豐德偉

摘? ?要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的快速進步和經(jīng)濟市場需求不斷擴大，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，在市場需求和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)推動下，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，對于半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也起到了更多的推動作用，ICT產(chǎn)業(yè)本身是我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心市場發(fā)展方向，而半導(dǎo)體芯片的研究發(fā)展又推動了信息技術(shù)與通信技術(shù)的快速融合。所以，通過ICT產(chǎn)業(yè)的整體現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢可以看出，半導(dǎo)體技術(shù)和市場未來的發(fā)展必然會朝著芯片整體架構(gòu)軟件的定義化、低能耗等方向邁進。

關(guān)鍵詞：ICT產(chǎn)業(yè);半導(dǎo)體芯片;融合趨勢下;市場發(fā)展趨勢

半導(dǎo)體技術(shù)的歷史可以追溯到19世紀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)過長達百年的演變和研究，逐漸實現(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、電腦、電氣設(shè)備、家用電器和信息產(chǎn)品當中都有集成電路，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? ? 當前半導(dǎo)體技術(shù)市場的發(fā)展歷程

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是國家發(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、計算機、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)備等多項領(lǐng)域集成控制技術(shù)的核心部分。我國的半導(dǎo)體技術(shù)市場一直較為落后，根據(jù)不完全統(tǒng)計，全球半導(dǎo)體技術(shù)產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模已經(jīng)逐漸達到4 500億美元，我國在其中的進口占比高達50%。我國的半導(dǎo)體技術(shù)產(chǎn)業(yè)一直處在國際發(fā)達國家芯片企業(yè)的壓制之下，在很大程度上制約了我國半導(dǎo)體技術(shù)產(chǎn)業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。

早在20世紀中期，從世界上第一個三極管發(fā)明之后，電子工業(yè)就將其作為主要目標進行創(chuàng)新發(fā)展，并由此引發(fā)了信息技術(shù)的開發(fā)熱潮。經(jīng)過30年的研究，在半導(dǎo)體技術(shù)推動下設(shè)計出的集成芯片開始呈幾何倍數(shù)速度發(fā)展，集成芯片的性能和用途方面開始集中在信息技術(shù)市場，在市場和經(jīng)濟的刺激下，集成芯片開始進入摩爾時代。

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)，也是世界上公認的現(xiàn)代科技的支柱型產(chǎn)業(yè)。全球市場中半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在規(guī)模上始終保持著穩(wěn)定的增長速度，我國由于人口基數(shù)較大，而且市場需求也在不斷增長，使得我國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模也在不斷地提升，但在產(chǎn)值上卻仍無法與世界發(fā)達國家相比，尤其在全球市場當中的規(guī)模仍然不樂觀[2]（見圖1）。

從這一統(tǒng)計占比數(shù)據(jù)可以看出，我國的半導(dǎo)體技術(shù)市場的規(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

簡單來說，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)備實現(xiàn)個人或企業(yè)接入達到使用標準的產(chǎn)業(yè)技術(shù)。隨著信息化、智能化技術(shù)時代的到來，人們對于ICT技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。在當前的市場發(fā)展趨勢和人們對于信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)端技術(shù)的需求不斷增大形勢下，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)備都開始實現(xiàn)強大的計算功能。在聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，數(shù)字虛擬世界進一步得到完善，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[3]。

2.2? ICT產(chǎn)業(yè)類型

事實上，電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開超大規(guī)模的集成電路技術(shù)的支持。從21世紀初開始，整個電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)生了巨大的變化。在IT和IC產(chǎn)業(yè)達到相匹配發(fā)展水平時，以個人電腦為核心的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。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、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)平臺支持下逐漸實現(xiàn)了普及，同時，在ICT產(chǎn)業(yè)融合趨勢下，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)機械設(shè)備、人員及物資通過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)。利用信息化和遠程管理控制系統(tǒng)以及智能化的網(wǎng)絡(luò)平臺，通過智能感知、識別技術(shù)與通信感知技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)當中的各種類型資源進行融合，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)主要是由移動終端網(wǎng)絡(luò)平臺以及通信技術(shù)和云計算技術(shù)共同組成。在現(xiàn)代智能手機和移動客戶端設(shè)備，將人與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一起，通過相關(guān)軟件和大數(shù)據(jù)分析進行全國工業(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)和識別技術(shù)，通過各類傳感器和指紋識別系統(tǒng)，利用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)針對獲取和收集的海量信息進行整理和分析，并從中挖掘出具有價值的內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模推廣和全面超過移動互聯(lián)網(wǎng)以及個人電腦的強大功能為半導(dǎo)體技術(shù)市場的推廣和發(fā)展提供了巨大的商機。

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)，是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化的表現(xiàn)形式，同時也體現(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，極大地增強了用戶的使用體驗。同時也簡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)濟性，且在廠商的不斷努力下，國內(nèi)逐漸可以實現(xiàn)對商業(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。

對于我國的ICT產(chǎn)業(yè)來講，自主研發(fā)的5G通信系統(tǒng)不僅是對3G和4G的延伸，同時也是我國ICT產(chǎn)業(yè)崛起的標志性特征。從技術(shù)角度來說，5G系統(tǒng)是依靠互聯(lián)網(wǎng)對更大容量數(shù)據(jù)需求所產(chǎn)生的主要驅(qū)動力，我國人口數(shù)量急劇增長，對網(wǎng)絡(luò)容量也造成了一定的影響。基于物聯(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)不斷增長也成為我國國內(nèi)ICT產(chǎn)業(yè)對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，相對而言，目前我國公共設(shè)施基礎(chǔ)服務(wù)部門以及市場當中的各行各業(yè)都基本實現(xiàn)了信息化建設(shè)。其對信息和網(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)機密，其中所蘊含的巨大經(jīng)濟價值驅(qū)使著人們開始利用網(wǎng)絡(luò)和信息進行經(jīng)濟利益的獲取。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，人們提出了對網(wǎng)絡(luò)和信息安全的研究和推廣。更多的人開始注重對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，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意義。

3? ? ICT融合趨勢下的半導(dǎo)體技術(shù)和市場發(fā)展趨勢

3.1? 半導(dǎo)體芯片架構(gòu)的軟件定義化發(fā)展

對于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關(guān)聯(lián)，但實際上，無論是信息技術(shù)還是通信技術(shù)或是相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)備，都離不開半導(dǎo)體芯片的應(yīng)用技術(shù)支持。無論是產(chǎn)品還是市場技術(shù)的發(fā)展，對于半導(dǎo)體技術(shù)而言，半導(dǎo)體芯片設(shè)計和功能以及相關(guān)的技術(shù)都需要進行不斷的研究和開發(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，繼續(xù)發(fā)揮其強大的作用和實際的功能。ICT產(chǎn)業(yè)的融合是從SDN開始的，并且在龐大的市場需求下得到了快速的發(fā)展，逐漸從軟件定義存儲發(fā)展到了軟件定義無線電。從這一點上來說，ICT產(chǎn)業(yè)的融合是對原有應(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，按照當前的發(fā)展趨勢來看，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，主要包括芯片組成部分的處理器、存儲以及安全、通用的ICT功能模塊、通用的標準接口等。

3.2? 半導(dǎo)體封裝的先進技術(shù)

半導(dǎo)體封裝技術(shù)的先進性研究是未來發(fā)展當中結(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)體制作工藝的進步，單純縮減尺寸來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，同時也是對成本和性能以及高集成度發(fā)起的挑戰(zhàn)。隨著芯片性能越來越高和其管腳數(shù)量越來越密集，傳統(tǒng)的封裝技術(shù)已逐漸無法滿足其實際的需求，必須不斷地進行研發(fā)和實際考量，才能夠消除封裝技術(shù)對半導(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

按照當前智能化城市和生態(tài)文明城市建設(shè)的理念以及當前ICT技術(shù)產(chǎn)業(yè)融合的趨勢和人們消費觀念的影響，對智能化技術(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)的未來發(fā)展趨勢之一是結(jié)合低功耗技術(shù)。為了實現(xiàn)低功耗的數(shù)據(jù)交互，各個企業(yè)將會結(jié)合當前技術(shù)和ICT技術(shù)進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現(xiàn)了低功耗技術(shù)。通過不斷減少設(shè)備之間的信令交互和簡化設(shè)備接入方式以及研究設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)的時間控制、延長設(shè)備休眠的時間等最大限度降低設(shè)備的功耗，實現(xiàn)對能源的節(jié)省和設(shè)備使用壽命的延長。對于半導(dǎo)體技術(shù)的低功耗技術(shù)發(fā)展研究，為實現(xiàn)芯片功耗的可控化，通常會采用時鐘門控或多閾值設(shè)計、多電壓設(shè)計、電源門控制、動態(tài)頻率調(diào)整、動態(tài)電壓頻率調(diào)整、自適應(yīng)電源調(diào)整等功耗技術(shù)，同時也要根據(jù)實際的設(shè)計基礎(chǔ)和軟件系統(tǒng)功能需求進行動態(tài)的調(diào)整，達到降低動態(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)逐漸開始著手進行芯片的降低功耗研究。

4? ? 結(jié)語

結(jié)合上述文章內(nèi)容可以看出，半導(dǎo)體技術(shù)在ICT融合趨勢下需要面對來自世界各發(fā)達國家的技術(shù)壓制和市場挑戰(zhàn)與技術(shù)挑戰(zhàn)。但在ICT融合趨勢下，也有更多的創(chuàng)新方向和待開發(fā)市場，尤其在市場需求和多產(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)帶來了更多的商機以及發(fā)展空間，目前對于半導(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)逐漸進入更高的領(lǐng)域，未來的發(fā)展趨勢必然會帶給世界更多的變化，尤其是國內(nèi)通信技術(shù)、集成芯片的研究已經(jīng)取得突破性的進展，5G技術(shù)已經(jīng)開始進行大范圍推廣。雖然國際上在利益驅(qū)使下與國內(nèi)市場發(fā)展的競爭會不斷加劇，但相信國人的技術(shù)智慧必然會趕上世界水平。

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