算力需求爆炸时代 半导体产业的国产化征程

原标题：算力需求爆炸时代，半导体产业的国产化征程

　　新算力时代的新突破。

　　今年是5G大规模商用普及的关键年份，在这一背景之下，日益爆炸的数据传输和计算要求、存储能力的跃进、安全保障诉求的提升，都逐渐成为走在数字世界前沿的半导体产业普遍在突破的方向。

　　在近日举行的第八届中国电子信息博览会(简称“CITE 2020”)上，21世纪经济报道记者走访了部分半导体核心元器件厂商，了解在新算力时代，国产厂商如何在国产化浪潮中夯实自身的技术能力，在各自细分领域的突破方向又在哪里。

　　1、NB-IoT:集成式SOC是大势所趋

　　在NB-IoT(物联网通信技术的一种)正式被3GPP组织纳入5G标准之后，市场对该领域的关注度愈发高涨起来。实际上在这些年的绵延探索过程中，国内已经出现不少NB-IoT领域的厂商，经历过初期的跑马圈地之后，接下来的路径该怎么走将是一个关键性问题。

　　而对于一些厂商来说，从最早的水电燃气表发展到今天，NB-IoT实际上将为改变传统行业的商业模式带来新贡献。

　　芯翼信息科技合伙人、副总裁李剑就向21世纪经济报道等记者介绍道，公司在物联网通讯芯片领域，定义的是以NB-IoT芯片作为切入点进入物联网市场，但并非仅限于此。芯翼信息实际上定义的是，要做物联网智能终端芯片，通讯只是其中一个部分。

　　“我们发现当今物联网世界有两大趋势：第一是传统行业现代化、智能化；第二是物理世界数字化、机器海量连接。”李剑指出，基于此，公司确定了五个发展维度：通信、感知、计算、安全、连接。

　　具体来说，通信是一种核心的沟通手段；感知的囊括范围实际上非常宽泛，比如温度、湿度，以及基于此拓展到监管核查领域；云计算尤其是边缘端计算在近些年在快速兴起；安全属性是随着物联网连接范围的扩大，愈发凸显的需求，比如停电停水造成的安全问题、工厂生产数据有机密性要求等；连接则是因为随着更多设备进入连接大网，但电池的技术迭代实际上还相对缓慢，如果芯片的能量不够，借助新技术让设备可以通过外界的电磁波、光热等来源获得能量，则可以让设备寿命延长、电池规格也不再需要那么高。

　　这五个领域，就可以根据具体场景需要，自由排列组合成不同种类和集成能力的芯片。

　　“这五个维度就是未来我们做终端SOC需要做的事情，当然未必是全部都做。可以通过各种不同的组合方式，做出各种芯片来。”李剑表示，作为初创型企业，公司可以通过做集成性的方案，将2-3个行业重点突破后，持续跟上下游生态伙伴共同打造更宽广的市场。

　　“目前的确有用足够低的价格来完成方案替换的现象发生，这的确对用户很好，但我们做的并不完全是牺牲成本空间来获得市场，而是更多通过集中创新的优势获得。”他补充道。

　　李剑认为，这也会是未来NB-IoT行业的趋势。“未来，集成式芯片会是历史大势，不可阻挡。具备集成多项技术能力的SOC可以更好获得市场。”

　　实际上随着连接场景的丰富，NB-IoT技术也在逐步改变传统行业的商业模式，比如说生活中需要定时更换部件的小电器领域。

　　李剑举例道，假如在净水器中安装一个网络模块，让厂商可以借此了解到用户使用的滤芯什么时候需要更换了，空调滤网的生命周期到了什么时候，并根据模块反馈的信息，及时通过客服与消费者建立紧密的联络，就是一个正在发生的商业方向。

　　2、IC设计：国产化优势从“硬+软”着手

　　突飞猛进的数据增长，必然也凸显出对于数据安全性传输的保障诉求，这也是不少IC设计厂商都在探索的一大方向。

　　在IC设计企业国民技术的展台，就陈列了安全芯片、通用MCU(微控制器)、可信计算、无线射频等芯片产品与行业应用解决方案。

　　据国民技术方案开发部执行总监赵永刚介绍，目前公司的MCU产品整体在爬坡起量期，出货量高的领域集中在车载后装、电机控制类、智能家居门锁与智能控制类产品，受疫情影响如额温枪、血压仪、血氧仪等智能医疗类型、微型打印机等个人消费产品领域也在近期有较大出货量。

　　赵永刚表示，针对智能家居、工业互联网、车联网等物联网安全需求，公司形成了以保障物联安全的“国民安全云”为基础，搭配“安全芯片+通用安全MCU+无线射频”的系列产品组合，覆盖从云到端的安全解决方案。

　　具体来说，在MCU通用市场，公司的产品覆盖比较广泛，如工业控制、电机控制、智慧城市、传感器控制等，并在空调、冰箱等电机品类开发了专门的产品系列，覆盖高中低市场。

　　车载领域在逐步渗透，会有符合车规的产品型号陆续推出。公司产品将首先进入后装市场，在车辆监控、车载ETC等设备领域做导入，部分应用已经稳定出货，后面陆续会在车辆控制的前后端市场进行发力。

　　他也向21世纪经济报道记者坦言，在车载领域，考虑到海外厂商此前已占据较大市场份额，公司会考虑逐步推进，比如尾灯、尾门、车窗玻璃等部分是较好进入的部分，但诸如ECU(电子控制单元，又称“车载电脑”)则是要求较高的环节，仍需要持续积淀。

　　“我们的优势在于，硬件上来说，产品性价比较高，同时在不增加成本的情况下，MCU产品上集成了公司具备优势的硬件安全特性；软件方面搭配更完善的开发套件和生产调试工具，减低客户研发生产成本；针对重点行业还提供开源的软硬件解决方案，例如针对电机控制行业我们会提供一整套丰富完整的电机控制算法套件。从这软硬两方面去打入市场。”赵永刚补充道，今年国产替代的氛围浓厚，则是额外给公司在几大细分市场带来的外部机会。

　　谈及公司整体在MCU领域的优势，赵永刚表示，公司MCU产品内置嵌入式高速闪存、低功耗电源管理、集成数模混合电路，可以综合解决高性能微控制器的超低功耗问题。

　　另一方面是安全，国民技术在安全技术领域已经深耕了20年，期间积累了比较完善的芯片安全防护技术、安全传感器技术、安全算法技术、物理安全存储等能力。

　　“举例来说，可以在国民技术安全MCU上隔离出一个物理安全区域，对客户的关键算法和核心软件IP等提供更高安全体系的保护。”他进一步解释，除了这种多用户分区控制物理隔离技术，芯片物理存储也集成了硬件物理保护功能，即使第三方尝试采用抛片等方式导出相关数据，也会是乱序的资料，可以做到防窃取。

　　3、内存接口芯片：站稳并拓宽应用方向

　　作为首批挂牌科创板上市的企业之一，澜起科技的发展一直备受关注。在半导体领域，澜起所在的领域极其细分，国内仅此一家，全球涉足的厂商也少之又少。有机构直言：澜起是中国少数在细分领域能够引领全球产品创新的IC设计公司。

　　21世纪经济报道记者在澜起科技展台与工作人员采访了解到，该公司从事的业务领域主要包括内存接口芯片、服务器CPU平台以及混合安全内存模组。

　　简单地意向化解释，可以理解为是主要涉及类似数据从外界进入服务器或内存盘等主体的关口角色。

　　由于业务领域足够专业和细分，经过多年迭代演进后，自2013年开始，全球从事该领域的主要厂商只剩下澜起科技、瑞萨电子(原IDT已被其收购)、Rambus三家。

　　展台研发人员告诉记者，经历前面几次迭代后，目前市面上主流的DDR4内存技术就是由公司参与牵头进行标准制定工作，目前在DDR5阶段，公司也在积极参与对其规格进行定义。

　　据东方证券估算，DDR5 需要使用更多内存接口芯片。相比DDR3只采用1颗寄存缓存芯片、DDR4最多采用“1+9” 个内存芯片，DDR5对内存接口的需求进一步提升，最多达到“1+10”个(1RCD+10DB)，此外，内存性能显著提升要求内存接口芯片也显著提升。内存接口芯片有望迎来量价齐升。

　　“个人认为，公司目前的方向是，在保持技术优势的前提下，产品线越丰富越好，CPU领域还会有一些国产化的优势。”展台研发人员向记者坦言，公司目前新规划的产品线——加减密卡领域，实际上就属于行业竞争度比较高的市场，此前金融+安全相关的企业已在此发展了多年，澜起的业务与该方面其实也强相关。

　　据介绍，公司也在积极布局PCIe市场。这其实是基于当前这个数据爆炸时代的需求而来，芯片之间的信息传输量越来越大，这令高速串行接口逐渐代替传统的并行接口成为主流发展趋势，PCIe的全称也即“高速串行计算机扩展总线标准”。

　　目前在互连领域的大部分协议标准是基于第三代高数据传输协议(即PCIe 3.0)，但这逐渐已经不能满足实际运算需求，走在来路上的PCIe 4.0数据传输速率可以支持更高速度和数据吞吐量，达到16GT/s。

　　开源证券指出，当下正处于 PCIe 3.0到4.0的迭代节点，并且在PCIe 4.0阶段，全球所有厂商的PCIe 4.0 Retimer芯片均仍处于研发阶段，澜起科技已完成流片、或具有先发优势。

　　4、服务器：国产化新材料助推新技术

　　随着云计算时代的到来，服务器需求正呈现井喷态势。在服务器厂商中科曙光的展台，因为一个陈列着的“硅立方液体相变冷却计算机”而吸引了不少人。

　　资料显示，该系统为全球首款采用浸没式液体相变冷却技术的超级计算机系统，突破了密集型计算的冷却极限，PUE(评价数据中心能源效率的指标，基准为2，越接近1越好)低至1.04，达到全球最高水平。

　　中科曙光展台上，工程师告诉21世纪经济报道记者，“硅立方”的设计主要是通过设备中间部位的热交换模块，最终实现对外的有效散热。但热气并非散发到空气中，而是通过水循环散到水中，然后通过冷却塔再散到空气中。

　　相比以前，其服务器本身的设计会相对复杂一些，但是对于超算中心的适配来说没有太大影响。“类似于以前风冷模式采用的是中央空调进行降温，现在改成了通过液体和液体交换的模式让其冷却，相对更节能。”前述工程师解释道。

　　这其中的一个关键在于新材料的应用。用于散热的液体是一种不能导电的去离子水，以前需要依靠进口，但目前已经可以采用国产化的新材料替代。

　　虽然同为散热，但手机端我们常常听到采用的是“液冷散热技术”，看起来也像是通过液体在手机内部完成散热，但实际上原理完全不同。

　　该名工程师向记者表示，手机中采用的散热技术，是液体不经过电路板，在一个封闭的铜管中流动完成散热过程；但“硅立方”需要接触电路板，因此就必须使用特殊的液体完成这项工作。

　　本质来说，这也是基于新算力时代需求而来的产物。工程师指出，早期使用风冷方式散热，是因为早期超级计算机采用的芯片功率较低，没有超级大规模的运算需求和能力，但随着运算需求提升，逐渐变成类似风扇的方式，把服务器内的热气“吹”出来，但其弊端在于，可以容纳的服务器内置刀片(类似内存盘)密度不够大，为了适应当前的算力需求、增加刀片密度，这类具备更高功率密度、更高电源转换效率的计算机产品便应运而生。

　　5、结语

　　半导体器件是支撑今天众多电子产品和产业发展的基础，但半导体行业又极其细分和庞大，要扎实做好其中的每一个环节，都没有那么容易。

　　好在这些年来国家在大力推动，并吸引着诸多从海外归来的半导体人才相继参与创业大潮，让我们可以对这个产业的快速发展抱有更多期待。

（文章来源：21世纪经济报道）