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超全面的芯片百寶箱,十種最常見的芯片産業特點

发布时间:2019-03-18 作者:videasoft 次数:67次

超全面的芯片百寶箱,十種最常見的芯片産業特點


芯片作爲一種最常見的産品,廣泛應用于生活的方方面面,隨著國家對芯片産業的重視加強,越來越多的中國芯片企業開始在全球市場上嶄露頭角。芯片並非千篇一律,目前廣泛應用的芯片有近百種,常見的也很多,比如下面的十種芯片,它們的産業特點是什麽,一起來學習下吧!


一、ADC芯片産業的特點

目前ADC芯片主要的供應商是德州儀器、亞德諾等公司,中國是全球最主要的ADC芯片需求方,但是國內能造出高精度的ADC芯片企業微乎其微,即便造出來了,性能和價格也無法跟上市場的節奏。可以這麽說,在核心的ADC芯片供給率上,國産占有率幾乎爲零。

芯片有幾千種,ADC芯片就是最難造的幾種之一。ADC也叫模數轉換器,是指將連續變化的模擬信號轉換爲離散的數字信號的器件。真實世界的模擬信號,例如溫度、壓力、聲音或者圖像等,需要轉換成更容易儲存、處理和發射的數字形式。模/數轉換器可以實現這個功能,在各種不同的産品中都可以找到它的身影,在實際應用中,爲了實現微型化,通常做成ADC芯片。

造芯片是非常精密的工藝,通常芯片單位爲納米,一納米也就是十萬分之一毫米,這對設計、制造工藝都有非常嚴格、高標准的要求。僅從産品種類來說,芯片的種類就有幾十種大門類,上千種小門類,如果涉及設備流程的話就更多了。以通信基站爲例,裏面有上百顆芯片,基站發射回收信號,收回信號後首先要有芯片濾波;然後還有芯片將這種特別小的信號放大;再有芯片進行解析、處理;然後是芯片負責傳輸、分發等等,每個過程都需要芯片處理。

由于系統的實際對象往往都是一些溫度、壓力、位移、圖像等模擬信號,要使計算機或數字産品等能識別、處理這些信號,必須首先將這些模擬信號轉換成數字信號,這就需要ADC。而經計算機分析、處理後輸出的數字量也往往需要將其轉換爲相應模擬信號才能爲執行機構所接受。


电子芯片.png

據相關數據顯示,2017年ADC芯片銷售額爲545億美元,預計到2022年,全球ADC芯片市場規模可達748億美元,市場前景非常可觀。未來幾年支撐ADC芯片增長的主要驅動力是5G、人工智能、物聯網、汽車電子等新興應用,這些相關的産品或技術對信號處理的需求大漲。

高精度的ADC芯片難造,目前幾乎一半的電子産品中,都有ADC芯片,隨著客戶對電子産品信號要求越來越高,高精度的ADC芯片成市場剛需。全球能生産出高性價比的高精度的ADC芯片的企業不到十家,而又以美國企業爲主。一款好的ADC芯片體現在高精度、低功耗、轉換效率等指標上,目前制造ADC芯片的溫度傳感器和高精度振蕩器非常緊缺,這也是國內企業的一大痛點。

除此之外,隨著全球微型化工藝的進步,ADC芯片在尺寸上越來越小;同時客戶對芯片的耐操性逐漸提升,這要求芯片在選型上更加精確,這給芯片的通道選擇、PGA選擇、輸出速率等選擇上增加了很大的難度,對于初創企業而言,進軍ADC芯片就是一個不斷挑戰的“巨坑”。

ADC芯片産業更新換代快,芯片産業遵循摩爾定律,集成電路上可容納的元器件的數目,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍,也就是每一美元所能買到的電腦性能,將每隔18-24個月增加一倍。ADC芯片産業比普通的芯片更新叠代更快。據悉,全球ADC芯片行業大致以4-6年爲一個周期,更新的速度與宏觀經濟、下遊應用需求及自身産能庫存等因素密切相關,電子産品更新快,那麽ADC芯片性能必然也快。

ADC芯片生産工序多,芯片制造本來涉及的工藝多,幾千道工序想想就可怕。ADC芯片相對于普通芯片,生産的工序非常複雜。ADC芯片一般包含操作寄存器、中斷寄存器、轉換存儲控制器,在工藝制造過程中,ADC芯片有一個步驟需要消除ADC發泡劑工序産生的酸霧和雜質,這樣才能保住轉換信號的精度,在制造上,對機器和環境的要求頗高。

二、矽光芯片産業

硅光芯片是光子芯片中最常见的一种,这种芯片利用的是半导体发光技术。2016 年,科学家们提出了一种使用光子代替电子为理论基础的计算芯片架构,由于光和透镜的交互作用过程本身就是一种复杂的计算,并使用多光束干涉技术,就可让相关系寻反应所需要的计算结果,这种芯片架构也叫可程序设计纳米光子处理器。

近日,有媒體報道,我國自行研制成功的“100G矽光收發芯片”正式投産使用。據OFweek電子工程網獲悉,這款矽光芯片面積不到30平方毫米,但是上面集成了光發送、調制、接收等六十多個有源和無源光元件,是目前國際上已報道的集成度最高的商用矽光子集成芯片之一。

能取得這樣的成績並不驚訝,因爲我國對矽光芯片産業非常重視。一方面是由于我國是通訊大國,通訊技術是衡量大國的關鍵指標之一,而光通信最關鍵的技術就是光子芯片;另一方面是我國電子芯片産業相對薄弱,全球光子芯片産業剛剛起步,對于我們並肩歐美甚至趕超,這是一個很好的超車機遇。

我們要想真正在矽光芯片上成爲全球的領導者,不是砸點資金和人力就可以實現。因爲目前美國、日本在這個産業上也投入了重金和精力,中國的優勢並不明顯,甚至有點落後。目前,國內僅有光迅科技、海信、華爲、烽火等少數廠商可以生産中高端芯片,但總體供貨有限,高端芯片嚴重依賴于博通、三菱等美日公司。

矽光芯片發展的技術難題有很多。包括矽光子芯片技術的設計痛點,矽光芯片的設計方面面臨著架構不完善、體積和性能平衡等難題。矽光芯片的設計方案有三大主流:前端集成、混合集成和後端集成。前端集成的缺點是面積利用率不高、SOI襯底光/電不兼容、靈活性低和波導掩埋等,在工藝上的成本超高;後端集成在制造方面難度很大,尤其是波導制備目前而言很有挑戰;至于混合集成,雖然工藝靈活,但成本較高,設計難度大。

矽光子芯片技術的制造難題,矽光芯片的制造工藝面臨著自動化程度低、産業標准不統一、設備緊缺等技術難關。由于光波長難以壓縮,過長的波長限制芯片體積微縮的可能。同時光學裝置須要更精確的做工,因爲光束傳輸的些微偏差會造成巨大的問題,相對需要高技術及高成本。光子芯片相關的制程技術尚有待完善,良品率和成本將是考驗産業的一大難題。

矽光子芯片面臨的封裝困擾,芯片封裝是任何芯片的必經流程,關于矽光子的芯片封裝問題,這是目前行業的一大痛點。矽光芯片的封裝主要分爲兩個部分,一部分是光學部分的封裝,一部分是電學部分的封裝。從光學封裝角度來說,因爲矽光芯片所采用的光的波長非常的小,跟光纖存在著不匹配的問題,與激光器也存在著同樣的問題;不匹配的問題就會導致耦合損耗比較大,這是矽光芯片封裝與傳統封裝相比最大的區別。用矽光做高速的器件,隨著性能的不斷提升,pin的密度將會大幅度增加,這也會爲封裝帶來很大的挑戰。

産業相關的器件難題,矽光芯片需要的器件很多,而目前仍有很多相關技術難題未解決。如矽基光波導主要面臨的産品化問題:矽基光電子需要小尺寸、大帶寬、低功耗的調制器。有源光芯片、器件與光模塊産品是重點器件,如陶瓷套管/插芯、光收發接口等組件技術目前尚未完全掌握。

在摩尔定律的推动下,经过几十年的发展,电子芯片逐渐遇到性能瓶颈,尤其是速度与大数据带来的巨大压力。光子芯片具有明显的速度优势,可使芯片运算速度得到巨大提升。伴随着人工智能、物联网发展,光子芯片在智能终端、大数据、超算等领域将发挥巨大作用。正是有着如此多的优势和特点,在大数据、生命科学、激光武器等高端领域其作用不可替代。未来,光子芯片的前景广阔,其应用未必比电子芯片少。可以预见的是, 将来是一个光子芯片、电子芯片平分天下的局面。

三、存儲芯片産業

存儲芯片作爲半導體元器件中不可或缺的組成部分,有著非常廣泛的應用,在內存、消費電子、智能終端等領域均有運用。隨著大數據、雲計算、物聯網等發展,其在整個産業鏈中扮演的角色將更加重要。過去,我國的存儲芯片基本依賴于進口,三星、東芝、SK海力士、美光等美日韓企業占據主要市場份額。近年來,國家把集成電路産業列爲“十三五”期間重要的新型戰略性産業,國産化“存儲芯片”開始逐步崛起,以長江存儲、晉華、長鑫等國內企業在技術上不斷取得突破,爲“中國芯”貢獻自己的力量。

我国正处在由低端制造业转向高尖端工业化的进程中,产业转型迫在眉睫,信息化已经上升为国家战略的一部分,存储芯片在推动国家信息化上承担着关键作用。存储芯片可分为易失性存储器和非易失性存储器,目前主流的存储器是DRAM与NAND Flash,两者占存储器市场的九成以上。

存储芯片除了满足基本的存储功能,未来,带有各种处理器内核的SoC以及集成更多处理能力的FPGA产品将成为市场新需求。对于存储市场而言,借助FPGA来实施嵌入式解決方案,可以定制实现其系统处理能力、外围电路和存储接口,并快速提高产品的核心竞争力。

研發存儲芯片的意義不僅僅在于其功能與作用上,對于國家而言,大力發展存儲芯片産業至少有三層重要的意義。一是降低成本,提升國産化市場占有率。前幾年,內存漲價一直是困擾很多國內電子廠商的“心病”,由于內心芯片的國産化很低,導致很多國外廠商瘋狂漲價,對整個産業鏈影響很大。而正是外企的壓力,更加堅定了國內廠商發展自産內存芯片的決心,以紫光集團爲代表的企業投資了好幾個內存廠家。二是掌握核心技術,不再受制于人。存儲芯片又被稱爲電子産品的“糧食”,一般占産品成本的二成左右,在競爭激烈的電子産業鏈裏面,沒有核心技術的企業,很容易被“卡脖子”,畢竟誰都不希望“中興”這樣的事情再次發生。盡管中國是全球最大的手機制造生産基地,但內存芯片的自給率不到一成,在動蕩的全球貿易局勢中,這是一個很大的缺陷。三是助力“大國”崛起,提升國際話語權。中國自古以來就以“大國”自居,在GDP坐穩全球第二的形勢下,産業化升級成爲當前的主要任務之一,芯片技術作爲頂尖的科技,既爲企業賺取了大部分利潤,也能提升國家的話語權。以美國爲例,無論是電腦芯片、通訊芯片還是存儲芯片,它都是市場的領導者,因此它才有了對很多國家“指手畫腳”的籌碼。

近年來,隨著政府和企業的努力,國産內存芯片的市場呈現穩中有升的形勢,據海關總署數據,2017年一季度,我國芯片進口額爲505.16億美元,同比上漲7.62%。企業紛紛加大研發與建廠,推動中國存儲芯片的量産化,以長江存儲、晉華、長鑫等爲代表。

据悉,前不久,长江存储的3D NAND闪存已经获得第一笔订单,总计10776颗芯片,将用于8GB USD存储卡产品;明年,长江存储还将开始64层堆叠闪存。2018年1月,合肥DRAM一期一厂厂房建设完成,并开始设备安装,年底将启动生产8GB DDR4工程样品,预计2019年底实现单月产能2万片。2018年4月,晋华集成电路存储器生产线项目举行钢结构吊装仪式。

在內存芯片的前沿技術上,中國的科研人員也在不斷取得新突破,近日,中國投資130億元開建PCM相變內存,性能是普通存儲芯片的1000倍。由複旦大學微電子學院教授張衛、周鵬帶領的團隊研發了一種新的二維非易失性存儲芯片,是傳統二維存儲芯片的100萬倍,刷新時間是內存的156倍。

盡管國內的內存芯片廠商取得了一些成績,但我們得清醒地認識到,在核心技術、市場份額、人才儲備等方面,差距仍然很大。近年來,很多國外廠商以知識産權等方式壓制國內廠商,這更要求企業擁有自己的核心技術。存儲芯片的國産化是未來國家戰略的一部分,企業除了閉門造車,也得時刻關注政策、市場變化,通過産業鏈引導來滿足更多規模的應用,只有讓相關産業鏈的企業享受到經濟收益,才能發揮存儲芯片的價值,做出最有市場價值的存儲芯片。

四、比特幣ASIC礦機芯片産業

比特幣一詞的出現帶動了礦機市場的火爆,隨著越來越多的人加入其中,算力強悍、價格合理的礦機一時間成爲比特幣玩家爭奪的關鍵産品。作爲當前主流礦機的核心,比特幣ASIC芯片自然是影響礦機性能的關鍵指標。

矿机一般指可以运行挖矿软件的电脑,相对于普通的电脑,矿机运行速度更快、功耗更低。比特币玩家们为了提高挖矿收益比,会选择高性能的矿机进行操作,同时在矿机上安装多块显卡,增加ASIC专用芯片等,让挖矿更顺利。按照芯片类型分类,矿机可分为 ASIC矿机、GPU矿机、FPGA矿机、 CDN矿机……本文将重点和大家聊聊ASIC矿机的那些事。

ASIC礦機芯片是ASIC礦機的核心,也是整台設備的關鍵。目前全球從事ASIC礦機芯片研究的企業不到50家,其中中國的企業市場份額占比超50%,這是我們值得驕傲的一塊芯片市場。世界三大礦機生産商比特大陸、嘉楠耘智和億邦科技均誕生在國內,其中比特大陸作爲全球最大的比特幣礦機生産商,市場占有率超過一半。

隨著制作工藝的不斷提升,比特幣挖礦已經逐步進入恐怖的軍備競賽,挖礦變得越來越專業。作爲ASIC礦機芯片企業,唯有將自身的技術突破並領先,方能快速占領市場。近日,知名礦機ASIC廠商嘉楠科技首發了7nm工藝的ASIC芯片,並應用在旗下的阿瓦隆A9礦機上,比特幣挖礦性能從之前的14T提升到最高30T,性能翻倍,同時能耗只有之前的一半左右。

7nm工藝被譽爲半導體産業的一道坎,嘉楠科技之所以這麽重視研發,是因爲ASIC芯片技術不同于FPGA/CPLD等,它是一種專用芯片技術,難度並沒有SOC級芯片技術高。在工藝上的突破是目前最有效的一種方式。

不同于嘉楠科技,比特大陸則借助AI技術助力自己的ASIC礦機芯片提升性能。近年來,人工智能技術的發展給很多行業帶來了新的生命力,ASIC礦機芯片發展至今,“AI+ASIC芯片”是一種新的研究策略。據比特大陸的詹克團先生認爲,ASIC設計起來比CPU、GPU簡單,且更適合實現深度學習算法,因此他們選擇推出ASIC芯片爲人工智能助力。據介紹,這是一顆面向深度學習應用的張量計算加速處理的專用定制芯片,適用于CNN、RNN、DNN等深度神經網絡的推理預測和訓練。比特大陸作爲行業的領導者,其推出的BM1680礦機芯片一出現,迅速成爲AI芯片領域的一匹黑馬。

五、電視芯片産業

近年來,國內電視芯片企業逐漸崛起,尤其是4K電視芯片領域,國內企業占比超過六成,湧現了華爲海思、海信、海爾、銳迪科、晶晨半導體等知名的電視芯片廠商。

在黑白電視和早期的彩色電視時代,屏幕才是電視企業最關注的參數之一,電視芯片的地位無足輕重。隨著人們對電視的畫質、便捷性要求越來越高,互聯網、高清、智能電視時代的來臨,電視芯片成爲了衆多電視廠商爭相競爭的關鍵籌碼,芯片性能對于電視的體驗至關重要。不同于手機芯片需要“操心”的事情那麽多,電視芯片主要控制電視的畫質、音質、運行速度、解碼功能等,但同樣不可或缺。

智能電視是一種搭載了操作系統的全開放式的平台,像智能手機一樣,用戶可以自行安裝和卸載軟件、遊戲等第三方服務商提供的程序,通過此類程序來不斷對彩電的功能進行擴充,並可以通過網線、無線網絡來實現上網沖浪。智能電視要實現“智能”首先意味著硬件技術的升級和革命,只有配備了業界領先的高配置、高性能芯片,才能順暢運行大型3D體感遊戲和各種軟件程序。智能電視需要既能完成傳統電視的解碼顯示功能,又能運行操作系統和衆多應用,因此芯片設計上兩方面均要兼顧,可以說電視芯片是智能電視的“大腦”。

和其它芯片的發展一樣,大陸早期的電視芯片幾乎全是進口,而這其中,台灣芯片占據了市場主流,晨星、聯發科、聯詠科技、瑞昱半導體四大電視芯片企業壟斷國內市場。早期我國的芯片設計人才緊缺、企業資金有限,多方面原因造成了電視芯片對進口的依賴。

目前國內電視芯片的當紅“炸子雞”當屬華爲海思,華爲海思的hi3751V600、hi3751V510芯片,正成爲多個品牌4K電視的“心髒”,包括夏普、海信、康佳等多個品牌都使用上了海思芯片,目前出貨量超過千萬顆,國內市場份額超過三成。如今,銳迪科、晶晨半導體等廠商市場份額也在提升。

據相關數據統計,2017年上半年,在中國液晶電視主控芯片市場,晨星台灣市場份額約四成,聯發科技市場份額約5%,合計低于五成,市場份額明顯下降,這主要得益于一些新的廠商的崛起。而在4K電視主控芯片領域,國內芯片企業占比超過60%。

六、顯示芯片産業

提到顯示芯片,我們首先想到的是英偉達,沒錯,顯示芯片就是一個壟斷的行業。顯示芯片是顯卡的核心芯片,它的性能好壞直接決定了顯卡性能的好壞,它的主要任務就是處理系統輸入的視頻信息並將其進行構建、渲染等工作。顯示主芯片的性能直接決定了顯示卡性能的高低。不同的顯示芯片,不論從內部結構還是其性能,都存在著差異,而其價格差別也很大。

顯示芯片在顯卡中的地位,就相當于電腦中CPU的地位,是整個顯卡的核心。因爲顯示芯片的複雜性,目前設計、制造顯示芯片的廠家只有NVIDIA、ATI兩家公司,SIS、VIA等公司都是生産集成顯卡芯片。家用娛樂性顯卡都采用單芯片設計的顯示芯片,而在部分專業的工作站顯卡上有采用多個顯示芯片組合的方式。


顯示芯片的制造工藝與CPU一樣,也是用微米來衡量其加工精度的。制造工藝的提高,意味著顯示芯片的體積將更小、集成度更高,可以容納更多的晶體管,性能會更加強大,功耗也會降低。和中央處理器一樣,顯示卡的核心芯片,也是在矽晶片上制成的。顯示芯片難造在于它的集成度和強大的處理能力,比普通芯片更難集成。采用更高的制造工藝,對于顯示核心頻率和顯示卡集成度的提高都是至關重要的,而且重要的是制程工藝的提高可以有效的降低顯卡芯片的生産成本。

顯示芯片位寬是指顯示芯片內部數據總線的位寬,也就是顯示芯片內部所采用的數據傳輸位,主流的顯示芯片基本都采用了256位的位寬,采用更大的位寬意味著在數據傳輸速度不變的情況,瞬間所能傳輸的數據量越大。就好比是不同口徑的閥門,在水流速度一定的情況下,口徑大的能提供更大的出水量。顯示芯片位寬就是顯示芯片內部總線的帶寬,帶寬越大,可以提供的計算能力和數據吞吐能力也越快,是決定顯示芯片級別的重要數據之一。

目前已推出最大顯示芯片位寬是512位,那是由Matrox公司推出的Parhelia-512顯卡,這是世界上第一顆具有512位寬的顯示芯片。而市場中所有的主流顯示芯片,包括NVIDIA公司的GeForce系列顯卡,ATI公司的Radeon系列等,全部都采用256位的位寬。這兩家目前世界上最大的顯示芯片制造公司也將在未來幾年內采用512位寬。顯示芯片位寬增加並不代表該芯片性能更強,因爲顯示芯片集成度相當高,設計、制造都需要很高的技術能力,在其它部件、芯片設計、制造工藝等方面都完全配合的情況下,顯示芯片位寬的作用才能得到體現。

以英伟达为例,它拥有业界最多的显示芯片专利,一直以来,致力于研发和提供引领行业潮流的先进技术,包括英伟达 SLI技术,能够灵活地大幅提升系统性能的革命性技术,和英伟达 PureVideo高清视频技术。当然对于所有芯片而言,芯片在成型之前,其实只是一块十分普通的硅片,此时如果想要在硅片成为一块具有重要作用的芯片的话,就必须要通过光刻机的雕刻,这里的雕刻就不是指的雕艺术品的雕刻技术,而是要通过光刻机来对硅片进行的线路的刻画,以及对于将功能区也刻画出来,所以说没有光刻机的话,就算是有资金和技术,一些也都等于零,显示芯片集成度很高,也是一大原因。

由于我國芯片産業的落後,在很多領域,芯片都是依賴進口,顯卡芯片作爲最高端的芯片之一,國內幾乎沒有企業能觸及到。盡管如此,但相信未來我國仍能生産出高端的顯卡芯片,因爲我們有著核心的人才的生態體系。

七、5G芯片産業

如今,我們生活在一個高速發展的全球信息化時代,整個經濟就像地球一樣緊密地融合在一起,任何一項新技術的進步都將帶來整個産業的全方位變革,5G技術將是未來幾年引領時代變革和進步的核心驅動力之一。大家之所以如此看好5G技術的前景,一方面由于它是未來信息基礎設施的核心,高速率、高帶寬滿足人們對通訊日益增長的新要求;另一方面是因爲5G技術爲實現真正的“萬物互聯”提供了可能性,而5G芯片是其中最關鍵的技術。

正是因爲對5G芯片市場前景的看好,國外芯片巨頭如高通、英特爾、三星等均在積極研發,力爭早日實現5G芯片的商用。這一次巨大的機遇,中國企業也不想錯過,以海思、聯發科、展銳、大唐聯芯等企業紛紛加入5G芯片爭奪戰。一時間,形成了中外“齊頭並進”的市場格局。

作为4G通讯芯片的领头羊,高通对5G的重视和投入让对手颤抖!很多的5G专利掌握在这个巨头的手中。早在十多年前,高通就开始研究5G技术,在5G芯片的商用上,高通也快人一步,据业内可靠消息,高通的5G芯片将于本月发布, 首款搭载高通骁龙855处理器的手机将是三星,届时,三星手机Galaxy S10也将成为全球首款5G手机。

近年来,高通的5G芯片技术是好消息不断,去年10月,基于骁龙X50 5G调制解调器芯片组在28GHz毫米波频段上实现首个正式发布的5G数据连接。一直对通讯芯片市场不甘心的英特尔,自然对5G芯片不会轻易放过,这一次,英特尔没有落后老对手高通。也是在去年,英特尔推出XMM8060调制解调器,这是一款5G调制解调器。之前坊间传闻,苹果若明年推出5G iPhone,很可能采用英特尔的这款基带芯片。尽管三星手机和高通芯片合作频频,但是三星仍投入了很多精力自主研发5G芯片技术。近日,三星推出了自研的5G基带Exynos Modem 5100,这是全球首款符合3GPP标准的5G基带。据内部人士透露,三星很可能明年推出运用自研的5G基带技术的手机。

同樣在5G芯片技術上投入巨大的華爲海思,近年來也在積極地推動其發展。2018年2月,海思發布了旗下首款5G商用芯片——華爲5G芯片巴龍5G01,這是全球首款投入商用的、基于3GPP標准的5G芯片,支持全球主流5G頻段。之前華爲公司表示,將在明年推出支持5G的麒麟芯片,于明年中旬推出支持5G的智能手機。

作为老牌的手机芯片企业,联发科对5G芯片技术的研发也不敢落下。近日,联发科展示了其5G原型机,其中这款机器搭载了自研的5G基带芯片MTK Helio M70,据悉,它们将在2019年为智能手机供应5G芯片。

相對于高通、華爲等芯片巨頭,紫光展銳的5G芯片布署相對較晚,但發展很快。近日,它們成功進行了5G新空口互操作研發測試,這是5G技術研發測試中最重要一環。據紫光展銳透露,它們將在2019年推出5G芯片,2020年進一步推出5G單芯片。

隨著5G商用化進程的推進,通訊芯片的國産化陣營越來越多,這也爲“中國芯”的崛起提供了更多的有生力量。但需要認清的是,以目前的現狀而言,在5G芯片技術上,國內外的差距仍有很多。

在芯片生態上,國內5G芯片企業,除了華爲有自己的優勢之外,其它企業很難形成對國外企業的威脅。由于5G芯片的關鍵裝備及材料配套由國外企業掌控,導致依賴進口嚴重;我國的5G芯片設計、制造、封測及配套等産業鏈上下遊協同性不足;我國的通訊芯片供給客戶不足,高通的市場份額占主流。對于手機廠商而言,合作的首款5G芯片,高通仍是首選。

不同于4G芯片, 5G芯片不仅仅用于手机,它将是物联网时代的标配技术,在无人驾驶、工业互联网、智能家居、零售、物流、医疗、可穿戴等领域都将大有用途。据相关数据预测,2035年5G将带来十万亿美元的经济效益。值得一提的是,很多5G手机将于2019年6月正式推向市场,届时,将是5G技术商用化的一个节点,同时也是检验这些国产5G芯片企业实力的关键时期,到底结果如何,我们拭目以待。


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八、物聯網芯片産業

隨著全球信息産業的發展,未來將是一個高速、龐大、准確的信息化時代,芯片作爲信息的處理核心,在整個産業鏈中扮演著至關重要的作用。不同于PC、手機芯片市場,物聯網芯片市場將呈現一種多樣化、場景化的局面,沒有任何一家巨頭能獨自應對巨大的市場需求,場景的多樣化是物聯網芯片市場的特點。據公開數據預測,2020年中國的物聯網芯片市場將達到百億美金級別。

過去二十年,以電腦、手機、互聯網等爲主的信息市場發展迅速,隨著手機、互聯網等市場陷入一種瓶頸,發展步伐放緩,物聯網技術成爲消費升級的關鍵驅動力。從“人人通訊”到“物物通訊”,對于芯片産業而言,物聯網給行業帶來了新的機遇,以物聯網相關的四種芯片將成爲行業的主力軍。

物聯網安全芯片,物聯網時代對安全的需求更高,與之相關的安全芯片也成爲市場的“香饽饽”,市場前景不可限量。安全芯片就是可信任平台模塊,是一個可獨立進行密鑰生成、加解密的裝置,內部擁有獨立的處理器和存儲單元,可存儲密鑰和特征數據,爲電腦提供加密和安全認證服務。

安全芯片所起的作用相當于一個“保險櫃”,最重要的密碼數據都存儲在安全芯片中,安全芯片通過SMB系統管理總線與筆記本的主處理器和BIOS芯片進行通信,然後配合管理軟件完成各種安全保護工作。

安全芯片的主要作用包括加密和存儲和管理密碼。安全芯片除了能進行傳統的開機加密以及對硬盤進行加密外,還能對系統登錄、應用軟件登錄進行加密。比如目前常用的MSN、QQ、網遊以及網上銀行的登錄信息和密碼,都可以通過TPM加密後再進行傳輸,這樣就不用擔心信息和密碼被人竊取。

以往這些都是由BIOS做的,忘記了密碼只要取下BIOS電池,給BIOS放電就清除密碼了。如今這些密鑰實際上是存儲固化在芯片的存儲單元中,即便是掉電其信息亦不會丟失。相比于BIOS管理密碼,安全芯片的安全性要大爲提高。據相關數據統計,2011-2017年間,我國的安全芯片市場規模增長迅速,基本保持了三成左右的增長率,其中,2017年我國安全芯片市場接近80億元。

身份識別芯片,因爲人的身體特征具有唯一性,近年來身份識別成爲物聯網安全技術的一種新寵。身份識別是指對人體的身體特征進行身份驗證的一種技術,如指紋、聲音、面部、骨架、視網膜、虹膜等都是其識別對象。人臉識別、虹膜識別等相關技術已得到普及,應用于多個領域。

未來,身份識別芯片將安裝于各種電子産品或應用系統中,對系統中的模塊、組件進行識別,通過數據交換完成信息交換和身份識別認證功能。作是一種電子標簽,它的實現是基于應用的單總線技術,實現對各個模塊組件、配件、器件、系統等配置和升級等。

據公開數據整理及預測,2012-2017年間,我國的身份識別芯片市場保持高速增長,預計2020年我國身份識別芯片市場將達到百億級別。通訊射頻芯片和手機芯片不一樣,通訊射頻芯片對處理速度和運算能力要求沒那麽高,對連接時長與低功耗有很高的硬性要求。作爲物聯網最關鍵的通訊技術之一,通訊射頻技術有著廣闊前景,無線射頻識別將是這個領域的主力。射頻識別(RFID)是一種無線通信技術,可以通過無線電訊號識別特定目標並讀寫相關數據,而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。近年國內湧現了很多很多通訊射頻芯片廠商,也是看好這塊。

根據相關數據及預測,2011-2017年間,我國的通訊射頻芯片市場發展快速,預計未來幾年呈現穩定增長的形勢。

移动支付芯片,电子商务的普及带动了移动支付的发展,以支付宝、微信等支付方式成为一种新潮流,芯片是移动支付市场的核心所在。移动支付技术实现方案主要有双界面JAVA card、SIM Pass、RFID-SIM、NFC和智能SD卡 。作为电子支付方式的一种,移动支付技术与移动通信技术、无线射频技术、互联网技术等相互融合,形成自己的特点。

據相關數據顯示,2011-2017年間,我國的移動支付芯片市場維持穩定增長的態勢,雖然移動支付芯片市場不及前幾類,但市場潛力依舊巨大,隨著新零售的發展,移動支付將迎來一個高速增長極點。

物聯網技術帶來的將是中國整個産業鏈的升級,物聯網可應用與幾乎所有的行業,但想要普及物聯網仍需要時間。物聯網芯片市場並非一家或幾家獨大,這將是一個百花齊放的市場。隨著物聯網場景的深入,未來這些企業將各自發揮作用,一起撐起巨大的物聯網芯片市場。

九、人工智能芯片産業

隨著傳統的芯片産業陷入發展瓶頸,近年來與AI芯片相關的技術和産品頻出不窮,整個行業呈現一種井噴式發展。AI芯片的研究並不比傳統芯片容易,以TPU、NPU、DPU等三種相關的AI芯片技術成爲新的潮流,國內與AI相關的初創企業不斷湧現。

對AI行業的初期創業者來說,找投資是最棘手的問題。這是由于AI芯片的研發難度非常高,同時國內的AI人才非常稀缺,招人對這些企業而言是一個大難題(難怪很多AI企業創始人在演講上公開呼籲同行加入公司一起發展)。在前幾年,很多的投資人士對人工智能的認識還停留在炒概念的階段,並不看好。隨著AI在安防、醫療、金融、大數據等落地場景上的出色表現,投資人觀念發生了變化:從漠視到質疑再到看好。據相關數據統計,自2013年以來,全球和中國AI行業融資規模呈上漲趨勢。2017年全球AI融資總規模達395億美元,其中中國的融資總額達到277.1億美元,中國AI企業融資額占全球融資額的70%。2016年人工智能芯片市場規模達到6億美金,預計到2021年將達到52億美金,年複合增長率達到53%,增長迅猛,發展空間巨大。

以雲端芯片産業爲例,目前GPU占據雲端人工智能主導市場,占人工智能芯片市場份額的35%。以TPU爲代表的ASIC目前只運用在巨頭的閉環生態,FPGA在數據中心業務中發展較快。放眼未來,GPU、TPU等適合並行運算的處理器成爲支撐人工智能運算的主力器件,既存在競爭又長期共存,一定程度可相互配合;FPGA有望在數據中心業務承擔較多角色,在雲端主要作爲有效補充存在。

從當前人工智能主要的幾個機器學習芯片平台來看,首先是GPU,GPU的計算能力要比CPU高很多倍。從全部GPU市場來看,英特爾目前占了71%,英偉達占了16%,AMD占了13%。但從分立式GPU市場來看,英偉達占了71%,AMD占了29%。因此英偉達在分立式GPU市場産品中占有占有絕對的優勢,其産品廣泛應用于數據中心的人工智能訓練。

從未來人工智能主要發展方向來看,可投資的垂直細分領域主要包括,機器人芯片研發、智能視覺、自然語言理解和開放知識圖譜、人工智能教育、圍棋AI、機器視覺、機器人系統方案、體感人機交互、智能投顧、智能視覺等。而所有細分領域中,核心專用芯片是人工智能時代的戰略制高點。

人工智能前景廣闊,能否發展出具有超高運算能力且符合市場的芯片成爲人工智能平台的關鍵一役。由此,2016年成爲芯片企業和互聯網巨頭們在芯片領域全面展開部署的一年。而在這其中,英偉達保持著絕對的領先地位。但隨著包括谷歌、臉書、微軟、亞馬遜以及百度在內的巨頭相繼加入決戰,人工智能領域未來的格局如何,仍然待解。

隨著大數據的發展,計算能力的提升,人工智能近兩年迎來了新一輪的爆發。芯片約占人工智能比重的15%,結合我國人工智能市場規模,2020年我國人工智能芯片市場規模約爲50億元。

十、類腦芯片産業

類腦芯片作爲一種新興技術,有著非常廣闊的應用前景,相對于傳統芯片,類腦芯片在功耗和集成度上的優勢明顯。近年來,全球領先的科研機構和企業均在積極地推動類腦芯片技術的研究和産業化,國外如IBM、高通、英特爾、麻省理工、牛津、斯坦福大學等都在研制類腦芯片的相關技術,並取得了非常可喜的成果;國內有西井科技、靈汐科技、中科院、清華、北大、浙大等也在推動類腦芯片的産業化,可以預見的是,未來在芯片領域必有類腦芯片的一席之地。

類腦芯片産業的前景不可估量,但同時也給企業帶來很大的挑戰,畢竟有很多現實的難題需要去解決。對于國內廠商而言,挑戰和機遇並存,國內對類腦芯片的研究仍處在起步階段,還需要很長時間的技術積累,創業型企業亦可成爲推動類腦芯片産業化的中堅力量。

類腦芯片的出現是爲了幫助我們解決生活中遇到的難題,其最終的理想狀態是應用到生活中各個領域,如手勢或語音控制的智能家居、面部識別的移動設備、實時的ECG健康檢測、無人車的目標識別等,這些場景都需要類腦芯片的支持。要實現類腦芯片的産業化,除了需要上面提到的行業巨頭和科研機構,也需要更多國內企業的加入,讓類腦芯片技術早日改變我們的生活。

自從人工智能的概念被提出,人們對芯片算力和智能的要求更高,類腦芯片的橫空出世讓研究人員眼前一亮,很多企業和研究機構積極推動産業的發展,甚至有人認爲它是人工智能的終極目標。一直以來,神經形態計算領域的研究人員都希望能將人腦的能力“複制”到計算機芯片。這樣的于人腦芯片與現在基于二進制進行計算的數字芯片不同,其元件將以模擬的方式進行工作,通過交換梯度信號或權重信號來激活,非常類似神經元依靠流過突觸的離子種類和數量來激活。

類腦芯片的本質是模擬人腦工作原理實現深度學習,進而解決極其複雜的計算問題。目前類腦芯片離真正成熟的商用還有一段距離,甚至在産業化中面臨很大的風險系數,但從長期來看,它可能帶來計算機體系的革命和架構的變革。正是上面這些科研機構和企業的推動,它們的成果讓這個想法變成了現實。類腦芯片非常具有想象空間,就像專家說的那樣,成熟的類腦芯片有可能長出眼睛,像人一樣辨別圖像,這真是太神奇了。未來,筆者相信會有更多的企業和人才加入到這個産業之中,一起推動類腦芯片的産業化,讓這門技術早日改變我們的生活。

總結:

未來隨著全球信息産業的高速發展,芯片的重要性肯定越來越大,而芯片作爲很多設備的關鍵,必然發揮更大的作用。比如,2019年即將發布衆多AI芯片和5G芯片,它們都是芯片産業大軍重要的一份子,技術的進步一定會讓芯片産業更加發達和完善。


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