5G通讯 让半导体行业重新进入一个新起点

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【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。

11月9日,展锐举办了秋季线上发布会,公布了搭载展锐5G芯片的联通第二代5GCPE VN007+、展锐5G射频前端完整解决方案、面向5GR16的NB-IoT芯片V8811、智能座舱芯片解决方案A7862、国内首颗车规级双频定位芯片A2395、旗舰级智能手表平台W517等一系列新品。同时,CEO楚庆首次公开了一个新的企业战略——“打造人民的数字世界”。

“大多数人的需要就是人民的需要,也是我们服务的对象”, 楚庆表示,“数字世界有两个非常基础的元素,一是连接,二是智能, 这两个元素会在我们所有产品里普遍存在。连接和智能是未来 科技 的两面旗帜,也是展锐产品及技术发展的两大指向。”

新产品、新战略的背后,是楚庆自2018年12月履新后,对公司进行战略、制度、管理文化的一次彻底变革。展锐作为全球为数不多的基带芯片供应商,正在5G发展的一个新起点中行进。

从整个5G发展进程来看,展锐的5G芯片产品的发布是超前的。最新发布的NB-IoT芯片新品面向5G R16标准,今年7月3日, 国际标准组织3GPP刚刚冻结R16标准,相比前一代标准R15, R16标准对5G的海量机器通信(mMTC)和超高可靠低时延通信(uRLLC)能力进行了部署。中国5G由此行至一个新起点。

5G时代

展锐是随着通信标准的迭代而成长起来的,并在5G时期,面向着一个新的生态和环境。2019年中国5G商用以来所推出的所有应用,都是基于5G的eMBB功能,俗称“大带宽”,例如5G手机用户的直观体验是网速快,几秒钟下载1部《王者荣耀》 游戏 ,但有用户却表示“5G手机如此之快,但并不知道用来做什么”。

这是公众对5G普遍的疑惑。其实5G相对于4G,最革命性的变化并不是速率的提升,从3G到4G时代,每一代通信技术都在提升速率,从小灵通、翻盖手机、到智能手机,通信技术已经极大满足人与物的连接场景,手机具备了电话、相机、个人计算机的功能,内容从QQ、微博、微信到短视频,人与人的通信资源被充分利用。

到了5G,通信能力开始从人延伸到物,当初国际组织定义5G三大场景之时,海量机器通信(mMTC)和超高可靠低时延通信(uRLLC),就是为连接物与物而设定的。如今,R16标准的冻结,意味着5G的后两项能力具备了发展基础。

眼下,5G终于能打破传统的通信方式,以更高速率、更大带宽、更强能力的空中接口技术,最终指向一个万物互联的 社会 。

可以想象,未来每一个人的家里,可能会拥有10个以上的智能终端,智能音箱、智能门锁、智能冰箱、智能电灯、智能空调、智能监控;一座城市里,将有智能的交通系统、电力、水利系统,物联网将连接起上百亿乃至千亿的设备,大到楼宇建设,小到一个灯杆、井盖,都形成互联,实时地感测、分析、整合城市的信息。物与物一旦实现连接,这些智能 社会 、智能工厂将走进现实。

5G技术的商用,是构建智能 社会 的基础设施,它为万物互联的 社会 ,搭建了一条高速公路。这就是为什么5G正在成为全球战略竞争的制高点,可以说谁在5G方面领先,谁就优先构建智能化的 社会 。

中国的5G时代已经来了,工信部在7月24日表示,截止6月底,全国已建设开通5G基站超过40万个 ,5G来得很迅速,工业和信息化部副部长刘烈宏在今年11月发布数据表示, 今年中国已经建成了近70万个基站,这个数字基本上是中国之外全球5G基站总量的2倍多。而根据公开数据,在2020年,中国5G手机销量已经突破8000万。

薄弱环节

5G是一个巨大的系统工程,它的构建包含基站系统、网络架构、终端设备和应用场景。通信运营商、设备商、内容商正在积极推进。工信部研究院直属单位赛迪顾问曾表示,从5G各个环节的发展情况来看,基站和终端等主要环节发展较为成熟,但芯片等对产业发展有非常重要支撑作用的核心器件,整体实力还比较薄弱。

无论对5G还是整个电子产业,中国的芯片是个既关键又薄弱的环节。眼下中国大力扶持芯片业,从产业基金布局,到二级市场的升温,芯片制造商中芯国际在不足20天内过会上市,并获得超400亿募资,智能芯片企业寒武纪也于今年火速上市,由国家队、外资共同为之输血。

从产业面来看, 在5G产业链上游,基带芯片可谓最为核心的技术之一,以手机为例,在手机中有两个非常重要的芯片组,一是负责执行 *** 作系统、用户界面和应用程序的处理器AP(Application Processor);另一个则是运行手机射频通讯控制软件的处理器BP(Baseband Processor)。BP上集成着射频芯片和基带芯片,负责处理手机与外界信号通讯,为了减小体积和功耗,通常射频芯片和基带芯片会被集成到一块芯片上,统称为基带芯片。

不只手机, 在5G时代,基带芯片还是所有物联网设备的“灵魂”,从手机到通信基站、 汽车 、家电、穿戴设备、工业设备等,构建5G的整个过程中,基带芯片起着关键支撑作用。

玩家”寥寥无几

而放眼全球,供应商寥寥无几,5G芯片已是一个“玩家”极少的顶级俱乐部。

2019年4月,中国实现5G商用的前一个月, 英特尔随即宣布退出 5G 智能手机调制解调器业务,自此, 全球 5G 格局基本成型,能提供5G基带芯片的企业,只剩下高通、三星、联发科、华为、展锐这五家。

英特尔宣布退出的同时,高通与苹果之间的专利纠纷终于达成和解,后两者关系的绑定,意味着英特尔将失去大客户苹果,面对5G的巨大投入,英特尔选择退出芯片市场。

更高的技术和投资门槛,意味着只有少部分有积累实力的企业才能参与其中。联发科曾在2019年11月表示,推出首款5G芯片的前半年,是团队最艰难历程。尽管联发科曾是4G时代的翘楚,已经完成了400多款4G手机芯片的量产,并完成了首款5G基带芯片,但公司认为,整整一年都处于爬坡阶段,5G复杂度是4G的5-10倍,相较于4G,公司在5G上的投入倍数增加。

研发基带芯片的难度在某种程度上比处理器更高。从技术端方面来看,5G 的终端复杂性比4G更高。5G的运算复杂度上比 4G 提高了近10倍,存储量提高了5倍。

在硬件上,5G 芯片需要同时保证 TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA、GSM 多种通信模式的兼容支持,同时还需要满足运营商 SA 组网和 NSA 组网的需求。

在适应性方面, 5G基带芯片必须是一个在全球各个区域都能使用的通用芯片,可以支持不同国家和地区的不同频段,这使芯片设计极为复杂;除了标准和硬件的挑战性, 5G 的功耗也是一个必须要攻克的难题,5G终端的处理能力是4G的五倍以上,但随之而来是如何平衡功耗和系统散热的问题。

同时, 这一领域也需要依靠在通信技术上的长期积累,仅仅是对2G、3G、4G兼容这一项要求,就足以让大多数厂商望而却步。

高通仍然是全球5G芯片的先行者,是最早发布5G芯片的企业。2019年, 高通总裁克里斯蒂亚诺·阿蒙(Cristiano Amon)表示,从研发、加速标准化和试验、创新产品和技术的发布,要成为引领者,就要真正克服5G的各种复杂性。

从全球格局来看,全球仅有5家企业,其中国产只剩下华为海思和展锐两家公司。两家公司本质上都是芯片设计公司,自主设计处理器,并交由台积电或中芯国际做芯片代工。

华为海思是一家全球性的无晶圆半导体和集成电路设计公司,华为的“麒麟”系列处理器,覆盖了中高端多款华为手机,华为也对外供应车载、物联网芯片。但限于目前的国际形势,海思芯片正遭遇不小的危机。

另一家公司是展锐,相比高通和联发科,展锐5G芯片的首发时间稍晚,但在能力上,可以提供用于5G手机、CPE、物联网模组等全套芯片方案。

展锐是谁

从牛顿路到祖冲之路、从爱迪生路到蔡伦路,上海浦东张江高 科技 园区18条以中外科学家命名的道路,几乎串起了中国集成电路产业近两成的产值。展锐由展讯和锐迪科两家芯片设计公司合并而来, 随着3G通信、智能手机产业在国内的迅速发展,这两家初创型 科技 公司得以迅速成长壮大。日前,该公司正在稳步推进IPO事宜,预计在2021年登陆科创板。

走进展锐办公楼,一侧是一间芯片博物馆,暗示着芯片主导者的雄心,和过去20年的丰富经验——公司曾支撑中国电子产业度过了黄金时期。

另一侧陈列着公司的5G产品。 2019年2月,公司发布了首款5G芯片——马卡鲁, 以及基于该平台的5G基带芯片“春藤V510”, 由此,展锐开始持续打造面向5G智能手机及物联网领域的产品解决方案。

自2018年12月底,楚庆履新展锐之后,为展锐革新了核心战略,同时布局了5G+AI两面旗帜,并重新调整了公司的业务布局。今年5月,搭载展锐5G芯片的手机正式上市,到今天终端销售种类超过50种。

相比高通、联发科,少有媒体全面报道展锐,但这家公司正充分受益于5G。根据公司消息,2020年公司业绩实现了强劲增长,工业电子业务营收较去年增长了150%,预计将达到2.5亿美元。消费电子业务在疫情影响下,从9月份开始也较去年同期实现了大幅增长。其5G芯片的节奏,也和预期相比提前2年。

进程和业绩的超预期,很大程度上来源于新的管理层。新的管理团队于2018年底组建,当年11月,楚庆正式加盟展锐作CEO,作为曾经帮助华为海思“登顶”行业制高点的传奇人物,业界普遍认为,在楚庆的执掌之下,一度在4G时代落后的展锐,将在5G时代开启新的发展和赶超步伐。

“展锐是一家完全不一样的公司,你不能用一般的这种写点代码挣点钱的方式去理解它,经过一年多的努力,我们已经让这个公司重新强大起来。”2020年7月,楚庆面对展锐的新晋员工这样说。

展锐的使命是什么

海归创业、国家队、国产替代,20年的 历史 赋予展锐多重面孔。眼下,站在5G关口,展锐要承担什么样的使命?

楚庆曾对员工表示,“5G时代将有成千上万家的企业——它们是花朵,我们是土壤——一定要让它们开得更鲜艳,所以所有业务战略都围绕着一个核心——生态承载者。”

“生态”一词来源于生物学。楚庆认为,未来的数字世界就像生物学的环境一样,各要素之间相互作用。5G的产业环境也将更加复杂,对于5G不能再用某项业务能力或者某个典型技术特征来定义它。随着5G技术的普及,它不仅满足用户移动通信需求,还将满足居住、工作、休闲和交通等各种不同场景的多样化业务需求。

从产业来看,5G必将带来通信业与各行各业的跨界交融。从 社会 发展来看,5G必将带来个人、企业、政府之间全新的协作方式。而5G芯片作为底层支撑,需要更加开放、创新地拥抱生态伙伴。海量设备的连接和多元的业务需求,是展锐在5G时代一个新的机遇。

一直以来,传统的半导体产业似乎是一条链,上游是台积电、中芯国际,中间是展锐等芯片厂商,下游是终端厂商,而5G时代一切都不同了。展锐的客户从电子行业,延伸到 汽车 、医疗、工业等各行各业。5G产业链分为基站系统、网络架构、终端设备和应用场景四个部分,其中终端设备作为5G的载体,不仅是智能手机,更包括AR/VR 、无人驾驶 汽车 、物联网设备等,这些终端都需要基带芯片的支撑。

万物互联所带来的海量数据,正对人工智能形成需求,海量终端处于联网状态,必然对云计算产生巨大需求,展锐的5G芯片能力,需要服务人工智能、云计算公司,这意味着它的合作伙伴从半导体延伸到多元领域。

“展锐要做能够担负大规模生态承载责任的企业,我们战略的核心和使命,是做一个生态承载者”,楚庆的观念是,他更倾向于从 社会 贡献、 社会 价值创造的角度来定义一个企业的成功,而不是单纯以销售额或利润来衡量。

回顾 历史 ,从微软到英特尔,作为生态承载者的企业越来越少,这也更证明生态型公司的稀缺性。随着PC的衰落,新的平台型企业亟待建立。

而基于这样的生态,是为了让 科技 必须服务于 社会 和大多数人。在今年11月的芯片发布会上,楚庆多次提到“人民的5G”这一概念,他认为要做为大多数人服务的5G产品,将来的目标也是构建人民的数字世界,具体到做产品, 要希望人人用得起,处处都好用。

高举连接和智能两面旗帜

未来 社会 必定具备两点因素:一是具有连接性,一个支离破碎没有信息连接的 社会 一定是落后的 社会 ,它不能代表未来;二是具备智能化,没有智能化的 社会 也一定是没有前途的 社会 。 连接和智能一定是未来 科技 的两面旗帜 ”,楚庆表示。

对于“连接”, 楚庆认为,在通信发展 历史 上,先后出现了电话线、光纤,后来又有无线电话、互联网等,现阶段一项伟大的无线通信技术是5G。5G是迄今为止人类最野心勃勃的网络连接计划,它让所有的石头都上网。

对于智能,楚庆表示,AI 同样是一项 科技 革命,它让每一块石头都说话,未来,它将成为一项弥散型技术进入到展锐所有的产品中去。这也是为什么展锐主张连接和智能,就要树立5G和AI两面旗帜。

楚庆曾在2020年中的一次员工培训上说,过去,当一位宽带用户发现家里信号不好,只好致电运营商等待维修。一个令人期待的场景是:在用户感知到问题之前,网络已经先一步自我察觉,并作出调整。这背后是在海量连接的资源分配上,人工智能帮助5G网络做得更加智能,控制整个网络的运转。

细心的用户已经发现,一些商家的客服电话是机器打过来的,而非人工。“机器代人”的场景正在医疗、教育、公共安全上延伸,这也需要5G和人工智能在背后构建一个智慧化的、广泛的连接。

在楚庆看来, 物必须得变得有思考能力,连接才有意义,没有AI的5G将是一条空船。

在中国部署5G的周期中, 人工智能的发展恰逢其时。按照人工智能发展规划,核心产业规模在2021年将超过1500亿元,带动相关产业超过1万亿,而5G所指向的互联 社会 ,也将带来1.5万亿的产业规模。两者共建正在成为一个共识,当前各地政府纷纷出台产业政策,将5G和人工智能纳入发展。

展锐的两面旗帜已经树起来了。2019年8月,展锐发布的首款5G芯片虎贲T7510,该基带芯片是由春藤V510+虎贲T710应用处理器组合而成,公司在后者方案中开始引入高性能AI。在当年,这款虎贲T710还获得了 AI Benchmark 全球性能冠军,被国际AI学术论文收录,能效领先超业界平均水平30%

2020年2月,展锐武器库再次更新——此间发布的新一代5G SoC移动平台—虎贲T7520,已经在AI能力上拥有明显优势。公司也对AI作出了长远布局,2019年8月, 公司与西安交大成立人工智能联合实验室,计划5年内投入1亿,通过产学研融合,深化AI基础研究能力,同时为公司吸纳AI的科研人才。

面向未来的业务领域

在展锐刚刚举办的2020市场峰会上,同时展示了消费电子、工业电子和智能功率电子各业务领域的新技术新产品,所对应的概念是连接、智能、能源。

过去,展锐一直专注于手机芯片的研发,且客户大多在印度拉美非洲等地区。如今,正逐步回归国内。根据公司提供信息,除了三大运营商传音、联想、中兴、魅族、海信等大客户,展锐的生态客户数量正在持续攀升,已达到6000多家。

5G应用的步伐,不止于手机,但智能手机仍然是用户感知5G到来的第一个窗口。 展锐正在5G手机芯片上频频发力,而更高性能、更多技术标准以及运营商采用的不同组网路径,都在为5G芯片商设置更高的门槛。展锐在2019年首次推出了5G手机芯片,包括虎贲T7520——全球首款6nm EUV 5G SoC芯片平台。海信品牌的F50 5G手机也将搭载展锐的5G芯片。

当前5G手机纷纷入市,即便在外观、性能,已经基本达到稳定状态,但仍存在易发热、续航差的问题。为此,芯片厂商与运营商、手机厂商正密集进行网络测试和芯片技术改良。

疫情带来在线内容的爆发,也给芯片商提供了机遇。楚庆表示,2020年上半年,公司为了应对疫情带来的变化,在将近2个月时间内研发了7套针对平板电脑的芯片方案,包括从最高档到最低档的全套芯片。

5G时代,展锐也将工业电子纳入发展重点,设立了工业电子事业部。在楚庆看来,5G的高速率和可控时延的特性,为智能设备的高密度接入提供了存在基础,工厂内机器的高速运转,设备之间配合紧密、协同一致,这些需求恰恰是5G技术所能满足的。

工业电子指向了大批潜在客户,各行各业借助5G提升效率、降低成本,正在成为共识。GSMA(全球移动通信系统协会)在2019年第四季度,对全球具有代表性的三十多家企业进行调研,被调研企业涵盖自亚洲、欧洲、南美、北美以及中东地区,结果表明,制造和能源类企业相对更了解5G的能力,5G的大连接能力可以用更经济、更安全的方式为大量设备联网。这些企业希望通过5G发展工业4.0,促进数字化转型。

展锐还将智能功率业务纳入了事业部

楚庆表示, 智能功率电子是展锐对未来 社会 需求的一个全新把握。

智能功率折射的是一个关于“能源”的新蓝图。以射频前端为例,它是移动通信设备的重要组成部分。随着5G时代的到来,为满足5G高带宽、低时延、大连接的新要求,对射频前端器件提出众多新挑战,不但需要采用新型材料,更需要注入新的产品设计理念。

此外,5G能耗的增加对功率器件也提出了更高要求,展锐智能功率电子的全新布局,恰逢其时。

随着业务部分的调整,在楚庆看来,展锐面向5G布局的第一阶段已经完成,下一步,将开始进入第二阶段——产品实施,明年将有更多令人期待的创新产品。

楚庆表示,对于一家芯片公司,现在所能看到的未来是,首先 社会 的智能化不断加深,体现在它的普及性即广度上;其次是对整个 社会 和人类生活的介入的深度上。无论是广度还是深度,这两个维度都有巨大的扩张空间。楚庆称, “这种扩张空间,根本不是企业延续原有经验能够估计的,所以我们要把翅膀张开,以一种开放的态势,迎接未来。”

沈怡然/文

2019年5月,美国商务部将华为列入实体清单,禁止美国企业向华为出口技术和零部件;2020年5月,美国进一步升级对华为贸易禁令,要求凡使用了美国技术或设计的半导体芯片出口华为时,必须得到美国政府的许可证,进一步切断华为通过第三方获取芯片或代工生产的渠道。

此前,高通、英特尔和博通等美国公司都向华为提供芯片,用于华为智能手机和其他电信设备,华为手机使用谷歌的安卓 *** 作系统。华为自研的麒麟高端手机芯片,也依赖台积电代工。随着美国芯片禁令实施,华为手机业务遭遇重创,消费者业务收入大幅下滑,海外市场拓展也受到影响。

美国凭借芯片技术优势对中国企业“卡脖子”,使半导体产业陡然成为中美 科技 竞争的风暴眼。“缺芯”之痛,突显了中国半导体产业的技术短板。它如一记振聋发聩的警钟,惊醒国人看清国际 科技 竞争的残酷现实。

半导体产业是 科技 创新的龙头和先导,在信息 科技 和高端制造中占据核心地位。攻克半导体核心技术难题,解决高端芯片受制于人的现状,成为中国高 科技 发展和产业升级的当务之急。

全球半导体版图

半导体产业很典型地体现了供应链的全球化,各国在半导体产业链上分工协作,相互依赖。美国、韩国、日本、中国、欧洲等国家或地区发挥各自优势,共同组成了紧密协作的全球半导体产业链。

根据美国半导体行业协会发布的最新数据,美国的半导体企业销售额占据全球的47%,排名第二的是韩国,占比为19%,日本和欧盟半导体企业销售额占比均为10%,并列第三。中国台湾和中国大陆半导体企业销售额占比分别为6%和5%。

具体来看,美国牢牢控制半导体产业链的头部,包括最前端EDA/IP、芯片设计和关键设备等。具体而言,在全球产业链总增加值中,美国在EDA/IP上,占据74%份额;在逻辑芯片设计上,占据67%;在存储芯片设计上,占据29%;在半导体制造设备上,占据41%。

日本在芯片设计、半导体制造设备、半导体材料等重要环节掌握核心技术;韩国在存储芯片设计、半导体材料上发挥关键作用;欧洲在芯片设计、半导体制造设备和半导体材料上贡献突出;中国则在晶圆制造上发挥重要作用。

中国大陆在全球晶圆制造(后道封装、测试)增加值占比高达38%;中国台湾在全球半导体材料、晶圆制造(前道制造、后道封装、测试)增加值占比分别达到22%和47%。

以上国家和地区构成了全球半导体产业供应链的主体。

芯片是人类智慧的结晶,芯片制造是全球顶尖的高端制造产业之一,是典型的资本密集和技术密集行业。制造的过程之复杂、技术之尖端、对制造设备的苛刻要求,决定了芯片产业链的复杂性。半导体制造中的大部分设备,包含了数百家不同供应商提供的模块、激光、机电组件、控制芯片、光学、电源等,均需依托高度专业化的复杂供应链。每一个单一制造链条都可能汇集了成千上万的产品,凝聚着数十万人多年研发的积累。

芯片技术也涉及广泛的学科,需要长时期的基础研究和应用技术创新的成果累积。举例来说,一项半导体新技术方法从发布论文,到规模化量产,至少需要10-15年的时间。作为全球最先进的半导体光刻技术基础的极紫外线EUV应用,从早期的概念演示到如今的商业化花费了将近40年的时间,而EUV生产所需要的光刻机设备的10万个零部件来自全球5000多家供应商。

芯片制造的复杂性,创造了一个由无数细分专业方向组成的全球化产业链。在半导体市场中,专业的世界级公司通过几十年有针对性的研发,在自己擅长的领域建立了牢固的市场地位。比如,荷兰ASML垄断着世界光刻机的生产;美国高通、英特尔、韩国三星、中国台湾的台积电等也都形成了各自的技术优势。目前全世界最先进制程的高端芯片几乎都由台积电和三星生产。

中美芯片供应链各有软肋

“缺芯”,不仅困扰着中国企业。

自去年下半年以来,受新冠疫情及美国贸易禁令干扰,芯片产能及供应不足,全球信息产业和智能制造都遭遇了严重的“芯片荒”。

随着新一轮新冠疫情在东南亚蔓延, 汽车 行业芯片短缺进一步加剧,全球三家最大的 汽车 制造商装配线均出现中断。丰田称 9 月全球减产 40%。美国车企也不能幸免,福特 汽车 旗下一家工厂暂停组装 F-150 皮卡,通用 汽车 北美地区生产线停工时间也被迫延长。

蔓延全球的芯片荒,迫使各国对全球半导体供应链的安全性、可靠性进行重新审视和评估。中美两个大国在半导体供应链上各有优势,也各有软肋。

中国芯片产业起步较晚,但近年来加速追赶。根据中国半导体行业协会统计,2020年中国集成电路产业销售额为8848亿元,同比增长17%,5年增长了超过一倍。其中,设计业销售额为3778.4亿元,同比增长23.3%;制造业销售额为2560.1亿元,同比增长19.1%;封装测试业销售额2509.5亿元,同比增长6.8%。中国2020年出口集成电路2598亿块,出口金额1166亿美元,同比增长14.8%。

中国芯片核心技术与美国有较大差距,主要突破在芯片设计领域,芯片设计水平位列全球第二。在制造的封测环节也不是我们的短板。中国芯片制造的短板主要在三方面:核心原材料不能自己自足、芯片制造工艺与国际领先水平有较大差距、关键制造设备依赖进口。

由于不能独立完成先进制程芯片的生产制造,大量高端芯片依赖进口。2020年中国进口芯片5435亿块,进口金额3500.4亿美元。

美国是世界芯片头号强国,拥有世界领先的半导体公司,但其核心能力是主导芯片产业链的前端,包括设计、制造设备的关键技术等,但上游资源和制造能力也依赖国外。美国在全球半导体制造市场的市占率急速下降,从 1990 年 37% 滑落至目前 12%左右。

波士顿咨询公司和美国半导体行业协会在今年4月联合发布的《在不确定的时代加强全球半导体产业链》的报告显示,若按设备制造/组装所在地统计,2019年中国大陆半导体企业销售额占比高达35%;美国则排名第二,销售额占比为19%。

世界芯片的主要制造产能集中在亚洲, 2020 年中国台湾半导体产能全球占比为 22%,其次是韩国 21%,日本和中国大陆皆为 15%。这意味着美国在芯片的制造和生产环节,也存在很大的脆弱性。这也是伴随东南亚疫情爆发导致芯片产业链产能受限,美国同样遭遇“芯片荒”的原因。

对半导体产业链脆弱性的担忧,推动美国加大对半导体产业的投资和政策扶持。今年5月美国参议院通过一项两党一致同意的芯片投资法案,批准了520亿美元的紧急拨款,用以支持美国半导体芯片的生产和研发,以提升美国国内半导体产业链的韧性和竞争力。今年2月24日,美国总统拜登签署一项行政命令,推动美国加强与日本、韩国及中国台湾等盟国/地区合作,加速建立不依赖中国大陆的半导体供应链。

除了产能问题,美国在全球半导体竞争中的另一个软肋就是对中国市场的依赖。中国是全球最大的半导体需求市场,每年中国半导体的进口额都超过3000亿美元,大多数美国半导体龙头企业至少有25%的销售额来自中国市场。可以说,中国是美国及全球主要半导体供应商的最大金主。如果失去中国这个最富活力、最具成长性的市场,那么依赖高资本投入的美国各主要芯片供应商的研发成本将难以支撑,影响其研发投入及未来竞争力。

这从另一方面说,恰是中国的优势,中国庞大的市场需求和发展空间,足以支撑芯片产业链的高强度资本投入与技术研发,并推动技术和产品迭代。

“中国芯”提速

随着中国推进《中国制造2025》,芯片制造一直是中国 科技 发展的优先事项。如今,美国在芯片供应和制造上进行霸凌式断供,使中国构建自主可控、安全高效的半导体产业链的目标更加紧迫。

客观上,半导体产业链需要各国协作,这从成本和技术进步角度,对各国都是互利共赢。但美国的断供行为改变了传统的商业与贸易逻辑。在大国竞争的背景下,对具有战略意义的半导体和芯片产业链,安全、可靠成为主导的逻辑。

中国要成为制造强国,实现在全球产业链、价值链的跃升,摆脱关键技术受制于人的困境,芯片制造这道坎儿就必须跨过。

随着越来越多的中国高 科技 企业被列入美国实体清单,迫使半导体产业链中的许多中国企业不得不“抱团取暖”,携手合作,努力寻求供应链的“本土化”。“中国芯”突围,成为中国 科技 界、产业界不得不面对的一场“新的长征”。中国半导体产业进入攻坚期,也由此迎来发展的重大战略机遇期。

在国家“十四五”规划和2035远景目标纲要中,把 科技 自立自强作为创新驱动的战略优先目标,致力打造“自主可控、安全高效”的产业链、供应链;国家将集中资金和优势 科技 力量,打好关键核心技术攻坚战,在卡脖子领域实现更多“由零到一”的突破。国家明确提出到2025年实现芯片自给率70%的目标。

2020年8月,国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,瞄准国产芯片受制于人的短板,在投融资、人才和市场落地等方面进一步加大政策支持,助力打通和拓展企业融资渠道,加快促进集成电路全产业链联动,做大做强人才培养体系等。

全国多地制定半导体产业发展规划和扶持政策,积极打造半导体产业链。长三角地区是我国半导体产业重点聚集区,深圳市则是珠三角地区集成电路产业的龙头,京津冀及中西部地区的半导体产业也正在加快布局。

作为中国创新基地,上海市政府6月21日发布《战略性新兴产业和先导产业发展“十四五”规划》,其中集成电路产业列为第一位的发展项目,提出产业规模年均增速达到20%左右,力争在制造领域有两家企业营收进入世界前列,并在芯片设计、制造设备和材料领域培育一批上市企业。

上海市的规划中,对芯片制造也制定出具体目标和实施路径:加快研制具有国际一流水平的刻蚀机、清洗机、离子注入机、量测设备等高端产品;开展核心装备关键零部件研发;提升12英寸硅片、先进光刻胶研发和产业化能力。到2025年,基本建成具有全球影响力的集成电路产业创新高地,先进制造工艺进一步提升,芯片设计能力国际领先,核心装备和关键材料国产化水平进一步提高,基本形成自主可控的产业体系。

上海联合中科院和产业龙头企业,投资5000亿元,打造世界级芯片产业基地:东方芯港。目前东方芯港项目已引进40余家行业标杆企业,初步形成了覆盖芯片设计、特色工艺制造、新型存储、第三代半导体、封装测试以及装备、材料等环节的集成电路全产业链生态体系。

在国家政策指引和强劲市场的驱动下,国家、企业、科研机构、大学、 社会 资金等集体发力,中国芯片行业正展现出空前的发展动能和势头。

在外部倒逼和内部技术提升的共同作用下,中国芯片产业第一次迎来资金、技术、人才、设备、材料、工艺、设计、软件等各发展要素和环节的整体爆发。国产芯片也在加速试错、改造、提升,正在经历从“不可用”到“基本可用”、再到“好用”的转变。

中国终将重构全球半导体格局

中国芯片制造重大技术突破接踵而至:

中微半导体公司成功研制了5纳米等离子蚀刻机。经过三年的发展,中微公司5纳米蚀刻机的制造技术更加成熟。该设备已交付台积电投入使用。

上海微电子已经成功研发出我国首款28纳米光刻机设备,预计将在2021年交付使用,实现了光刻机技术从无到有的突破。

中芯国际成功推出N+1芯片工艺技术,依托该工艺,中芯国际芯片制程不断向新的高度突破,同时成熟的28纳米制程扩大产能。

7月29日,南大光电承担的国家 科技 重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”之光刻胶项目通过了专家组验收。

8月2日青岛芯恩公司宣布8寸晶圆投片成功,良率达90%以上,12寸晶圆厂也将于8月15日开始投片。

2017年,合肥晶合集成电路12寸晶圆制造基地建成投产,至2021年合肥集成电路企业数量已发展到近280家。

中国半导体行业集中蓄势发力,在关键技术和设备等瓶颈领域,从无到有,由易入难,积小成而大成,关键技术和工艺水平正在取得整体跃迁。

小成靠朋友,大成靠对手。某种意义上,我们应该感谢美国的遏制与封锁,逼迫我们在芯片和半导体行业加速摆脱对外部的依赖。

回望新中国 科技 发展史,凡是西方封锁和控制的领域,也是中国技术发展最快的领域:远的如两d一星、核潜艇,近的如北斗导航系统以及登月、空间站、火星探测等航天工程。在外部压力的逼迫下,中国 科技 与研发潜能将前所未有地爆发。

实际上,中国的整体 科技 实力与美国的差距正在迅速缩小。在一些尖端领域,比如高温超导、纳米材料、超级计算机、航天技术、量子通讯、5G技术、人工智能、古生物考古、生命科学等领域已经居于世界前沿水平。

英国世界大学新闻网站8月29日刊发分析文章,梳理了中国 科技 水平的颠覆性变化:

在创新领域,中国在全球研发支出排名第二,全球创新指数在中等收入国家中排名第一,正在从创新落伍者转变为创新领导者。

人才方面,拥有庞大的高端理工人才库,中国已是知识资本的重要创造者,美中 科技 关系从高度不对称转变为在能力和实力上更加对等。

技术转让方面,中国从单纯的学习者和技术接收者,转变为技术转让的来源和跨境技术标准的塑造者。

人才回流,中国正在扭转人才流失问题,积极从世界各地招募科学和工程人才。

这些变化表明,中国 科技 整体实力已经从追赶转变为能够与国际前沿竞争,由全球 科技 中的边缘角色转变为具有重要影响力的国家之一。

中国的基础研究水平也在突飞猛进。据《日经新闻》8月10日报道,在统计2017年至2019年间全球被引用次数排名前10%的论文时,中国首次超过美国,位居榜首位置。报道还着重指出中国在人工智能领域相关论文总数占据20.7%,美国为19.8%,显示中国在人工智能领域的研究成果正在超越美国。

另有日本学者在研究2021QS世界大学排名后,发现世界排名前20的理工类大学中,中国有7所上榜,清华大学居于第一位,而美国有5所。如果进一步细分到“机械工程”、“电气与电子工程”,中国大学在排名前20中的数量更是全面碾压美国。

芯片技术反映了一个国家整体 科技 水平和综合研发实力,中国的基础研究、应用研究、人才实力具备了突破芯片核心技术的基础和能力。

正如世界光刻机龙头企业——荷兰ASML总裁温尼克今年4月接受采访时所说:美国不能无限打压中国,对中国实施出口管制,将逼迫中国寻求 科技 自主,现在不把光刻机卖给中国,估计3年后中国就会自己掌握这个技术。“一旦中国被逼急了,不出15年他们就会什么都能自己做。”

温尼克的忧虑,正在一步步变成现实。全球半导体产业正进入重大变革期,中国在芯片制造领域的发愤图强,正在改写世界半导体产业的竞争格局。

中国的市场优势加上国家政策优势、资金优势以及基础研究的深入,打破美国在芯片制造领域的技术垄断和封锁,这一天不会太遥远。


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