工具链并持续打造RISC-V开发生态。

GD32VF103系列MCU采用了全新的基于开源指令集架构RISC-V的Bumblebee处理器内核，是兆易创新携手中国芯来 科技 面向物联网及其它超低功耗场景应用自主联合开发的一款商用RISC-V处理器内核。

GD32VF103系列RISC-V mCU提供了108MHz的运算主频,以及16KB到128KB的片上闪存和6KB到32KB的SRAM缓存, gFlash专利技术支持内核访问闪存高速雾等待。Bumblebee内核还内置了单周期硬件乘法器、硬件除法器和加速单元应对高级运算和数据处理的挑战。

GD32V系列新品全部符合工业级高可靠性和温度标准，并提供至少十年的持续供货保证。芯片的静电防护(ESD)防护水平在人体放电(HBM)模式可达5KV，器件放电模式(CDM)可达2KV，远高于行业安全标准，从而适用于复杂环境并让终端产品更可靠耐用。

全新的GD32VF103系列RISC-V MCU即刻上市。立创商城现已同步发售。

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