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  2020年注定是歷史雕刻的一年。新冠肺炎疫情席卷全球。很多行業停滯復蘇后，按下加速鍵，新的技術和應用不斷涌現。5G大規模商用、開放式計算機結構、芯片異構集成等一系列創新突破蜂擁而至。

創新趨勢對行業有什么促進作用？

仰望星空，展望科技前沿趨勢，切實規劃發展路徑。科技自強絕不是空談。只有把握住發展的大局，才能更好的進行下一場戰斗。總結整理了2021年半導體行業相關的十大趨勢，窺視未來。

第三代半導體材料爆炸

以氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)為代表的第三代半導體具有耐高溫、耐高壓、高頻、大功率、防輻射等優良特性，但受技術、成本等因素限制，多年來僅在小范圍內應用。BAW56E6327近年來，隨著材料生長和設備制備技術的突破，第三代半導體的性價比優勢逐漸顯現，應用市場開放:汽車變頻器已使用SiC元器件，GaN快速充電器也大量上市。未來五年，基于第三代半導體材料的電子設備將廣泛應用于5G基站、新能源汽車、UHV、數據中心等場景。

Arm架構處理器完全滲透

Arm專門為下一代永遠在線的筆記本電腦發布了Cortex-A78CCPU，支持8核，L3緩存增加到8MB。基于Cortex-A78C的CPU芯片將成為x86架構CPU在高性能PC市場的強勁競爭對手。蘋果Mac電腦將全面采用Arm架構CPU，更多的Arm陣營芯片設計師將被引入PC市場，包括高通量、華為、三星。據說x86陣營的AMD也在開發基于Arm的處理器芯片，亞馬遜AWS推動ArmCPU在服務器市場的增長。在高性能計算(HPC)方面，基于Arm架構的超級計算機Fugaku獲得了世界500強。

2021年半導體發展十大趨勢

中國已經取代了發展的主線

盡管有2020年新冠肺炎疫情等不利因素和美國的壓迫，中國半導體產業仍保持著較高的增長率。預計年收入將超過8000億元，增速接近20%，進口情況將超過3000億美元。設計行業是增長最快的環節。保守預測，2021年國內替代仍將是國內半導體產業發展的主線，重點產品領域與上下游產業鏈在基礎環節的合作將加快。美國對華為的壓力將在2021年緩解，華為預計在2021年部分恢復與TSMC、高通量、聯發科等國際供應鏈合作伙伴在非先進技術和產品層面的合作。在半導體行業沒有重大系統風險和變化的情況下，2021年國內半導體增速超過20%，整體產業規模預計超過萬億元，應該是一個大概率事件。

整個籌碼線緊張而執著

目前，產能不足導致的短缺和漲價已經遍布行業內的很多環節，從代理到包裝再到設計，漲價都是以成本轉移為由與客戶協商。另一方面，中美關系的下一步發展方向仍不明朗。另一方面，由于8英寸產能不足，短時間內幾乎沒有大規模擴大生產的可能性，因此緊張的產能至少會持續到2021年第三季度。預計全球半導體產能短缺將持續到2021年，甚至8英寸產能也可能持續到2022年。

3nm工藝節點差異增加

從7納米技術開始，TSMC和三星代工廠在路線進展上有很大差異。比如三星7nm(7LPP)采用EUV(極紫外光)，TSMC以5nm和4nm作為其半代技術，在7nm本身(N7/N7P/N7+)演進之后，已經在5nm開始了重要的技術迭代。2020年4月，TSMC首次披露了3nm科技(N3)的具體信息。N3是繼N5技術之后的又一次正式迭代。預計晶體管密度將提高1.7倍(單元級密度約為290MTr/mm)，比N5的性能提高50%，功耗降低30%。TSMCN3的工藝風險生產計劃在2021年，大規模生產將在2022年下半年開始。考慮到成熟度、功耗和成本等問題，TSMC表示，N3仍將采用傳統的FinFET結構，但其3nm技術本身仍將有機會采用GAAFET技術。

系統級封裝(SiP)已經成為主流。

芯片封裝技術的發展經歷了四個階段:第一階段是DIP/PGA；第二階段是表面貼裝(SMT)。第三階段是面陣封裝(BGA/CSP)。第四階段是高密度封裝系統(SiP)。目前，全球半導體封裝主流技術已進入第四階段，SiP、PoP、Hybrid等主要封裝技術已大規模應用，部分高端封裝技術開始向核心方向發展。SiP包裝正在從單面包裝向雙面包裝轉變。預計2021年雙面包裝SiP將成為主流，2022年將出現多層3DSiP產品。

用FPGA制作AI加速器。

自從80年代Altera和Xi安開創了可編程邏輯器件型FPGA以來，FPGA發生了很大的變化。除了固有的可編程靈活性外，網絡連接和數據交換功能使FPGA成為云計算和數據中心不可或缺的數據處理單元，特別是對于機械學習/AI、網絡加速、計算存儲等對FPGA要求很高的應用，如SmartNIC、搜索引擎加速器、AI推理引擎等。新興的邊緣計算掀起了FPGA需求的新高潮。包括5G基站和電信基礎設施、邊緣網關和路由器、物聯網智能終端等。自動駕駛、智能工廠、智能城市、交通將進一步增加和拓展FPGA應用。

PC處理器的性能飛躍

PC處理器爬行10多年后，當摩爾定律變慢時，性能和效率大大提高，這在半導體行業是罕見的。即便如此，到2020年下半年，后期的10納米SuperFin技術和Skylake微結構沿襲了幾年的背景，使得IntelPC處理器的性能和效率領先10多年，神話將在2020年結束。對于消費者來說，PC處理器很少有持續2~3年的性能提升高潮，預計這種趨勢會持續1~2年。

碳基技術加速了柔性電子技術的發展

碳基材料作為制造柔性設備的核心材料，從實驗室出來制造可以自由彎曲的柔性電子設備。比如用這種材料制成的電子皮膚，不僅具有與真實皮膚相似的力學性能，還具有感知外界環境的功能。柔性電子是指經過扭曲、折疊、拉伸后仍保持原有性能的電子設備，可用作可穿戴設備、電子皮膚、柔性顯示器等。柔性電子發展的主要瓶頸在于材料——目前的柔性材料，柔性不夠，容易失效，或者其電學性能遠不如硬硅基電子。近年來，碳基材料的技術突破為柔性電子提供了更好的材料選擇:碳納米管這種碳基柔性材料的質量已經滿足大規模集成電路的制備要求，用這種材料制備的電路性能已經超過同尺寸硅基電路，另一種碳基柔性材料石墨烯的大面積制備也已經實現。

數據處理實現自主和自我進化

隨著云計算的發展和數據規模的不斷指數級增長，傳統的數據處理面臨著存儲成本高、集群管理復雜、計算任務多樣化等巨大挑戰。面對大量快速增長的數據規模和復雜多樣的處理場景，人工管理和系統調整，因此，通過智能方法自動優化數據管理系統已經成為未來數據處理發展的必然選擇。人工智能和機械學習方法逐漸廣泛應用于智能冷熱數據分層、異常檢測、智能建模、資源動員、參數調整、壓力生成、指標推薦等領域，有效降低了數據計算、處理、存儲和運輸管理的成本，實現了數據管理系統的自治和自進化。