從較高的層面來看，芯片的經(jīng)濟前景是樂觀的。不是每一個環(huán)節(jié)都會做得很好，也不是每一個做得好的環(huán)節(jié)都會在疫情結(jié)束后繼續(xù)做得很好。2021年的特點是復蘇，或者克服冠狀病毒大流行的經(jīng)濟和社會后果;此外，并非每一個表現(xiàn)良好的細分市場都會繼續(xù)保持均衡增長，或根據(jù)歷史趨勢復蘇。

今年，半導體行業(yè)的面貌和表現(xiàn)將會有所不同，而不僅僅是因為這場疫情。

新的一年將是芯片行業(yè)重大轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新的一年，但有太多新的應用和細分市場，泛泛的概括已變得越來越?jīng)]有意義。

與過去幾年不同的是，電腦或智能手機的銷售很好地反映了芯片行業(yè)的發(fā)展狀況，而終端市場則成倍增長并出現(xiàn)分化，為這些市場專門開發(fā)的技術(shù)的數(shù)量也在大大增加。一段時間以來，IP世界已經(jīng)習慣于為大客戶定制區(qū)塊。而今，定制需求正在蔓延，2021年及以后設計和銷售的大部分芯片將有數(shù)千或數(shù)百萬個。

第五代浪潮正在襲來

對多位高管的采訪表明，半導體行業(yè)要復雜得多，范圍更廣，也更微妙。隨著設計變得越來越復雜，半導體所服務的市場和支持它的生態(tài)系統(tǒng)也變得越來越復雜。雖然不缺乏開發(fā)的機會和技術(shù)，但這不再是一個明確的邁向下一個工藝節(jié)點的過程。計算機正在從一個盒子里走出來，進入幾乎所有的領(lǐng)域，通常伴隨著復雜的電源管理、通信、新的存儲器和某種形式的人工智能。

Cadence首席執(zhí)行官陳立武認為：“第五代浪潮正在發(fā)生。這包括5G、人工智能、機器學習、橫向擴展的（scale-out）規(guī)?；啤?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/自動駕駛/" target="_blank">自動駕駛的進展，以及巨大的工業(yè)4．0數(shù)字化轉(zhuǎn)型?！?/p>

他說：“但是，更重要的是，現(xiàn)在一切都與數(shù)據(jù)有關(guān)。我們正進入一個以數(shù)據(jù)為中心的時代，90%的數(shù)據(jù)是在過去兩年中生成的。其中，80%是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，正在分析的數(shù)據(jù)不到2%。因此，下一件大事將是關(guān)于數(shù)據(jù)和分析，以及如何有效地利用所有這些數(shù)據(jù)來推動不同的垂直行業(yè)。這是一個巨大的轉(zhuǎn)變，所有這些都將推動設計活動?！?/p>

這種觀點在整個芯片行業(yè)都得到了回應。沒有什么驚人的技術(shù)變化即將出現(xiàn)，比如幾年前圍繞AI/ML的嗡嗡聲。一輛沒有方向盤的汽車的想法已經(jīng)被擱置了至少十年，除了在一些非常明確的地理圍欄中應用。雖然“智力”將繼續(xù)擴散到更多的終端設備，但這種所謂的智力將受到高度限制。

同時，行業(yè)也有機會將更先進的芯片銷往現(xiàn)有市場，甚至銷往過去從未有過的市場。在一個市場上面臨下行的芯片制造商可以跨多個細分市場進行對沖。

Xilinx新任總裁兼首席執(zhí)行官Victor Peng表示：“2021年，幾個主要趨勢將是從2020年開始加速發(fā)展的延續(xù)，包括應用向云端移動、邊緣計算、5G、來自更多不同端點的數(shù)據(jù)爆炸、異構(gòu)計算（包括針對AI和其他工作負載的新領(lǐng)域特定體系結(jié)構(gòu)）以及行業(yè)整合/集成?！?/p>

因此，盡管移動領(lǐng)域的下一個大問題是5G，但它遠不是唯一的亮點——移動基礎設施也不再是孤立的。

Advantest美國公司總裁兼首席執(zhí)行官Doug Lefever表示：“我們看到，5G商業(yè)化帶來的數(shù)字轉(zhuǎn)型將繼續(xù)刺激中長期對更高性能和更高可靠性半導體的需求。除了更快的網(wǎng)絡和5G之外，我們還看到，隨著我們進入2021年，一些關(guān)鍵趨勢正在成為技術(shù)融合的領(lǐng)跑者。其中包括具有實時流分析功能的人工智能和機器學習;加速工廠自動化投資，包括機器人技術(shù)和人工智能技術(shù);利用具有前饋/后向功能的大數(shù)據(jù)的云即服務（As-a-Service）和邊緣計算;以及在線學習和遠程工作環(huán)境所需的擴展現(xiàn)實應用的增長?！?/p>

經(jīng)濟前景潛力展望

從較高的層面來看，芯片的經(jīng)濟前景是樂觀的。不是每一個環(huán)節(jié)都會做得很好，也不是每一個做得好的環(huán)節(jié)都會在疫情結(jié)束后繼續(xù)做得很好。

“2021年的特點是復蘇，或者克服冠狀病毒大流行的經(jīng)濟和社會后果，”Fraunhofer IIS適應性系統(tǒng)工程部主任Peter Schneider說?！案嗍褂眉彝マk公室的轉(zhuǎn)變將對人們的出行產(chǎn)生深遠的影響。公共生活中的種種限制表明，商業(yè)交易中的大量接觸也可以通過虛擬方式進行?！?/p>

此外，并非每一個表現(xiàn)良好的細分市場都會繼續(xù)保持均衡增長，或根據(jù)歷史趨勢復蘇。Brewer Science總裁兼首席執(zhí)行Terry Brewer表示：“我們無法預測，所以要做好準備，快速前進。學會在黑暗中駕馭不確定性。準備好躲避，但不要停下來。我們還可以正確地預測，2021年將有很多機會和可能性——好的和壞的?！?/p>

舉例來說，現(xiàn)在判斷“在家辦公”的趨勢將持續(xù)多久，或者如何與商業(yè)辦公和基礎設施相結(jié)合還為時過早。

Fraunhofer的Schneider表示：“對于移動辦公或家庭辦公所需的產(chǎn)品，筆記本電腦、網(wǎng)絡攝像頭、網(wǎng)絡基礎設施、服務器等，我預計市場數(shù)據(jù)會有低至中等程度的增長。許多公司和個人在2020年的封鎖階段進行了必要的投資?；A設施的進一步擴大將繼續(xù)進行，特別是為了提高穩(wěn)健性、可靠性和服務質(zhì)量。微電子技術(shù)有助于克服當前這樣的危機，我認為在不久的將來有很大的經(jīng)濟潛力。在這個領(lǐng)域有大量的研發(fā)活動，這些活動將在未來幾年進入市場。這包括整個醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，從監(jiān)測重要參數(shù)、改進的（移動）診斷設備、檢測病原體的測試系統(tǒng)，到為病人提供良好護理的產(chǎn)品，例如重癥監(jiān)護室中。此外，非接觸式購物系統(tǒng)、公共場所人員在場和活動監(jiān)控系統(tǒng)，以及改進的送貨物流理念，都將日益普及，必將對經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生積極影響?！?/p>

但即便是芯片行業(yè)長期以來的發(fā)展趨勢，也可能會陷入劇變。一些先進節(jié)點半導體的最大消費者正在開發(fā)自己的產(chǎn)品。這其中包括蘋果、谷歌、亞馬遜、Facebook和阿里巴巴等，它們正在尋求通過軟硬件協(xié)同設計、獨特的體系結(jié)構(gòu)、混合使用加速器和各種類型的處理器和內(nèi)存來實現(xiàn)數(shù)量級的性能改進。因此，處理器的數(shù)量將遠小于每家公司從英特爾、AMD或IBM購買現(xiàn)成芯片的數(shù)量。

其影響尚待評估。處理器巨頭有可能通過邊緣定制來彌補銷量。但成功的模式可能會發(fā)生重大變化。Xilinx的Peng說：“2021年不可否認的事實是，隨著5nm的投產(chǎn)，剩下的提供高性能產(chǎn)品的半導體廠商將內(nèi)部消化3nm產(chǎn)品的開發(fā)成本。”

工具和體系結(jié)構(gòu)推進摩爾定律

所有這些器件都變得越來越復雜。摩爾定律擴展的放緩（這是一種成本上升、功耗和性能改善減少的函數(shù)）迫使芯片制造商采用新的體系結(jié)構(gòu)、先進的封裝和處理更多數(shù)據(jù)的創(chuàng)新方法。與此同時，終端市場對其投資的使用壽命提出了更高的要求，由于復雜性、定制化和小批量生產(chǎn)，投資壽命有所增加。

OneSpin Solutions的首席執(zhí)行官Raik Brinkmann說：“在技術(shù)方面，有更多可預見的結(jié)果，包括需要在整個產(chǎn)品生命周期中對硬件平臺進行持續(xù)驗證，以及在管理安全威脅方面加強審查。

他表示：“為了跟上需求的變化，隨著時間的推移對硬件進行定制是至關(guān)重要的?？芍貥?gòu)硬件平臺允許所需的靈活性、定制升級和差異化，而無需重建。異構(gòu)計算環(huán)境（包括軟件可編程引擎、加速器和可編程邏輯）對于實現(xiàn)平臺可重構(gòu)性以及滿足低延遲、低功耗、高性能和容量需求至關(guān)重要。這些復雜系統(tǒng)的開發(fā)成本很高，因此在保持定制的同時，任何能夠延長硬件使用壽命的方法都是必不可少的?！?/p>

在更長的生命周期內(nèi)實現(xiàn)質(zhì)量變得更加困難，因為芯片需要隨著算法或用例的變化而更新。Brinkmann說：“要實現(xiàn)這種靈活性和連續(xù)性，就需要在定制和變更過程中不斷進行驗證。這種增加的驗證復雜性要求詳細跟蹤每個實例的需求、特性、測試和覆蓋范圍。如果我們看一個敏捷開發(fā)流程，其中一個原則就是執(zhí)行持續(xù)的集成和測試。如果我們把它應用到硬件開發(fā)中，我們就可以理解這一點。還必須進行驗證，以確保更改不會引入新的錯誤、安全問題或安全漏洞。”

EDA和數(shù)據(jù)分析公司認為這是一個巨大的機會，盡管這是一個需要多年才能站穩(wěn)腳跟的機會。西門子EDA IC執(zhí)行副總裁Joseph Sawicki表示：“越來越多的先進系統(tǒng)公司將開始利用硅生命周期管理技術(shù)。這使公司能夠在IC設計過程的早期階段將特定的IP塊（沿著可測性設計（Design For Test）線）插入到他們的設計中。

他說：“這些IP塊監(jiān)控諸如性能、功耗、錯誤，甚至IC內(nèi)部的安全漏洞。當IC在系統(tǒng)中實現(xiàn)和運行時，它們可以（通過一些工程）報告實時性能、功耗、錯誤，甚至安全漏洞數(shù)據(jù)。然后，這些信息反過來可用于識別問題、觸發(fā)操作員警告、安排預防性維護，甚至可用于進一步完善衍生/未來一代IC的設計和制造。”

英特爾、AMD和Marvell等IDM已經(jīng)實現(xiàn)了一個重大轉(zhuǎn)變，那就是向小芯片（chiplet）的方向發(fā)展。隨著其他芯片制造商開始利用經(jīng)過預驗證的硬IP塊，這一趨勢有望得到推動。所有主要的代工廠的路線圖上都有小芯片。

Arteris IP董事長兼首席執(zhí)行官K．Charles Janac說：“芯片將變得越來越重要。有些將用于特定功能，有些需要專門的處理器。但要實現(xiàn)所有這些工作，互聯(lián)將需要變得比今天更復雜?；ヂ?lián)的好處是幾乎有無限的創(chuàng)新可能性。有很多方法可以增值。”

這反過來會使定制更簡單，成本更低。整個行業(yè)的努力已經(jīng)在進行，并將在2021年及以后繼續(xù)進行，包括從專門的加速器到更標準化的表征和更好定義的算法。

Imperas Software首席執(zhí)行官Simon Davidmann說：“我們看到的是，所有這些機器學習算法都得到了很好的定義，現(xiàn)在人們正試圖構(gòu)建硬件架構(gòu)來高效地實現(xiàn)它們?！?/p>

他表示：“如果你開車，你需要實時的數(shù)據(jù)。安全攝像頭就不一樣了。如果你在幾秒鐘內(nèi)拿到，沒關(guān)系。但是對于一輛車，如果有人走在你前面，你就需要立刻發(fā)現(xiàn)。這需要大量的計算，而且因為你不可能把所有的事情都加速，你最終會和很多很多的處理器并行進行?！?/p>

中國舉足輕重

所有這些技術(shù)都需要從地緣政治的角度來看待，而在過去幾年之前，芯片行業(yè)基本上還沒有這種技術(shù)。在整個2020年，其中一個重大事件就是美中貿(mào)易戰(zhàn)。目前尚不清楚拜登政府將如何應對中國，但普遍的共識是，即使兩國關(guān)系沒有完全解凍，兩國關(guān)系也會有所改善。

Quik-Pak母公司Promex總裁兼首席執(zhí)行官Richard Otte表示：“我們迎來了一位新總統(tǒng)，人們對新政府的政策抱有很大的期待，有些情況也令人擔憂。但他們顯然將在許多方面與我們過去的情況有所不同。我個人預計，我們與中國的關(guān)系將繼續(xù)遇到困難，與歐洲的關(guān)系將有一點緊張。這些都在影響生意。我不知道我是否會稱之為冷戰(zhàn)，但與中國肯定有一場冷戰(zhàn)。我們的許多行業(yè)產(chǎn)品來源于中國，由于人們不能前往中國，我們在溝通許多項目和解決問題方面遇到了困難。那會造成延誤。但它不會阻止亞洲貨物流向北美，但貨物將在岸上停留更長時間。這將是未來幾年逐漸形成的趨勢。隨著聯(lián)邦政府對支持美國技術(shù)和制造業(yè)越來越感興趣，你將看到更多的資金直接投資于此，而且大部分是間接投資于此，由政府來支持美國制造業(yè)——特別是支持軍隊，也許還有新興的航天工業(yè)?！?/p>

貿(mào)易戰(zhàn)的影響已經(jīng)對芯片行業(yè)的許多領(lǐng)域產(chǎn)生了直接影響。這一點在中國臺灣尤其令人擔憂，那里有兩個大型商業(yè)代工廠——臺積電（TSMC）和聯(lián)華電子（UMC）——以及全球最大的OSAT（封裝測試企業(yè)）——ASE。在那里，政商平衡既微妙又復雜。

“半導體行業(yè)是一個協(xié)作、共生的生態(tài)系統(tǒng)，”ASE首席運營官Tien Wu在最近的一次圓桌討論中表示?！按S并不擁有這個市場。我們沒有關(guān)鍵材料設備技術(shù)。我們擁有的是加工和制造的靈活性?！?/p>

他說：“我們之所以占據(jù)全球半導體制造業(yè)的22%，因為大家都知道這里是一個很好的位置。每個人都需要我們。每個人都愿意幫助你。我們從歐洲得到關(guān)鍵設備。我們從日本得到所有關(guān)鍵的材料加工設備。我們正在為美國和中國做生意，沒有人為此感到不安?！?/p>

新興市場汽車最大

芯片最大的新興市場之一是汽車。2015年至2018年期間，汽車市場快速增長，之后隨著汽車主機廠退潮并重新評估其目標和體系結(jié)構(gòu)，市場大幅放緩。汽車主機廠們并沒有試圖在每輛車上都安裝一臺超級計算機（這在經(jīng)濟上是不現(xiàn)實的），而是將重點放在可擴展的體系結(jié)構(gòu)上，以處理越來越多的駕駛員輔助功能。

盡管疫情造成了交通和新車銷售的損失，但這項工作仍在進行。Fraunhofer的Schneider說：“這一點，加上度假旅行仍將受到限制，不可避免地將對汽車和航空業(yè)的電子元件供應商產(chǎn)生負面的影響。至少在歐洲，汽車工業(yè)面臨的困難局面是越來越嚴格的氣候保護要求。創(chuàng)新的輔助和娛樂系統(tǒng)將無法彌補從內(nèi)燃機轉(zhuǎn)向電動汽車所造成的銷售損失?！?/p>

然而，正如所有電子公司都知道的那樣，成功走出低迷的唯一途徑是設計創(chuàng)新。因此，汽車芯片設計開始再次增加，隨之而來的是對邊緣電氣化和通信基礎設施的需求。

Mixel總裁兼首席執(zhí)行官Ashraf Takla說：“我們支持汽車需求已達10年。從需求和我們需要做的事情來看，這種變化真的很驚人。就像一個新的生態(tài)系統(tǒng)從零開始誕生，每個人都在學習。真的沒有專家。每年都有新的要求，我們需要做新的仿真，我們需要遵循更多的規(guī)則。”

但汽車也帶來了一系列嚴格的要求，既有行業(yè)驅(qū)動的要求（ISO 26262和ASIL A、B、C、D），也有主機廠驅(qū)動的要求（18年零缺陷），這對測試測量行業(yè)產(chǎn)生了影響。

Takla說：“這對CAD公司非常有利。你需要更多的工具。老化和電遷移非常重要。對于消費電子產(chǎn)品，設計通常是三西格瑪。對于汽車來說是五西格瑪或六西格瑪。幸運的是，這一切并不是一夜之間發(fā)生的。但它將在2021年和未來幾年繼續(xù)存在?！?/p>

這場疫情也為醫(yī)療器械和設備打開了一個巨大的市場，多年來，在政府監(jiān)管和醫(yī)療專業(yè)人員對采用新技術(shù)的抵制下，醫(yī)療器械和設備已停滯不前。

Promex的Otte說：“醫(yī)療器械在歷史上是用獨特材料制成的機械產(chǎn)品。但近年來，人們開始將電子器件與現(xiàn)在能夠收集信息的設備結(jié)合起來，電子設備可以處理信息，并將信息以無線電信號的形式呈現(xiàn)出來，可以閃光、鳴叫或顯示。電子技術(shù)與醫(yī)療設備和醫(yī)療需求的結(jié)合正推動著行業(yè)的發(fā)展。許多事情都是可能的，其中一些都是與手機提供的處理能力和互聯(lián)網(wǎng)連接在一起運作的。”

遠程診斷和通信的可能性剛剛開始得到認可。Takla說：“現(xiàn)在更強調(diào)遠程訪問。這些領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)從中受益，甚至在后疫情時代也將繼續(xù)受益。新的常態(tài)將是更多的人遠程工作，因此支持這類活動的網(wǎng)絡和半導體將從中受益。追蹤工作也將繼續(xù)，也許在美國不會那么多，但在中國和世界其他地區(qū)肯定會。我們還會看到更多的5G和AI。”

安全成為主流

不過，連接更多的設備需要有另一種要求。安全性是一個日益嚴重的問題，隨著汽車等安全關(guān)鍵設備中半導體含量的不斷增加，人們的擔憂將繼續(xù)增加。

為系統(tǒng)設計師提供構(gòu)建最安全完整解決方案的Tortuga Logic執(zhí)行主席兼臨時CEO Andreas Kuehlmann說：“安全性正遵循我們多年前在軟件領(lǐng)域看到的相同趨勢。每個人都處在不同的階段，隨著事件的發(fā)生，他們真的很掙扎。安全將成為一個更加密集的實踐。

他表示：“不僅僅是半導體公司討論安全問題，他們知道該怎么做。更大的問題是如何評估風險。這已經(jīng)在金融業(yè)開始，并正在轉(zhuǎn)向汽車業(yè)。我們希望在醫(yī)療器械領(lǐng)域也能看到類似的努力?！?/p>

安全性影響到每一個設備的每一層，以及在遙遠的供應鏈中制造這些設備的每一個過程。OneSpin的Brinkmann說：“如果我們深入探討安全問題，就會想起最近有關(guān)SolarWinds黑客攻擊的頭條新聞。這次攻擊證實了軟件供應鏈是脆弱的，但我們需要記住，硬件供應鏈也容易受到安全風險的影響。具體來說，IP塊（如處理器、片上通信和數(shù)據(jù)路由）都構(gòu)成了一個重要的無保護攻擊面，尤其是在設計過程的早期。使用標準方法很難或幾乎不可能檢測到這些漏洞。如果在流程的早期沒有檢測到這些安全漏洞，它們可能會一直處于休眠狀態(tài)，直到部署系統(tǒng)，從而導致災難性的后果?！?/p>

疫情與經(jīng)濟復蘇

關(guān)于冠狀病毒大流行的后果，人們已經(jīng)寫了很多文章并進行了推測。普遍的共識是，全球大流行將以疫苗和群體免疫結(jié)束，但在某些地方結(jié)束的速度要比在其他地方快得多。這將決定各地區(qū)的經(jīng)濟復蘇時間表。

Cadence的陳立武說：“輝瑞公司、強生公司和其他公司的首席執(zhí)行官們說，他們將在3月份前推出1億劑疫苗。到明年下半年，疫苗應該可以廣泛使用。因此，第一季度半導體行業(yè)仍將面臨挑戰(zhàn)，因為科威特，尤其是在英國和美國，Q2將更加穩(wěn)定。然后，因為被壓抑的需求，第三季度和第四季度將好轉(zhuǎn)。因此，鑒于半導體需求強勁，加上庫存水平良好，我謹慎看好2021年，甚至2022年?！?/p>

OneSpin的Brinkmann表示同意?！半S著我們進入2021年，有一些影響市場的明顯因素將從2020年延續(xù)下來。大流行仍在肆虐，在疫苗得到廣泛分發(fā)之前，疫情很可能不會停止。這意味著，至少在今年上半年，2020年的商業(yè)實踐將以大致相同的方式進行。除此之外，還有其他一些環(huán)境因素將造成不確定性，包括英國脫歐將如何處理、新總統(tǒng)政府的影響以及貿(mào)易戰(zhàn)的影響?！?/p>

盡管如此，工程師和科學家在未來的工作地點和工作方式仍不確定。Xilinx的Peng說：“2020年的疫情在遠程工作、學習、醫(yī)療保健、娛樂、工廠運營等方面都是一個啟示。疫情將在2021年進一步加速這些趨勢，并推動新的創(chuàng)新和商業(yè)模式。更籠統(tǒng)地說，我們將見證從端點到邊緣和云的普及，以及互聯(lián)智能的數(shù)字化加速對高性能、低延遲和自適應計算的需求，以及應對摩爾定律的終結(jié)。

責任編輯：haq