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超全面的芯片百宝箱,十种最常见的芯片产业特点

发布时间:2019-03-18 作者:videasoft 次数:67次

超全面的芯片百宝箱,十种最常见的芯片产业特点


芯片作为一种最常见的产品,广泛应用于生活的方方面面,随着国家对芯片产业的重视加强,越来越多的中国芯片企业开始在全球市场上崭露头角。芯片并非千篇一律,目前广泛应用的芯片有近百种,常见的也很多,比如下面的十种芯片,它们的产业特点是什么,一起来学习下吧!


一、ADC芯片产业的特点

目前ADC芯片主要的供应商是德州仪器、亚德诺等公司,中国是全球最主要的ADC芯片需求方,但是国内能造出高精度的ADC芯片企业微乎其微,即便造出来了,性能和价格也无法跟上市场的节奏。可以这么说,在核心的ADC芯片供给率上,国产占有率几乎为零。

芯片有几千种,ADC芯片就是最难造的几种之一。ADC也叫模数转换器,是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号,例如温度、压力、声音或者图像等,需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。模/数转换器可以实现这个功能,在各种不同的产品中都可以找到它的身影,在实际应用中,为了实现微型化,通常做成ADC芯片。

造芯片是非常精密的工艺,通常芯片单位为纳米,一纳米也就是十万分之一毫米,这对设计、制造工艺都有非常严格、高标准的要求。仅从产品种类来说,芯片的种类就有几十种大门类,上千种小门类,如果涉及设备流程的话就更多了。以通信基站为例,里面有上百颗芯片,基站发射回收信号,收回信号后首先要有芯片滤波;然后还有芯片将这种特别小的信号放大;再有芯片进行解析、处理;然后是芯片负责传输、分发等等,每个过程都需要芯片处理。

由于系统的实际对象往往都是一些温度、压力、位移、图像等模拟信号,要使计算机或数字产品等能识别、处理这些信号,必须首先将这些模拟信号转换成数字信号,这就需要ADC。而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。


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据相关数据显示,2017年ADC芯片销售额为545亿美元,预计到2022年,全球ADC芯片市场规模可达748亿美元,市场前景非常可观。未来几年支撑ADC芯片增长的主要驱动力是5G、人工智能、物联网、汽车电子等新兴应用,这些相关的产品或技术对信号处理的需求大涨。

高精度的ADC芯片难造,目前几乎一半的电子产品中,都有ADC芯片,随着客户对电子产品信号要求越来越高,高精度的ADC芯片成市场刚需。全球能生产出高性价比的高精度的ADC芯片的企业不到十家,而又以美国企业为主。一款好的ADC芯片体现在高精度、低功耗、转换效率等指标上,目前制造ADC芯片的温度传感器和高精度振荡器非常紧缺,这也是国内企业的一大痛点。

除此之外,随着全球微型化工艺的进步,ADC芯片在尺寸上越来越小;同时客户对芯片的耐操性逐渐提升,这要求芯片在选型上更加精确,这给芯片的通道选择、PGA选择、输出速率等选择上增加了很大的难度,对于初创企业而言,进军ADC芯片就是一个不断挑战的“巨坑”。

ADC芯片产业更新换代快,芯片产业遵循摩尔定律,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,也就是每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月增加一倍。ADC芯片产业比普通的芯片更新迭代更快。据悉,全球ADC芯片行业大致以4-6年为一个周期,更新的速度与宏观经济、下游应用需求及自身产能库存等因素密切相关,电子产品更新快,那么ADC芯片性能必然也快。

ADC芯片生产工序多,芯片制造本来涉及的工艺多,几千道工序想想就可怕。ADC芯片相对于普通芯片,生产的工序非常复杂。ADC芯片一般包含操作寄存器、中断寄存器、转换存储控制器,在工艺制造过程中,ADC芯片有一个步骤需要消除ADC发泡剂工序产生的酸雾和杂质,这样才能保住转换信号的精度,在制造上,对机器和环境的要求颇高。

二、硅光芯片产业

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,有媒体报道,我国自行研制成功的“100G硅光收发芯片”正式投产使用。据OFweek电子工程网获悉,这款硅光芯片面积不到30平方毫米,但是上面集成了光发送、调制、接收等六十多个有源和无源光元件,是目前国际上已报道的集成度最高的商用硅光子集成芯片之一。

能取得这样的成绩并不惊讶,因为我国对硅光芯片产业非常重视。一方面是由于我国是通讯大国,通讯技术是衡量大国的关键指标之一,而光通信最关键的技术就是光子芯片;另一方面是我国电子芯片产业相对薄弱,全球光子芯片产业刚刚起步,对于我们并肩欧美甚至赶超,这是一个很好的超车机遇。

我们要想真正在硅光芯片上成为全球的领导者,不是砸点资金和人力就可以实现。因为目前美国、日本在这个产业上也投入了重金和精力,中国的优势并不明显,甚至有点落后。目前,国内仅有光迅科技、海信、华为、烽火等少数厂商可以生产中高端芯片,但总体供货有限,高端芯片严重依赖于博通、三菱等美日公司。

硅光芯片发展的技术难题有很多。包括硅光子芯片技术的设计痛点,硅光芯片的设计方面面临着架构不完善、体积和性能平衡等难题。硅光芯片的设计方案有三大主流:前端集成、混合集成和后端集成。前端集成的缺点是面积利用率不高、SOI衬底光/电不兼容、灵活性低和波导掩埋等,在工艺上的成本超高;后端集成在制造方面难度很大,尤其是波导制备目前而言很有挑战;至于混合集成,虽然工艺灵活,但成本较高,设计难度大。

硅光子芯片技术的制造难题,硅光芯片的制造工艺面临着自动化程度低、产业标准不统一、设备紧缺等技术难关。由于光波长难以压缩,过长的波长限制芯片体积微缩的可能。同时光学装置须要更精确的做工,因为光束传输的些微偏差会造成巨大的问题,相对需要高技术及高成本。光子芯片相关的制程技术尚有待完善,良品率和成本将是考验产业的一大难题。

硅光子芯片面临的封装困扰,芯片封装是任何芯片的必经流程,关于硅光子的芯片封装问题,这是目前行业的一大痛点。硅光芯片的封装主要分为两个部分,一部分是光学部分的封装,一部分是电学部分的封装。从光学封装角度来说,因为硅光芯片所采用的光的波长非常的小,跟光纤存在着不匹配的问题,与激光器也存在着同样的问题;不匹配的问题就会导致耦合损耗比较大,这是硅光芯片封装与传统封装相比最大的区别。用硅光做高速的器件,随着性能的不断提升,pin的密度将会大幅度增加,这也会为封装带来很大的挑战。

产业相关的器件难题,硅光芯片需要的器件很多,而目前仍有很多相关技术难题未解决。如硅基光波导主要面临的产品化问题:硅基光电子需要小尺寸、大带宽、低功耗的调制器。有源光芯片、器件与光模块产品是重点器件,如陶瓷套管/插芯、光收发接口等组件技术目前尚未完全掌握。

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、存储芯片产业

存储芯片作为半导体元器件中不可或缺的组成部分,有着非常广泛的应用,在内存、消费电子、智能终端等领域均有运用。随着大数据、云计算、物联网等发展,其在整个产业链中扮演的角色将更加重要。过去,我国的存储芯片基本依赖于进口,三星、东芝、SK海力士、美光等美日韩企业占据主要市场份额。近年来,国家把集成电路产业列为“十三五”期间重要的新型战略性产业,国产化“存储芯片”开始逐步崛起,以长江存储、晋华、长鑫等国内企业在技术上不断取得突破,为“中国芯”贡献自己的力量。

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来实施嵌入式解决方案,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。

研发存储芯片的意义不仅仅在于其功能与作用上,对于国家而言,大力发展存储芯片产业至少有三层重要的意义。一是降低成本,提升国产化市场占有率。前几年,内存涨价一直是困扰很多国内电子厂商的“心病”,由于内心芯片的国产化很低,导致很多国外厂商疯狂涨价,对整个产业链影响很大。而正是外企的压力,更加坚定了国内厂商发展自产内存芯片的决心,以紫光集团为代表的企业投资了好几个内存厂家。二是掌握核心技术,不再受制于人。存储芯片又被称为电子产品的“粮食”,一般占产品成本的二成左右,在竞争激烈的电子产业链里面,没有核心技术的企业,很容易被“卡脖子”,毕竟谁都不希望“中兴”这样的事情再次发生。尽管中国是全球最大的手机制造生产基地,但内存芯片的自给率不到一成,在动荡的全球贸易局势中,这是一个很大的缺陷。三是助力“大国”崛起,提升国际话语权。中国自古以来就以“大国”自居,在GDP坐稳全球第二的形势下,产业化升级成为当前的主要任务之一,芯片技术作为顶尖的科技,既为企业赚取了大部分利润,也能提升国家的话语权。以美国为例,无论是电脑芯片、通讯芯片还是存储芯片,它都是市场的领导者,因此它才有了对很多国家“指手画脚”的筹码。

近年来,随着政府和企业的努力,国产内存芯片的市场呈现稳中有升的形势,据海关总署数据,2017年一季度,我国芯片进口额为505.16亿美元,同比上涨7.62%。企业纷纷加大研发与建厂,推动中国存储芯片的量产化,以长江存储、晋华、长鑫等为代表。

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。

在内存芯片的前沿技术上,中国的科研人员也在不断取得新突破,近日,中国投资130亿元开建PCM相变内存,性能是普通存储芯片的1000倍。由复旦大学微电子学院教授张卫、周鹏带领的团队研发了一种新的二维非易失性存储芯片,是传统二维存储芯片的100万倍,刷新时间是内存的156倍。

尽管国内的内存芯片厂商取得了一些成绩,但我们得清醒地认识到,在核心技术、市场份额、人才储备等方面,差距仍然很大。近年来,很多国外厂商以知识产权等方式压制国内厂商,这更要求企业拥有自己的核心技术。存储芯片的国产化是未来国家战略的一部分,企业除了闭门造车,也得时刻关注政策、市场变化,通过产业链引导来满足更多规模的应用,只有让相关产业链的企业享受到经济收益,才能发挥存储芯片的价值,做出最有市场价值的存储芯片。

四、比特币ASIC矿机芯片产业

比特币一词的出现带动了矿机市场的火爆,随着越来越多的人加入其中,算力强悍、价格合理的矿机一时间成为比特币玩家争夺的关键产品。作为当前主流矿机的核心,比特币ASIC芯片自然是影响矿机性能的关键指标。

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矿机芯片是ASIC矿机的核心,也是整台设备的关键。目前全球从事ASIC矿机芯片研究的企业不到50家,其中中国的企业市场份额占比超50%,这是我们值得骄傲的一块芯片市场。世界三大矿机生产商比特大陆、嘉楠耘智和亿邦科技均诞生在国内,其中比特大陆作为全球最大的比特币矿机生产商,市场占有率超过一半。

随着制作工艺的不断提升,比特币挖矿已经逐步进入恐怖的军备竞赛,挖矿变得越来越专业。作为ASIC矿机芯片企业,唯有将自身的技术突破并领先,方能快速占领市场。近日,知名矿机ASIC厂商嘉楠科技首发了7nm工艺的ASIC芯片,并应用在旗下的阿瓦隆A9矿机上,比特币挖矿性能从之前的14T提升到最高30T,性能翻倍,同时能耗只有之前的一半左右。

7nm工艺被誉为半导体产业的一道坎,嘉楠科技之所以这么重视研发,是因为ASIC芯片技术不同于FPGA/CPLD等,它是一种专用芯片技术,难度并没有SOC级芯片技术高。在工艺上的突破是目前最有效的一种方式。

不同于嘉楠科技,比特大陆则借助AI技术助力自己的ASIC矿机芯片提升性能。近年来,人工智能技术的发展给很多行业带来了新的生命力,ASIC矿机芯片发展至今,“AI+ASIC芯片”是一种新的研究策略。据比特大陆的詹克团先生认为,ASIC设计起来比CPU、GPU简单,且更适合实现深度学习算法,因此他们选择推出ASIC芯片为人工智能助力。据介绍,这是一颗面向深度学习应用的张量计算加速处理的专用定制芯片,适用于CNN、RNN、DNN等深度神经网络的推理预测和训练。比特大陆作为行业的领导者,其推出的BM1680矿机芯片一出现,迅速成为AI芯片领域的一匹黑马。

五、电视芯片产业

近年来,国内电视芯片企业逐渐崛起,尤其是4K电视芯片领域,国内企业占比超过六成,涌现了华为海思、海信、海尔、锐迪科、晶晨半导体等知名的电视芯片厂商。

在黑白电视和早期的彩色电视时代,屏幕才是电视企业最关注的参数之一,电视芯片的地位无足轻重。随着人们对电视的画质、便捷性要求越来越高,互联网、高清、智能电视时代的来临,电视芯片成为了众多电视厂商争相竞争的关键筹码,芯片性能对于电视的体验至关重要。不同于手机芯片需要“操心”的事情那么多,电视芯片主要控制电视的画质、音质、运行速度、解码功能等,但同样不可或缺。

智能电视是一种搭载了操作系统的全开放式的平台,像智能手机一样,用户可以自行安装和卸载软件、游戏等第三方服务商提供的程序,通过此类程序来不断对彩电的功能进行扩充,并可以通过网线、无线网络来实现上网冲浪。智能电视要实现“智能”首先意味着硬件技术的升级和革命,只有配备了业界领先的高配置、高性能芯片,才能顺畅运行大型3D体感游戏和各种软件程序。智能电视需要既能完成传统电视的解码显示功能,又能运行操作系统和众多应用,因此芯片设计上两方面均要兼顾,可以说电视芯片是智能电视的“大脑”。

和其它芯片的发展一样,大陆早期的电视芯片几乎全是进口,而这其中,台湾芯片占据了市场主流,晨星、联发科、联咏科技、瑞昱半导体四大电视芯片企业垄断国内市场。早期我国的芯片设计人才紧缺、企业资金有限,多方面原因造成了电视芯片对进口的依赖。

目前国内电视芯片的当红“炸子鸡”当属华为海思,华为海思的hi3751V600、hi3751V510芯片,正成为多个品牌4K电视的“心脏”,包括夏普、海信、康佳等多个品牌都使用上了海思芯片,目前出货量超过千万颗,国内市场份额超过三成。如今,锐迪科、晶晨半导体等厂商市场份额也在提升。

据相关数据统计,2017年上半年,在中国液晶电视主控芯片市场,晨星台湾市场份额约四成,联发科技市场份额约5%,合计低于五成,市场份额明显下降,这主要得益于一些新的厂商的崛起。而在4K电视主控芯片领域,国内芯片企业占比超过60%。

六、显示芯片产业

提到显示芯片,我们首先想到的是英伟达,没错,显示芯片就是一个垄断的行业。显示芯片是显卡的核心芯片,它的性能好坏直接决定了显卡性能的好坏,它的主要任务就是处理系统输入的视频信息并将其进行构建、渲染等工作。显示主芯片的性能直接决定了显示卡性能的高低。不同的显示芯片,不论从内部结构还是其性能,都存在着差异,而其价格差别也很大。

显示芯片在显卡中的地位,就相当于电脑中CPU的地位,是整个显卡的核心。因为显示芯片的复杂性,目前设计、制造显示芯片的厂家只有NVIDIA、ATI两家公司,SIS、VIA等公司都是生产集成显卡芯片。家用娱乐性显卡都采用单芯片设计的显示芯片,而在部分专业的工作站显卡上有采用多个显示芯片组合的方式。


显示芯片的制造工艺与CPU一样,也是用微米来衡量其加工精度的。制造工艺的提高,意味着显示芯片的体积将更小、集成度更高,可以容纳更多的晶体管,性能会更加强大,功耗也会降低。和中央处理器一样,显示卡的核心芯片,也是在硅晶片上制成的。显示芯片难造在于它的集成度和强大的处理能力,比普通芯片更难集成。采用更高的制造工艺,对于显示核心频率和显示卡集成度的提高都是至关重要的,而且重要的是制程工艺的提高可以有效的降低显卡芯片的生产成本。

显示芯片位宽是指显示芯片内部数据总线的位宽,也就是显示芯片内部所采用的数据传输位,主流的显示芯片基本都采用了256位的位宽,采用更大的位宽意味着在数据传输速度不变的情况,瞬间所能传输的数据量越大。就好比是不同口径的阀门,在水流速度一定的情况下,口径大的能提供更大的出水量。显示芯片位宽就是显示芯片内部总线的带宽,带宽越大,可以提供的计算能力和数据吞吐能力也越快,是决定显示芯片级别的重要数据之一。

目前已推出最大显示芯片位宽是512位,那是由Matrox公司推出的Parhelia-512显卡,这是世界上第一颗具有512位宽的显示芯片。而市场中所有的主流显示芯片,包括NVIDIA公司的GeForce系列显卡,ATI公司的Radeon系列等,全部都采用256位的位宽。这两家目前世界上最大的显示芯片制造公司也将在未来几年内采用512位宽。显示芯片位宽增加并不代表该芯片性能更强,因为显示芯片集成度相当高,设计、制造都需要很高的技术能力,在其它部件、芯片设计、制造工艺等方面都完全配合的情况下,显示芯片位宽的作用才能得到体现。

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。

由于我国芯片产业的落后,在很多领域,芯片都是依赖进口,显卡芯片作为最高端的芯片之一,国内几乎没有企业能触及到。尽管如此,但相信未来我国仍能生产出高端的显卡芯片,因为我们有着核心的人才的生态体系。

七、5G芯片产业

如今,我们生活在一个高速发展的全球信息化时代,整个经济就像地球一样紧密地融合在一起,任何一项新技术的进步都将带来整个产业的全方位变革,5G技术将是未来几年引领时代变革和进步的核心驱动力之一。大家之所以如此看好5G技术的前景,一方面由于它是未来信息基础设施的核心,高速率、高带宽满足人们对通讯日益增长的新要求;另一方面是因为5G技术为实现真正的“万物互联”提供了可能性,而5G芯片是其中最关键的技术。

正是因为对5G芯片市场前景的看好,国外芯片巨头如高通、英特尔、三星等均在积极研发,力争早日实现5G芯片的商用。这一次巨大的机遇,中国企业也不想错过,以海思、联发科、展锐、大唐联芯等企业纷纷加入5G芯片争夺战。一时间,形成了中外“齐头并进”的市场格局。

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。

同样在5G芯片技术上投入巨大的华为海思,近年来也在积极地推动其发展。2018年2月,海思发布了旗下首款5G商用芯片——华为5G芯片巴龙5G01,这是全球首款投入商用的、基于3GPP标准的5G芯片,支持全球主流5G频段。之前华为公司表示,将在明年推出支持5G的麒麟芯片,于明年中旬推出支持5G的智能手机。

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。

相对于高通、华为等芯片巨头,紫光展锐的5G芯片布署相对较晚,但发展很快。近日,它们成功进行了5G新空口互操作研发测试,这是5G技术研发测试中最重要一环。据紫光展锐透露,它们将在2019年推出5G芯片,2020年进一步推出5G单芯片。

随着5G商用化进程的推进,通讯芯片的国产化阵营越来越多,这也为“中国芯”的崛起提供了更多的有生力量。但需要认清的是,以目前的现状而言,在5G芯片技术上,国内外的差距仍有很多。

在芯片生态上,国内5G芯片企业,除了华为有自己的优势之外,其它企业很难形成对国外企业的威胁。由于5G芯片的关键装备及材料配套由国外企业掌控,导致依赖进口严重;我国的5G芯片设计、制造、封测及配套等产业链上下游协同性不足;我国的通讯芯片供给客户不足,高通的市场份额占主流。对于手机厂商而言,合作的首款5G芯片,高通仍是首选。

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、物联网芯片产业

随着全球信息产业的发展,未来将是一个高速、庞大、准确的信息化时代,芯片作为信息的处理核心,在整个产业链中扮演着至关重要的作用。不同于PC、手机芯片市场,物联网芯片市场将呈现一种多样化、场景化的局面,没有任何一家巨头能独自应对巨大的市场需求,场景的多样化是物联网芯片市场的特点。据公开数据预测,2020年中国的物联网芯片市场将达到百亿美金级别。

过去二十年,以电脑、手机、互联网等为主的信息市场发展迅速,随着手机、互联网等市场陷入一种瓶颈,发展步伐放缓,物联网技术成为消费升级的关键驱动力。从“人人通讯”到“物物通讯”,对于芯片产业而言,物联网给行业带来了新的机遇,以物联网相关的四种芯片将成为行业的主力军。

物联网安全芯片,物联网时代对安全的需求更高,与之相关的安全芯片也成为市场的“香饽饽”,市场前景不可限量。安全芯片就是可信任平台模块,是一个可独立进行密钥生成、加解密的装置,内部拥有独立的处理器和存储单元,可存储密钥和特征数据,为电脑提供加密和安全认证服务。

安全芯片所起的作用相当于一个“保险柜”,最重要的密码数据都存储在安全芯片中,安全芯片通过SMB系统管理总线与笔记本的主处理器和BIOS芯片进行通信,然后配合管理软件完成各种安全保护工作。

安全芯片的主要作用包括加密和存储和管理密码。安全芯片除了能进行传统的开机加密以及对硬盘进行加密外,还能对系统登录、应用软件登录进行加密。比如目前常用的MSN、QQ、网游以及网上银行的登录信息和密码,都可以通过TPM加密后再进行传输,这样就不用担心信息和密码被人窃取。

以往这些都是由BIOS做的,忘记了密码只要取下BIOS电池,给BIOS放电就清除密码了。如今这些密钥实际上是存储固化在芯片的存储单元中,即便是掉电其信息亦不会丢失。相比于BIOS管理密码,安全芯片的安全性要大为提高。据相关数据统计,2011-2017年间,我国的安全芯片市场规模增长迅速,基本保持了三成左右的增长率,其中,2017年我国安全芯片市场接近80亿元。

身份识别芯片,因为人的身体特征具有唯一性,近年来身份识别成为物联网安全技术的一种新宠。身份识别是指对人体的身体特征进行身份验证的一种技术,如指纹、声音、面部、骨架、视网膜、虹膜等都是其识别对象。人脸识别、虹膜识别等相关技术已得到普及,应用于多个领域。

未来,身份识别芯片将安装于各种电子产品或应用系统中,对系统中的模块、组件进行识别,通过数据交换完成信息交换和身份识别认证功能。作是一种电子标签,它的实现是基于应用的单总线技术,实现对各个模块组件、配件、器件、系统等配置和升级等。

据公开数据整理及预测,2012-2017年间,我国的身份识别芯片市场保持高速增长,预计2020年我国身份识别芯片市场将达到百亿级别。通讯射频芯片和手机芯片不一样,通讯射频芯片对处理速度和运算能力要求没那么高,对连接时长与低功耗有很高的硬性要求。作为物联网最关键的通讯技术之一,通讯射频技术有着广阔前景,无线射频识别将是这个领域的主力。射频识别(RFID)是一种无线通信技术,可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。近年国内涌现了很多很多通讯射频芯片厂商,也是看好这块。

根据相关数据及预测,2011-2017年间,我国的通讯射频芯片市场发展快速,预计未来几年呈现稳定增长的形势。

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。

据相关数据显示,2011-2017年间,我国的移动支付芯片市场维持稳定增长的态势,虽然移动支付芯片市场不及前几类,但市场潜力依旧巨大,随着新零售的发展,移动支付将迎来一个高速增长极点。

物联网技术带来的将是中国整个产业链的升级,物联网可应用与几乎所有的行业,但想要普及物联网仍需要时间。物联网芯片市场并非一家或几家独大,这将是一个百花齐放的市场。随着物联网场景的深入,未来这些企业将各自发挥作用,一起撑起巨大的物联网芯片市场。

九、人工智能芯片产业

随着传统的芯片产业陷入发展瓶颈,近年来与AI芯片相关的技术和产品频出不穷,整个行业呈现一种井喷式发展。AI芯片的研究并不比传统芯片容易,以TPU、NPU、DPU等三种相关的AI芯片技术成为新的潮流,国内与AI相关的初创企业不断涌现。

对AI行业的初期创业者来说,找投资是最棘手的问题。这是由于AI芯片的研发难度非常高,同时国内的AI人才非常稀缺,招人对这些企业而言是一个大难题(难怪很多AI企业创始人在演讲上公开呼吁同行加入公司一起发展)。在前几年,很多的投资人士对人工智能的认识还停留在炒概念的阶段,并不看好。随着AI在安防、医疗、金融、大数据等落地场景上的出色表现,投资人观念发生了变化:从漠视到质疑再到看好。据相关数据统计,自2013年以来,全球和中国AI行业融资规模呈上涨趋势。2017年全球AI融资总规模达395亿美元,其中中国的融资总额达到277.1亿美元,中国AI企业融资额占全球融资额的70%。2016年人工智能芯片市场规模达到6亿美金,预计到2021年将达到52亿美金,年复合增长率达到53%,增长迅猛,发展空间巨大。

以云端芯片产业为例,目前GPU占据云端人工智能主导市场,占人工智能芯片市场份额的35%。以TPU为代表的ASIC目前只运用在巨头的闭环生态,FPGA在数据中心业务中发展较快。放眼未来,GPU、TPU等适合并行运算的处理器成为支撑人工智能运算的主力器件,既存在竞争又长期共存,一定程度可相互配合;FPGA有望在数据中心业务承担较多角色,在云端主要作为有效补充存在。

从当前人工智能主要的几个机器学习芯片平台来看,首先是GPU,GPU的计算能力要比CPU高很多倍。从全部GPU市场来看,英特尔目前占了71%,英伟达占了16%,AMD占了13%。但从分立式GPU市场来看,英伟达占了71%,AMD占了29%。因此英伟达在分立式GPU市场产品中占有占有绝对的优势,其产品广泛应用于数据中心的人工智能训练。

从未来人工智能主要发展方向来看,可投资的垂直细分领域主要包括,机器人芯片研发、智能视觉、自然语言理解和开放知识图谱、人工智能教育、围棋AI、机器视觉、机器人系统方案、体感人机交互、智能投顾、智能视觉等。而所有细分领域中,核心专用芯片是人工智能时代的战略制高点。

人工智能前景广阔,能否发展出具有超高运算能力且符合市场的芯片成为人工智能平台的关键一役。由此,2016年成为芯片企业和互联网巨头们在芯片领域全面展开部署的一年。而在这其中,英伟达保持着绝对的领先地位。但随着包括谷歌、脸书、微软、亚马逊以及百度在内的巨头相继加入决战,人工智能领域未来的格局如何,仍然待解。

随着大数据的发展,计算能力的提升,人工智能近两年迎来了新一轮的爆发。芯片约占人工智能比重的15%,结合我国人工智能市场规模,2020年我国人工智能芯片市场规模约为50亿元。

十、类脑芯片产业

类脑芯片作为一种新兴技术,有着非常广阔的应用前景,相对于传统芯片,类脑芯片在功耗和集成度上的优势明显。近年来,全球领先的科研机构和企业均在积极地推动类脑芯片技术的研究和产业化,国外如IBM、高通、英特尔、麻省理工、牛津、斯坦福大学等都在研制类脑芯片的相关技术,并取得了非常可喜的成果;国内有西井科技、灵汐科技、中科院、清华、北大、浙大等也在推动类脑芯片的产业化,可以预见的是,未来在芯片领域必有类脑芯片的一席之地。

类脑芯片产业的前景不可估量,但同时也给企业带来很大的挑战,毕竟有很多现实的难题需要去解决。对于国内厂商而言,挑战和机遇并存,国内对类脑芯片的研究仍处在起步阶段,还需要很长时间的技术积累,创业型企业亦可成为推动类脑芯片产业化的中坚力量。

类脑芯片的出现是为了帮助我们解决生活中遇到的难题,其最终的理想状态是应用到生活中各个领域,如手势或语音控制的智能家居、面部识别的移动设备、实时的ECG健康检测、无人车的目标识别等,这些场景都需要类脑芯片的支持。要实现类脑芯片的产业化,除了需要上面提到的行业巨头和科研机构,也需要更多国内企业的加入,让类脑芯片技术早日改变我们的生活。

自从人工智能的概念被提出,人们对芯片算力和智能的要求更高,类脑芯片的横空出世让研究人员眼前一亮,很多企业和研究机构积极推动产业的发展,甚至有人认为它是人工智能的终极目标。一直以来,神经形态计算领域的研究人员都希望能将人脑的能力“复制”到计算机芯片。这样的于人脑芯片与现在基于二进制进行计算的数字芯片不同,其元件将以模拟的方式进行工作,通过交换梯度信号或权重信号来激活,非常类似神经元依靠流过突触的离子种类和数量来激活。

类脑芯片的本质是模拟人脑工作原理实现深度学习,进而解决极其复杂的计算问题。目前类脑芯片离真正成熟的商用还有一段距离,甚至在产业化中面临很大的风险系数,但从长期来看,它可能带来计算机体系的革命和架构的变革。正是上面这些科研机构和企业的推动,它们的成果让这个想法变成了现实。类脑芯片非常具有想象空间,就像专家说的那样,成熟的类脑芯片有可能长出眼睛,像人一样辨别图像,这真是太神奇了。未来,笔者相信会有更多的企业和人才加入到这个产业之中,一起推动类脑芯片的产业化,让这门技术早日改变我们的生活。

总结:

未来随着全球信息产业的高速发展,芯片的重要性肯定越来越大,而芯片作为很多设备的关键,必然发挥更大的作用。比如,2019年即将发布众多AI芯片和5G芯片,它们都是芯片产业大军重要的一份子,技术的进步一定会让芯片产业更加发达和完善。


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