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半導(dǎo)體以及集成電路產(chǎn)業(yè)作為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵力量，行業(yè)正處在一個風險與機遇并存的技術(shù)大變革風口，洞悉發(fā)展趨勢、把握產(chǎn)業(yè)脈搏，才能更好立足現(xiàn)狀，贏得未來。

在本文中，OFweek維科·電子工程網(wǎng)盤點了2022年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的十大技術(shù)趨勢，看看在這一年里，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中又迎來了哪些新的技術(shù)突破？

1．華為Mate50北斗短報文通訊技術(shù)

2022年9月，華為發(fā)布了 Mate 50、Mate 50 Pro 系列手機，搭載超光變 XMAGE 影像，超可靠昆侖玻璃，預(yù)裝鴻蒙 HarmonyOS 3．0。最重要的一項功能是搭載“向上捅破天”的技術(shù)。

據(jù)華為介紹，華為 Mate 50 系列是全球首款支持北斗衛(wèi)星消息的大眾智能手機，在無地面網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋環(huán)境下，仍可通過暢連 App 發(fā)送消息，支持一鍵生成軌跡地圖，時刻與世界暢連，開啟大眾衛(wèi)星通信新時代。

此外，華為李小龍還普及了一些 Mate 50 北斗衛(wèi)星通信的內(nèi)容，比如北斗用于短消息發(fā)送的衛(wèi)星距離地面高度是 36000 公里，要在手機這么小的空間內(nèi)把信號發(fā)送到 36000 公里的同步軌道衛(wèi)星是比較困難的。

另外，有網(wǎng)友問北斗短報文只能單向發(fā)送，那如何知道是否發(fā)送成功？華為李小龍表示，在消息列表界面是可以顯示是否收到衛(wèi)星回執(zhí)的，如果顯示收到衛(wèi)星回執(zhí)，那就說明已經(jīng)發(fā)送成功了。后面兩條未收到衛(wèi)星回執(zhí)的消息是想試試在飛機上能否發(fā)送成功。

點評：華為將北斗衛(wèi)星消息功能成功搭載在智能手機上，意味著國內(nèi)北斗衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)將更上一層次，通過手機直接發(fā)送短報文，可有效降低北斗衛(wèi)星通信的應(yīng)用成本，可以讓普通用戶在登山、探險、自駕時不再擔心失聯(lián)風險。

2．首款 12 納米級 DDR5 DRAM 開發(fā)成功

2022年12月21日，三星電子宣布，已成功開發(fā)出其首款采用 12 納米（nm）級工藝技術(shù)打造的 16Gb DDR5 DRAM，并與 AMD 一起完成了兼容性方面的產(chǎn)品評估。

三星表示，這一技術(shù)突破是通過使用一種新的高介電（high－k）材料來增加電池電容，以及改進關(guān)鍵電路特性的專利設(shè)計技術(shù)而實現(xiàn)的。結(jié)合先進的多層極紫外（EUV）光刻技術(shù)，新款DRAM擁有三星最高的DDR5 Die密度（Die density），可使晶圓生產(chǎn)率提高20％。

基于DDR5最新標準，三星12nm級DRAM將解鎖高達7．2千兆每秒（Gbps）的速度，這意味著一秒鐘內(nèi)處理兩部30GB的超高清（UHD）電影。

新款DRAM同時擁有卓越的速度與更高的能效。與上一代三星DRAM產(chǎn)品相比，12nm級DRAM的功耗降低約23％，對于更多追求環(huán)保經(jīng)營的全球IT企業(yè)來說，這將會是值得考慮的優(yōu)選解決方案。而隨著 2023 年新款 DRAM 量產(chǎn)，三星計劃將這一基于先進 12nm 級工藝技術(shù)的 DRAM 產(chǎn)品擴展到更廣泛的市場領(lǐng)域。

三星數(shù)據(jù)顯示，結(jié)合先進的多層極紫外（EUV）光刻技術(shù)，新款 DRAM 擁有三星最高的 Die 密度（Die density），可使晶圓生產(chǎn)率提高 20％。基于 DDR5 最新標準，三星 12nm 級 DRAM 將解鎖高達 7．2 千兆每秒（Gbps）的速度。

點評：三星12nm級DRAM的成功研發(fā)，將成為推動整個市場廣泛采用DDR5 DRAM的關(guān)鍵因素。憑借卓越的性能和能效，該款DRAM或?qū)⒊蔀橄乱淮嬎�、�?shù)據(jù)中心和AI驅(qū)動系統(tǒng)等領(lǐng)域更可持續(xù)運營的基礎(chǔ)。

3．3nm工藝技術(shù)批量商用

3nm是目前芯片制造中的一種工藝制程，指芯片中一根晶體管源極和漏極（通俗指的電路正負極）之間的距離，電子像水流一樣從源流到漏，中間僅有納米級的間距，而一塊先進工藝芯片內(nèi)，通常有數(shù)億個的晶體管且排布復(fù)雜，越先進的工藝生產(chǎn)，芯片越微縮、晶體管越密集，芯片的性能也越強。

由于在22nm節(jié)點上引用FinFET技術(shù)，將晶體管以3D形式排步，芯片的工藝無法只用納米來衡量，但業(yè)內(nèi)仍保留了這個稱呼。

2022年，3nm工藝節(jié)點量產(chǎn)終點逼近，圍繞該節(jié)點，全球巨頭們的競賽正在激烈進行。

臺積電壟斷了全球75％以上的晶圓代工先進工藝市場，在先進制程上，客戶無法找到臺積電的替代品，這也賦予了臺積電更強的議價能力，如今在3nm上，三星電子是最有希望做出臺積電競品的公司，這讓客戶有了第二個選擇。三星電子背后的韓國政府，正在對半導(dǎo)體制造業(yè)給予更多資金和技術(shù)的支持。

點評：需要注意的是，在上述兩家巨頭外，英特爾也計劃重返3nm戰(zhàn)場，英特爾在去年4月表示，Intel3（約合7nm）將于2023年下半年量產(chǎn)。在英特爾加入之后，3nm工藝的競爭將更加激烈。

4．馬斯克腦機接口技術(shù)實現(xiàn)“意念打字”

最近，由埃隆·馬斯克掌門的腦機接口公司Neuralink，讓猴子通過屏幕和植入大腦的傳感設(shè)備來追蹤屏幕上的移動光標，拼出了“Can I please have snacks”（我能吃點零食嗎？）的英文短句。

猴子全程和鍵盤沒有物理接觸，馬斯克稱，它在用意念移動光標。過去三年，這家腦機接口公司每年都會公布其腦機接口技術(shù)的進展，實驗對象也從小鼠、豬變成了大腦復(fù)雜程度接近人類的猴子。人們也看到，在腦機接口領(lǐng)域，傳感設(shè)備的體積不斷優(yōu)化、縫合速度不斷加快。不僅如此，馬斯克還表示首款Neuralink設(shè)備有望在未來5-6個月內(nèi)進入人腦試驗。

點評：腦機接口作為人腦與外界（計算機或其他外部裝置）實現(xiàn)連接進行直接通信的“黑科技”，已經(jīng)成為資本追捧和科技巨頭爭搶的風口，不僅僅是馬斯克的Neuralink公司，華為、谷歌、Meta等海內(nèi)外大型科技公司均在這一領(lǐng)域有所布局。但在筆者看來，腦機接口依然存在一定的倫理風險……

5．內(nèi)存進入EUV世代

2022年三大DRAM廠：三星（Samsung）、SK海力士（SKHynix）、美光（Micron）除了持續(xù)往1Znm、1alpha納米制程轉(zhuǎn)進外，三星（Samsung）將率先跨入EUV世代，緩步取代現(xiàn)有的doublepatterning技術(shù)，以提升成本結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)效率。

2020年NAND Flash疊堆技術(shù)突破150層后，2022年繼續(xù)往232層以上推進，單晶片容量也將自256／512Gb推進至512Gb／1Tb，透過成本改善吸引客戶將容量升級。在儲存界面上，PCIe Gen3已成主流，PCIe Gen4隨著新游戲主機搭載以及英特爾新平臺的采用，預(yù)計市占率將自2022年起攀升，滿足高端PC、server、datacenter高速運算需求。

點評：232 層堆棧的 3D NAND Flash 快閃存儲器將比上一代的產(chǎn)品更具節(jié)省功耗的能力，使用在品上更具節(jié)能優(yōu)勢，在性能上也更容易滿足游戲以及人工智能方面的需求。

6．快充技術(shù)加速技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用落地

隨著人們對電子產(chǎn)品的依賴性逐步增強，“電池焦慮癥”也變得普遍起來。小到智能手機、TWS耳機、電動牙刷、充電寶，大到筆記本電腦、平板，甚至是電動汽車，使用者均希望充電更快速、用電更節(jié)能、續(xù)航更持久。鑒于這一需求，在電池技術(shù)沒有革命性變更的情況下，快充／超級快充技術(shù)重新走紅，在技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)落地兩方面加速發(fā)展。

在技術(shù)創(chuàng)新方面，快充產(chǎn)品正往大功率、小體積、低成本、多口化、無線化等方向發(fā)展，相應(yīng)地對電源適配器集成化程度、電路拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計、抗電磁干擾、散熱管理等性能提出了新的要求。同時，快充廠商也更關(guān)心集合產(chǎn)品品質(zhì)、結(jié)構(gòu)和成本控制方面優(yōu)勢的一體化解決方案。

另外，GaN開關(guān)特性會遠遠優(yōu)于MOSFET，這為通過高頻化來減小充電器體積提供了可行性。而且隨著GaN出貨量的提升，GaN的成本也在逐步優(yōu)化，部分型號的價格已經(jīng)貼近MOSFET。未來GaN很有機會成為快充充電器的主流。

當然，2021年電源類芯片短缺行情在一定程度上影響了快充市場的發(fā)展。但長遠來看，出于消費者快充需求的因素，未來快充需求肯定會急劇增加，尤其是最近一些手機廠商取消了配送充電器，這給整個行業(yè)帶來了巨大潛在需求。

在應(yīng)用落地方面，快充技術(shù)已經(jīng)從普及度最高的手機、筆電、平板三大板塊，逐步覆蓋到了TWS耳機、新能源汽車、電動工具、個人護理、戶外電源等新興市場，有望急速擴大市場容量。

尤其是在碳中和、環(huán)保趨勢下，電動汽車已是未來明確趨勢。我們預(yù)估2021年電動汽車總出貨車輛數(shù)將達540萬臺，占整體車市出貨量約5％。而目標是到2030年電動車占整體車市的比重將達30％左右，且目前看起來速度還可能更快，等于未來十年該數(shù)量會呈現(xiàn)6倍以上的成長。

點評：雖然電動汽車是快充技術(shù)實現(xiàn)完美落地的最佳選擇，但目前電動汽車的快充普及速度明顯低于消費類電子產(chǎn)品。這是因為暫時受到動力電池、控制及熱管理等技術(shù)制約，且國內(nèi)充電設(shè)施建設(shè)相關(guān)法規(guī)、標準缺失，還需要電力供應(yīng)部門、社區(qū)中心等環(huán)節(jié)的助力。因此，電動汽車的快充普及將成為未來5年里產(chǎn)業(yè)鏈多環(huán)節(jié)共同配合的熱點領(lǐng)域。

7．光線追蹤在GPU應(yīng)用中成為必選項

這里所說的光線追蹤是指實時光線追蹤。這兩年實時光線追蹤在圖形計算領(lǐng)域很熱門，即便光線追蹤技術(shù)的誕生已經(jīng)有相當?shù)哪觐^了。光追如今被業(yè)界一致認為是圖形計算必備技術(shù)，它能在虛擬圖形世界，令畫面中的3D對象之間產(chǎn)生更為真實的光影關(guān)系，在視覺上令畫面更真實。

桌面、數(shù)據(jù)中心及專業(yè)視覺領(lǐng)域，光線追蹤的主要推力來自英偉達。AMD和Intel的GPU產(chǎn)品都在2021進行了積極的跟進。移動領(lǐng)域，則因為光線追蹤的貪婪算力需求，會稍晚一步。但Imagination已經(jīng)于2020年在IP方面為光線追蹤技術(shù)在移動領(lǐng)域的實現(xiàn)準備就緒；Arm、聯(lián)發(fā)科等參與者目前正在市場上做前期部署。

應(yīng)用層面，游戲、專業(yè)視覺作為光線追蹤前期應(yīng)用的重要場景自不必多說。但光線追蹤真正代表的，乃是真實世界在虛擬圖形世界映射的一類模擬、仿真技術(shù)。近兩年熱門的概念中，“數(shù)字孿生”與“元宇宙”都對真實世界的物理模擬，提出了極高的要求，包括光、粒子、液體、材料、彈簧、線纜等物理特性模擬。

光線追蹤在數(shù)字孿生之上的應(yīng)用，頗具代表性的一例是愛立信借助英偉達的Omniverse打造了一座城市的數(shù)字孿生。這座虛擬城市在建筑物、植被、樹葉等材質(zhì)上都具備了物理級準確性，實現(xiàn)了信號反射強度的精準模擬。利用光線追蹤技術(shù)，能夠?qū)Τ鞘兄忻總€點的5G信號質(zhì)量進行計算與可視化，最終設(shè)計出高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)。

以光線追蹤為代表的模擬與仿真技術(shù)將進一步驅(qū)動圖形世界、數(shù)字孿生、元宇宙等技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展。

點評：如今的光線追蹤技術(shù)已經(jīng)成為顯卡廠商宣傳產(chǎn)品的一大賣點，在元宇宙、游戲、數(shù)字孿生等市場的強烈需求下，后續(xù)光線追蹤技術(shù)將獲得更大的發(fā)展。

8．半導(dǎo)體芯片冷卻技術(shù)

2022年半導(dǎo)體市場的另一個主要技術(shù)突破是半導(dǎo)體芯片的冷卻技術(shù)。

眾所周知，手機在充電或長時間使用時會略微發(fā)熱。幸運的是，這種發(fā)熱程度未達到危險水平，這主要得益于半導(dǎo)體設(shè)計專家部署的熱管理技術(shù)。

追求電子產(chǎn)品體積更小，同時性能更高的當下，多芯片封裝是必然的趨勢。但把幾個芯片被封裝在一個相對較小的區(qū)域中，熱管理成為一項更具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。目前，在半導(dǎo)體設(shè)計中使用微通道冷板是解決發(fā)熱問題的主要方法之一——將冷卻劑均勻地分布在發(fā)熱的表面上。

點評：目前，科學(xué)家們正在開發(fā)一種新的芯片設(shè)計，其中包含晶體管和微流體冷卻系統(tǒng)，這或許會成為2022年半導(dǎo)體重大技術(shù)突破之一。

9．攻克光子集成芯片

2022年5月，據(jù)北大官網(wǎng)公開的消息，北大王興軍教授研究團隊歷時三年，成功取得了光子集成芯片和微系列領(lǐng)域的重大突破。

據(jù)悉，王興軍教授課題組和加州大學(xué)圣芭芭拉分校John E． Bowers教授課題組在《自然》（Nature）雜志在線發(fā)表文章“Microcomb－driven silicon photonic systems”，在世界上首次報道了由集成微腔光梳驅(qū)動的新型硅基光電子片上集成系統(tǒng)，表明了研究團隊歷時3年協(xié)同攻關(guān)，終于攻克了這一世界性難題。

據(jù)北京大學(xué)新聞網(wǎng)介紹顯示，王興軍領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊通過直接由半導(dǎo)體激光器泵浦集成微腔光頻梳，給硅基光電子集成芯片提供了所需的光源大腦，結(jié)合硅基光電子集成技術(shù)工業(yè)上成熟可靠的集成解決方案，完成大規(guī)模集成系統(tǒng)的高效并行化。

利用這種高集成度的系統(tǒng)，實現(xiàn)T比特速率微通信和亞GHz微波光子信號處理，提出高密度多維復(fù)用的微通信和微處理芯片級集成系統(tǒng)的全新架構(gòu)，開創(chuàng)了下一代多維硅光集成微系統(tǒng)子學(xué)科的發(fā)展。相關(guān)研究成果有望直接應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、5／6G通信、自動駕駛、光計算等領(lǐng)域，為下一代片上光電子信息系統(tǒng)提供了全新的研究范式和發(fā)展方向。

點評：光量子芯片跟傳統(tǒng)芯片相比優(yōu)勢格外明顯，使用光作為信息傳遞的載體，儲存的信息可以保存更長的時間，而且光量子芯片對外界的抗干擾性更強，兼容性更好，操控精度更加準確，是未來芯片主流的發(fā)展方向。

10．聯(lián)發(fā)科用 AI 設(shè)計芯片

2022年10月，聯(lián)發(fā)科宣布，將于近期將機器學(xué)習(xí)導(dǎo)入芯片設(shè)計，運用強化學(xué)習(xí)（reinforcement learning）讓機器自我探索學(xué)習(xí)，預(yù)測芯片最佳電路區(qū)塊位置（location）與形狀（shape）。

這一舉措可大幅縮短芯片設(shè)計的開發(fā)時間，并建構(gòu)性能更強大芯片，成為改變游戲規(guī)則的大突破。據(jù)悉此技術(shù)將于11 月臺灣地區(qū)舉行IEEE亞洲固態(tài)電路研討會A－SSCC發(fā)表，同步申請國際專利。

據(jù)了解，聯(lián)發(fā)科運用AI機器學(xué)習(xí)演算法，可將時間縮短至一天甚至數(shù)小時，就能預(yù)測出最佳化電路區(qū)塊布局，效益不只超越人工，更能透過GPU加速，提供多達數(shù)十項可行開發(fā)方案，釋放研發(fā)人力時間及心力投注其他更復(fù)雜的系統(tǒng)架構(gòu)。聯(lián)發(fā)科還運用模型預(yù)訓(xùn)練技術(shù)，讓機器持續(xù)隨專案演化，將一代優(yōu)于一代的精神應(yīng)用至芯片開發(fā)。

聯(lián)發(fā)科指出，AI先進技術(shù)注入新演算法，針對極復(fù)雜的芯片設(shè)計，決定最佳電路配置，除了決定區(qū)塊（block）最佳位，還能調(diào)整成最佳形狀，將機器學(xué)習(xí)應(yīng)用在最佳化設(shè)計、減少錯誤，探索未知、協(xié)助工程師花更少時間，產(chǎn)出更好成果。

聯(lián)發(fā)科芯片設(shè)計研發(fā)本部群資深副總經(jīng)理蔡守仁表示，不論企業(yè)界和學(xué)術(shù)界，近年少有早期電路區(qū)塊布局文獻研究。聯(lián)發(fā)科本次突破性發(fā)展，將AI和EDA 結(jié)合出機器最佳化電路區(qū)塊布局，協(xié)助研發(fā)人員提高效率并自動執(zhí)行最佳化任務(wù)。技術(shù)逐步整合導(dǎo)入聯(lián)發(fā)科全線開發(fā)設(shè)計流程，包括手機、電視、網(wǎng)絡(luò)通信等芯片，有效提升研發(fā)能量、縮短研發(fā)時程、協(xié)助公司及客戶快速搶占市場先機。

點評：AI技術(shù)的參與，確實能夠幫助人們提升芯片測試效率，相比用人力去排查異常并糾錯，用AI排查問題的速度明顯更快。基于AI設(shè)計的代理模型能夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)中的參數(shù)進行調(diào)整，對實驗結(jié)果進行模擬，實現(xiàn)模型的快速更新迭代。

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2022年半導(dǎo)體行業(yè)十大技術(shù)趨勢！

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