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（電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道 文/章鷹）12月15日，中國信息通信研究院副院長余曉暉發(fā)布ICT深度觀察十大趨勢，其中特別提到了5G通信帶動(dòng)芯片、設(shè)備全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模增長。2023年，全球5G手機(jī)出貨量超7億部，占全球智能手機(jī)市場的50%；2023年，全球5G基站累計(jì)超過500萬個(gè)，平均增速超過50%，主要?jiǎng)恿碜灾袊?

新基建帶來海量芯片的需求，5G+AIoT不斷推進(jìn)，到底哪些類型的芯片是起到核心關(guān)鍵作用？近日，北京大學(xué)深圳芯片重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任何進(jìn)教授在5G&半導(dǎo)體峰會(huì)上帶來的最新的市場前瞻和分析。

新基建帶來芯片行業(yè)廣闊的發(fā)展空間

北京大學(xué)深圳芯片重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任何進(jìn)教授指出， 預(yù)計(jì)2025年，中國5G基站建設(shè)將達(dá)到500萬座，帶來5G基站芯片與高頻組件的龐大市場需求。2025年，預(yù)計(jì)中國人工智能芯片的市場規(guī)模將達(dá)到500億。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)投資規(guī)模達(dá)到6500億元，帶動(dòng)相關(guān)投資萬億元；新能源汽車換電站估計(jì)到2025年預(yù)計(jì)建成3.6萬座，全國車樁比例達(dá)到1：1。

新基建給芯片應(yīng)用帶來很好的發(fā)展機(jī)會(huì)。數(shù)字經(jīng)濟(jì)就是5G基礎(chǔ)上的“ABCD“——人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈，以前1G、2G、3G和4G階段同樣的人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、由于帶寬、速度、時(shí)延、能耗，可靠性達(dá)不到產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的要求，只是消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的功能，現(xiàn)在到了5G之后，五個(gè)指標(biāo)性能達(dá)到了要求，可以應(yīng)用到生產(chǎn)系統(tǒng)、工業(yè)系統(tǒng)、應(yīng)用到全社會(huì)的各類運(yùn)行場景，包括各行各業(yè)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)改變整個(gè)世界。

何進(jìn)教授分析說，2019年全球芯片產(chǎn)業(yè)5000億美元，中國進(jìn)口芯片3500億美元，占據(jù)全球四分之三的消費(fèi)，支撐電子信息產(chǎn)業(yè)1.5萬億美元，芯片業(yè)成為基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。

在何進(jìn)教授看來，5G+AIoT時(shí)代，萬物智聯(lián)的場景要得以實(shí)現(xiàn)，需要在芯片領(lǐng)域解決四大技術(shù)基礎(chǔ)：算力、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和傳感。他的觀點(diǎn)如下:

1、計(jì)算能力成為新型生產(chǎn)力，來自國際貨幣基金組織、華為及中金公司研究部的數(shù)據(jù)顯示，國家的人均GDP與人均算力有高度的相關(guān)性，算力已經(jīng)成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心動(dòng)力，人類即將進(jìn)入一個(gè)依靠算力的人工智能時(shí)代。

2、AI芯片，市場規(guī)模未來5年增長有望達(dá)10倍。無論邊緣、終端還是云計(jì)算，年增長率都達(dá)到50%。何進(jìn)教授指出，目前通用的CPU、GPU、FPGA等都能執(zhí)行AI算法，只是執(zhí)行效率差異較大。

3、存儲(chǔ)芯片在全球半導(dǎo)體市場的芯片類型中占據(jù)30%的市場份額。新型存儲(chǔ)芯片將解決目前數(shù)據(jù)中心和大規(guī)模計(jì)算中心的存儲(chǔ)難題。

4、光電芯片主要是傳輸、傳感和賦能。以光電傳感芯片-CMOS圖像傳感器為例，CMOS傳感器的技術(shù)發(fā)展，從前照式（FSI）到背照式（BSI），再到堆疊背照式和隊(duì)曾堆疊背照式。

創(chuàng)新芯片：AI芯片、新型存儲(chǔ)芯片和光電芯片

北大何進(jìn)教授認(rèn)為，國家投入千億的存儲(chǔ)公司長江存儲(chǔ)、合肥長鑫已經(jīng)陸續(xù)量產(chǎn)。他指出，根據(jù)5G新基建的推進(jìn)計(jì)劃，數(shù)據(jù)中心等超大規(guī)模計(jì)算中心需要更高性能的存儲(chǔ)器，業(yè)界探索了三種新型的存儲(chǔ)器方向：

可變電阻式存儲(chǔ)器（RRAM）、相變存儲(chǔ)器和自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器。首先，可變電阻式存儲(chǔ)器，由于ReRAM的操作電壓較低，消耗的電力較少，且ReRAM的寫入信息速度比同樣是非易失性存儲(chǔ)器的NAND閃存快1萬倍，因此在這個(gè)即將面臨而來的挑戰(zhàn)，可變電阻式存儲(chǔ)器絕對是一個(gè)不可或缺的存在。

第二、STT-MRAM，自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器，中科院半導(dǎo)體研究所正在推進(jìn)的，這種存儲(chǔ)器比較傳統(tǒng)的磁盤主要優(yōu)點(diǎn)是：密度大，容量大，無漏電流，靜態(tài)能耗低。在未來的數(shù)據(jù)中心，可能會(huì)采用這種類型的成熟芯片。第三、相變存儲(chǔ)器（PCM），主要優(yōu)點(diǎn)是高讀寫速度，壽命長、存儲(chǔ)穩(wěn)定。多態(tài)存儲(chǔ)和多層存儲(chǔ)。相變存儲(chǔ)器是中科院微系統(tǒng)所跟中芯國際合作，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)用的量產(chǎn)的成熟性，它的最大優(yōu)點(diǎn)是工藝比較簡單，而且壽命也足夠的長。

現(xiàn)在存儲(chǔ)芯片最先進(jìn)的技術(shù)還沒有達(dá)到14納米，存儲(chǔ)芯片和算力芯片之間有巨大的技術(shù)差別。何進(jìn)教授認(rèn)為存儲(chǔ)與算力面臨三大挑戰(zhàn)：一、存儲(chǔ)墻挑戰(zhàn)：存儲(chǔ)器帶寬在很大程度上限制了CPU和GPU處理器性能發(fā)揮；二、功耗墻挑戰(zhàn)：數(shù)據(jù)頻繁遷移帶來嚴(yán)重傳輸功耗問題；三、速度墻挑戰(zhàn)：空間距離之間的傳輸必然導(dǎo)致低速度。

存算一體化芯片成為未來的方向。這類架構(gòu)不是簡單把傳統(tǒng)存儲(chǔ)芯片和設(shè)計(jì)芯片分開的，非馮諾依曼計(jì)算架構(gòu)，這類芯片最大的優(yōu)點(diǎn)是不僅速度快，而且根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)不同功耗有10倍或者更多倍的縮小，這是類腦芯片主要的發(fā)展方向。NPU，在存儲(chǔ)當(dāng)中完成計(jì)算，在計(jì)算當(dāng)中完成產(chǎn)品。例如，采用28nm工藝的IBM TrueNorth芯片的目標(biāo)是網(wǎng)絡(luò)邊緣和大數(shù)據(jù)解決方案，這些應(yīng)用里有海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)需要采用超低功耗設(shè)備進(jìn)行處理，Truenorth芯片里含54億個(gè)低成本晶體管神經(jīng)突觸芯片，但消耗的功率僅為700毫瓦，最適合處理此類應(yīng)用。目前GPU的功耗是幾十瓦甚至更多。

何進(jìn)教授分析說，對于商業(yè)存儲(chǔ)器，新興的NVM因?yàn)樗俣容^為匹配，可以用作存儲(chǔ)級內(nèi)存（SCM）來彌補(bǔ)工作內(nèi)存何存儲(chǔ)之間的訪問時(shí)間差別，因?yàn)榭梢愿呙芏燃桑嘧兇鎯?chǔ)器（PCM）和阻變存儲(chǔ)器（ReRAM）是SCM的主要候選者，自旋力矩傳輸存儲(chǔ)器（STT-MRAM）由于其高耐久性和高速度被認(rèn)為是DRAM的替代品。

對于嵌入式應(yīng)用，基于新興NVM的片上存儲(chǔ)器也可以提供比傳統(tǒng)NVM更好的存取速度和低功耗，可在非常有限的功率下工作，對于物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備上的AI芯片頗具吸引力。

何進(jìn)教授認(rèn)為，存算一體化的芯片可能是未來大數(shù)據(jù)時(shí)代、萬物智能時(shí)代的終極解決方案。他總結(jié)說，5G+AIoT領(lǐng)域，芯片看重時(shí)延、功耗、成本和安全性；芯片創(chuàng)新主要在AI芯片、新型存儲(chǔ)芯片、光電芯片。創(chuàng)新架構(gòu)主要體現(xiàn)在軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，存算一體化結(jié)構(gòu)和光電集成化芯片。

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