ICT融合趨勢(shì)下的半導(dǎo)體技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

豐德偉

摘? ?要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的快速進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，信息技術(shù)與通信技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。芯片是電子產(chǎn)業(yè)和工業(yè)設(shè)備的靈魂，在市場(chǎng)需求和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)推動(dòng)下，信息與通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)，即ICT產(chǎn)業(yè)與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生的交互影響，對(duì)于半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也起到了更多的推動(dòng)作用，ICT產(chǎn)業(yè)本身是我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心市場(chǎng)發(fā)展方向，而半導(dǎo)體芯片的研究發(fā)展又推動(dòng)了信息技術(shù)與通信技術(shù)的快速融合。所以，通過(guò)ICT產(chǎn)業(yè)的整體現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)可以看出，半導(dǎo)體技術(shù)和市場(chǎng)未來(lái)的發(fā)展必然會(huì)朝著芯片整體架構(gòu)軟件的定義化、低能耗等方向邁進(jìn)。

關(guān)鍵詞：ICT產(chǎn)業(yè);半導(dǎo)體芯片;融合趨勢(shì)下;市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

半導(dǎo)體技術(shù)的歷史可以追溯到19世紀(jì)30年代，由電子學(xué)之父法拉第首先發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)百年的演變和研究，逐漸實(shí)現(xiàn)單元素的半導(dǎo)體材料的選定和應(yīng)用。發(fā)展到現(xiàn)代，半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)在多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛應(yīng)用，主要是指以半導(dǎo)體材料進(jìn)行組件和集成電路制作的技術(shù)，其命名是源于元素周期表里按照導(dǎo)電性分類所劃分的導(dǎo)體、半導(dǎo)體與絕緣體的性質(zhì)分類。所以，半導(dǎo)體技術(shù)產(chǎn)業(yè)又被稱為電子產(chǎn)業(yè)。目前，半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域是集成電路，在手機(jī)、電腦、電氣設(shè)備、家用電器和信息產(chǎn)品當(dāng)中都有集成電路，發(fā)揮各種控制功能，類似于人類的大腦和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

1? ? 當(dāng)前半導(dǎo)體技術(shù)市場(chǎng)的發(fā)展歷程

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是國(guó)家發(fā)展工業(yè)設(shè)備和各種電子產(chǎn)品、信息技術(shù)產(chǎn)品的基礎(chǔ)支柱型產(chǎn)業(yè)，是各種工業(yè)設(shè)備、計(jì)算機(jī)、電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)品、汽車電子產(chǎn)品、電氣設(shè)備等多項(xiàng)領(lǐng)域集成控制技術(shù)的核心部分。我國(guó)的半導(dǎo)體技術(shù)市場(chǎng)一直較為落后，根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球半導(dǎo)體技術(shù)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)逐漸達(dá)到4 500億美元，我國(guó)在其中的進(jìn)口占比高達(dá)50%。我國(guó)的半導(dǎo)體技術(shù)產(chǎn)業(yè)一直處在國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家芯片企業(yè)的壓制之下，在很大程度上制約了我國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)產(chǎn)業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。

早在20世紀(jì)中期，從世界上第一個(gè)三極管發(fā)明之后，電子工業(yè)就將其作為主要目標(biāo)進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展，并由此引發(fā)了信息技術(shù)的開(kāi)發(fā)熱潮。經(jīng)過(guò)30年的研究，在半導(dǎo)體技術(shù)推動(dòng)下設(shè)計(jì)出的集成芯片開(kāi)始呈幾何倍數(shù)速度發(fā)展，集成芯片的性能和用途方面開(kāi)始集中在信息技術(shù)市場(chǎng)，在市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)的刺激下，集成芯片開(kāi)始進(jìn)入摩爾時(shí)代。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直是現(xiàn)代信息科技發(fā)展的基礎(chǔ)，也是世界上公認(rèn)的現(xiàn)代科技的支柱型產(chǎn)業(yè)。全球市場(chǎng)中半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在規(guī)模上始終保持著穩(wěn)定的增長(zhǎng)速度，我國(guó)由于人口基數(shù)較大，而且市場(chǎng)需求也在不斷增長(zhǎng)，使得我國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模也在不斷地提升，但在產(chǎn)值上卻仍無(wú)法與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，尤其在全球市場(chǎng)當(dāng)中的規(guī)模仍然不樂(lè)觀[2]（見(jiàn)圖1）。

從這一統(tǒng)計(jì)占比數(shù)據(jù)可以看出，我國(guó)的半導(dǎo)體技術(shù)市場(chǎng)的規(guī)模發(fā)展仍然有著很大的提升空間，這其中所面臨的挑戰(zhàn)難以想象，其歷程的艱辛可見(jiàn)一斑。

2? ? 關(guān)于ICT產(chǎn)業(yè)技術(shù)概述

2.1? ICT產(chǎn)業(yè)技術(shù)概念

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，信息通信技術(shù)（Information and Communications Technology，ICT）是屬于信息與通信相結(jié)合而形成的新的技術(shù)領(lǐng)域，其核心在于利用信息技術(shù)與通信技術(shù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)個(gè)人或企業(yè)接入達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)。隨著信息化、智能化技術(shù)時(shí)代的到來(lái)，人們對(duì)于ICT技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在當(dāng)前的市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)和人們對(duì)于信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)端技術(shù)的需求不斷增大形勢(shì)下，電子信息設(shè)備和通信產(chǎn)業(yè)都得到了更大的發(fā)展機(jī)遇，將與物理世界相關(guān)聯(lián)的虛擬世界展現(xiàn)在人們的面前。在IT和CT技術(shù)行業(yè)的發(fā)展下，所有的電子設(shè)備和信息設(shè)備都開(kāi)始實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的計(jì)算功能。在聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，數(shù)字虛擬世界進(jìn)一步得到完善，并將虛擬世界與物理世界之間的聯(lián)系逐漸加深，呈現(xiàn)出不斷融合的趨勢(shì)[3]。

2.2? ICT產(chǎn)業(yè)類型

事實(shí)上，電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)超大規(guī)模的集成電路技術(shù)的支持。從21世紀(jì)初開(kāi)始，整個(gè)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)生了巨大的變化。在IT和IC產(chǎn)業(yè)達(dá)到相匹配發(fā)展水平時(shí)，以個(gè)人電腦為核心的IT設(shè)備得到了快速的普及，IT產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)。發(fā)展到現(xiàn)代，電子產(chǎn)品和信息化設(shè)備走入了人們的家庭，智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦已經(jīng)逐漸成為人們生活中必不可少的輔助設(shè)備，并且在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)支持下逐漸實(shí)現(xiàn)了普及，同時(shí)，在ICT產(chǎn)業(yè)融合趨勢(shì)下，也衍生了多種類型的ICT產(chǎn)業(yè)。

2.2.1? 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是以信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)局部網(wǎng)絡(luò)或通信技術(shù)，將傳感器、控制器以及相關(guān)機(jī)械設(shè)備、人員及物資通過(guò)全新的渠道和方式聯(lián)系在一起，形成人與物質(zhì)、物質(zhì)與物質(zhì)之間的相互關(guān)聯(lián)。利用信息化和遠(yuǎn)程管理控制系統(tǒng)以及智能化的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，通過(guò)智能感知、識(shí)別技術(shù)與通信感知技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的各種類型資源進(jìn)行融合，使其成為覆蓋一定城市范圍的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要是由移動(dòng)終端網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)以及通信技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)共同組成。在現(xiàn)代智能手機(jī)和移動(dòng)客戶端設(shè)備，將人與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一起，通過(guò)相關(guān)軟件和大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行全國(guó)工業(yè)生產(chǎn)力的大規(guī)模激發(fā)，使得人們的生產(chǎn)生活更為便利，也更為快速，同時(shí)也更為清潔和安全，在省略多層中間商的基礎(chǔ)上，使人們的生活和商品交易也實(shí)現(xiàn)了附加成本的節(jié)省[4]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心主要包含了感知技術(shù)和識(shí)別技術(shù)，通過(guò)各類傳感器和指紋識(shí)別系統(tǒng)，利用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺(tái)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)針對(duì)獲取和收集的海量信息進(jìn)行整理和分析，并從中挖掘出具有價(jià)值的內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模推廣和全面超過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及個(gè)人電腦的強(qiáng)大功能為半導(dǎo)體技術(shù)市場(chǎng)的推廣和發(fā)展提供了巨大的商機(jī)。

2.2.2? 基于網(wǎng)絡(luò)的信息通信技術(shù)

基于網(wǎng)絡(luò)的信息通信技術(shù)已經(jīng)不算是一種全新的概念，人們生活中已經(jīng)逐漸普及了網(wǎng)絡(luò)的信息通信。從定義上講，網(wǎng)絡(luò)通信屬于較新的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化的表現(xiàn)形式，同時(shí)也體現(xiàn)出了ICT產(chǎn)業(yè)技術(shù)的大部分特性，也是ICT產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和前提。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，將網(wǎng)絡(luò)變成了渠道并付之于智能化。在強(qiáng)大的功能支持下，逐漸將網(wǎng)絡(luò)的智能從硬件轉(zhuǎn)移到了軟件，用戶可以不用進(jìn)行硬件設(shè)備的更新就能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)新功能的下載和應(yīng)用，極大地增強(qiáng)了用戶的使用體驗(yàn)。同時(shí)也簡(jiǎn)化和整合了部分控制功能，讓網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備變得更加安全、穩(wěn)定，還相應(yīng)地降低了運(yùn)行的成本，節(jié)省了大部分設(shè)備更新的成本投入，具有極高的經(jīng)濟(jì)性，且在廠商的不斷努力下，國(guó)內(nèi)逐漸可以實(shí)現(xiàn)對(duì)商業(yè)芯片和服務(wù)器技術(shù)的集成化，例如現(xiàn)在已經(jīng)不斷推廣的5G通信。

對(duì)于我國(guó)的ICT產(chǎn)業(yè)來(lái)講，自主研發(fā)的5G通信系統(tǒng)不僅是對(duì)3G和4G的延伸，同時(shí)也是我國(guó)ICT產(chǎn)業(yè)崛起的標(biāo)志性特征。從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，5G系統(tǒng)是依靠互聯(lián)網(wǎng)對(duì)更大容量數(shù)據(jù)需求所產(chǎn)生的主要驅(qū)動(dòng)力，我國(guó)人口數(shù)量急劇增長(zhǎng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量也造成了一定的影響?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)和智能家居以及智能城市等相關(guān)部分的通信業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)不斷增長(zhǎng)也成為我國(guó)國(guó)內(nèi)ICT產(chǎn)業(yè)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)研究的巨大助推力[5]。

2.2.3? 網(wǎng)絡(luò)和信息安全

隨著網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)技術(shù)的大范圍覆蓋，網(wǎng)絡(luò)和信息的安全也成為人們逐漸重視的話題，相對(duì)而言，目前我國(guó)公共設(shè)施基礎(chǔ)服務(wù)部門以及市場(chǎng)當(dāng)中的各行各業(yè)都基本實(shí)現(xiàn)了信息化建設(shè)。其對(duì)信息和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的應(yīng)用逐漸涉及了更多的重要信息和商業(yè)機(jī)密，其中所蘊(yùn)含的巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值驅(qū)使著人們開(kāi)始利用網(wǎng)絡(luò)和信息進(jìn)行經(jīng)濟(jì)利益的獲取。所以，基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件、軟件以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的保護(hù)，人們提出了對(duì)網(wǎng)絡(luò)和信息安全的研究和推廣。更多的人開(kāi)始注重對(duì)自己的信息和所使用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的可控、可信程度的關(guān)注[6]。從不同意義上說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)和信息安全是ICT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要組成環(huán)節(jié)，對(duì)其產(chǎn)業(yè)技術(shù)的研究和發(fā)展也有著極為重大的促進(jìn)意義。

3? ? ICT融合趨勢(shì)下的半導(dǎo)體技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

3.1? 半導(dǎo)體芯片架構(gòu)的軟件定義化發(fā)展

對(duì)于ICT技術(shù)產(chǎn)業(yè)和半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展歷程的描述看似毫無(wú)關(guān)聯(lián)，但實(shí)際上，無(wú)論是信息技術(shù)還是通信技術(shù)或是相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)備，都離不開(kāi)半導(dǎo)體芯片的應(yīng)用技術(shù)支持。無(wú)論是產(chǎn)品還是市場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于半導(dǎo)體技術(shù)而言，半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)和功能以及相關(guān)的技術(shù)都需要進(jìn)行不斷的研究和開(kāi)發(fā)，以適應(yīng)和支持ICT產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，如此才能跟上ICT產(chǎn)業(yè)不斷融合的趨勢(shì)，繼續(xù)發(fā)揮其強(qiáng)大的作用和實(shí)際的功能。ICT產(chǎn)業(yè)的融合是從SDN開(kāi)始的，并且在龐大的市場(chǎng)需求下得到了快速的發(fā)展，逐漸從軟件定義存儲(chǔ)發(fā)展到了軟件定義無(wú)線電。從這一點(diǎn)上來(lái)說(shuō)，ICT產(chǎn)業(yè)的融合是對(duì)原有應(yīng)用的相關(guān)信息技術(shù)設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行技術(shù)研究和再優(yōu)化，其最終目的是將ICT融合的架構(gòu)形成基礎(chǔ)通信硬件和專用的集成電路以及CPU[7]。半導(dǎo)體技術(shù)芯片與可軟件化的ICT產(chǎn)品架構(gòu)方面存在一定的相似度，按照當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，軟件可定義的重構(gòu)芯片架構(gòu)已經(jīng)逐漸成為發(fā)展的主流趨勢(shì)，主要包括芯片組成部分的處理器、存儲(chǔ)以及安全、通用的ICT功能模塊、通用的標(biāo)準(zhǔn)接口等。

3.2? 半導(dǎo)體封裝的先進(jìn)技術(shù)

半導(dǎo)體封裝技術(shù)的先進(jìn)性研究是未來(lái)發(fā)展當(dāng)中結(jié)合半導(dǎo)體芯片尺寸以及功耗研究需求而得以配套研發(fā)的。但隨著半導(dǎo)體制作工藝的進(jìn)步，單純縮減尺寸來(lái)提高芯片集成化程度、減小芯片面積一度出現(xiàn)了瓶頸。先進(jìn)的封裝技術(shù)需要不斷發(fā)展變化才能夠適應(yīng)各種半導(dǎo)體新工藝和材料的要求，同時(shí)也是對(duì)成本和性能以及高集成度發(fā)起的挑戰(zhàn)。隨著芯片性能越來(lái)越高和其管腳數(shù)量越來(lái)越密集，傳統(tǒng)的封裝技術(shù)已逐漸無(wú)法滿足其實(shí)際的需求，必須不斷地進(jìn)行研發(fā)和實(shí)際考量，才能夠消除封裝技術(shù)對(duì)半導(dǎo)體芯片制作工藝的阻礙[8]。

3.3? 半導(dǎo)體技術(shù)的低功耗技術(shù)發(fā)展

按照當(dāng)前智能化城市和生態(tài)文明城市建設(shè)的理念以及當(dāng)前ICT技術(shù)產(chǎn)業(yè)融合的趨勢(shì)和人們消費(fèi)觀念的影響，對(duì)智能化技術(shù)設(shè)備和相關(guān)智能通信技術(shù)設(shè)備的研究與推廣將更加注重經(jīng)濟(jì)化和環(huán)保低功耗方向的研發(fā)，由此可以看出，半導(dǎo)體技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一是結(jié)合低功耗技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)低功耗的數(shù)據(jù)交互，各個(gè)企業(yè)將會(huì)結(jié)合當(dāng)前技術(shù)和ICT技術(shù)進(jìn)行各種各樣的通信技術(shù)研發(fā)。例如現(xiàn)在人們所熟悉的蜂窩無(wú)線通信技術(shù)，5G通信技術(shù)的研究和應(yīng)用都在不同程度上實(shí)現(xiàn)了低功耗技術(shù)。通過(guò)不斷減少設(shè)備之間的信令交互和簡(jiǎn)化設(shè)備接入方式以及研究設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間控制、延長(zhǎng)設(shè)備休眠的時(shí)間等最大限度降低設(shè)備的功耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的節(jié)省和設(shè)備使用壽命的延長(zhǎng)。對(duì)于半導(dǎo)體技術(shù)的低功耗技術(shù)發(fā)展研究，為實(shí)現(xiàn)芯片功耗的可控化，通常會(huì)采用時(shí)鐘門控或多閾值設(shè)計(jì)、多電壓設(shè)計(jì)、電源門控制、動(dòng)態(tài)頻率調(diào)整、動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整、自適應(yīng)電源調(diào)整等功耗技術(shù)，同時(shí)也要根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和軟件系統(tǒng)功能需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整，達(dá)到降低動(dòng)態(tài)功耗的要求[9]。此外，還要注重半導(dǎo)體技術(shù)芯片的制作工藝和尺寸的降低以及核心電壓的調(diào)整，使芯片功耗合理降低，目前很多品牌企業(yè)已經(jīng)逐漸開(kāi)始著手進(jìn)行芯片的降低功耗研究。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合上述文章內(nèi)容可以看出，半導(dǎo)體技術(shù)在ICT融合趨勢(shì)下需要面對(duì)來(lái)自世界各發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)壓制和市場(chǎng)挑戰(zhàn)與技術(shù)挑戰(zhàn)。但在ICT融合趨勢(shì)下，也有更多的創(chuàng)新方向和待開(kāi)發(fā)市場(chǎng)，尤其在市場(chǎng)需求和多產(chǎn)品技術(shù)融合刺激下以及通信技術(shù)功能的發(fā)展下所產(chǎn)生的跨界發(fā)展，也為半導(dǎo)體技術(shù)帶來(lái)了更多的商機(jī)以及發(fā)展空間，目前對(duì)于半導(dǎo)體技術(shù)芯片的體積和封裝技術(shù)、功耗方向、架構(gòu)軟件定義化的發(fā)展已經(jīng)逐漸進(jìn)入更高的領(lǐng)域，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)必然會(huì)帶給世界更多的變化，尤其是國(guó)內(nèi)通信技術(shù)、集成芯片的研究已經(jīng)取得突破性的進(jìn)展，5G技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行大范圍推廣。雖然國(guó)際上在利益驅(qū)使下與國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)不斷加劇，但相信國(guó)人的技術(shù)智慧必然會(huì)趕上世界水平。

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