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（電子發(fā)燒友網(wǎng)報道 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通信帶動芯片、設備全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模增長。2023年，全球5G手機出貨量超7億部，占全球智能手機市場的50%；2023年，全球5G基站累計超過500萬個，平均增速超過50%，主要動力來自中國。

新基建帶來海量芯片的需求，5G+AIoT不斷推進，到底哪些類型的芯片是起到核心關鍵作用？近日，北京大學深圳芯片重點實驗室主任何進教授在5G&半導體峰會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

北京大學深圳芯片重點實驗室主任何進教授指出， 預計2025年，中國5G基站建設將達到500萬座，帶來5G基站芯片與高頻組件的龐大市場需求。2025年，預計中國人工智能芯片的市場規(guī)模將達到500億。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)投資規(guī)模達到6500億元，帶動相關投資萬億元；新能源汽車換電站估計到2025年預計建成3.6萬座，全國車樁比例達到1：1。

新基建給芯片應用帶來很好的發(fā)展機會。數(shù)字經(jīng)濟就是5G基礎上的“ABCD“——人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、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)、云計算、區(qū)塊鏈、由于帶寬、速度、時延、能耗，可靠性達不到產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的要求，只是消費互聯(lián)網(wǎng)的功能，現(xiàn)在到了5G之后，五個指標性能達到了要求，可以應用到生產(chǎn)系統(tǒng)、工業(yè)系統(tǒng)、應用到全社會的各類運行場景，包括各行各業(yè)，數(shù)字經(jīng)濟改變整個世界。

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

在何進教授看來，5G+AIoT時代，萬物智聯(lián)的場景要得以實現(xiàn)，需要在芯片領域解決四大技術基礎：算力、存儲、網(wǎng)絡和傳感。他的觀點如下:

1、計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性，算力已經(jīng)成為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的核心動力，人類即將進入一個依靠算力的人工智能時代。

2、AI芯片，市場規(guī)模未來5年增長有望達10倍。無論邊緣、終端還是云計算，年增長率都達到50%。何進教授指出，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、存儲芯片在全球半導體市場的芯片類型中占據(jù)30%的市場份額。新型存儲芯片將解決目前數(shù)據(jù)中心和大規(guī)模計算中心的存儲難題。

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傳感器的技術發(fā)展，從前照式（FSI）到背照式（BSI），再到堆疊背照式和隊曾堆疊背照式。

創(chuàng)新芯片：AI芯片、新型存儲芯片和光電芯片

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

可變電阻式存儲器（RRAM）、相變存儲器和自旋轉移力矩磁隨機存儲器。首先，可變電阻式存儲器，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器的NAND閃存快1萬倍，因此在這個即將面臨而來的挑戰(zhàn)，可變電阻式存儲器絕對是一個不可或缺的存在。

第二、STT-MRAM，自旋轉移力矩磁隨機存儲器，中科院半導體研究所正在推進的，這種存儲器比較傳統(tǒng)的磁盤主要優(yōu)點是：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，可能會采用這種類型的成熟芯片。第三、相變存儲器（PCM），主要優(yōu)點是高讀寫速度，壽命長、存儲穩(wěn)定。多態(tài)存儲和多層存儲。相變存儲器是中科院微系統(tǒng)所跟中芯國際合作，已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)用的量產(chǎn)的成熟性，它的最大優(yōu)點是工藝比較簡單，而且壽命也足夠的長。

現(xiàn)在存儲芯片最先進的技術還沒有達到14納米，存儲芯片和算力芯片之間有巨大的技術差別。何進教授認為存儲與算力面臨三大挑戰(zhàn)：一、存儲墻挑戰(zhàn)：存儲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致低速度。

存算一體化芯片成為未來的方向。這類架構不是簡單把傳統(tǒng)存儲芯片和設計芯片分開的，非馮諾依曼計算架構，這類芯片最大的優(yōu)點是不僅速度快，而且根據(jù)不同的結構不同功耗有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，在存儲當中完成計算，在計算當中完成產(chǎn)品。例如，采用28nm工藝的IBM TrueNorth芯片的目標是網(wǎng)絡邊緣和大數(shù)據(jù)解決方案，這些應用里有海量實時數(shù)據(jù)需要采用超低功耗設備進行處理，Truenorth芯片里含54億個低成本晶體管神經(jīng)突觸芯片，但消耗的功率僅為700毫瓦，最適合處理此類應用。目前GPU的功耗是幾十瓦甚至更多。

何進教授分析說，對于商業(yè)存儲器，新興的NVM因為速度較為匹配，可以用作存儲級內存（SCM）來彌補工作內存何存儲之間的訪問時間差別，因為可以高密度集成，相變存儲器（PCM）和阻變存儲器（ReRAM）是SCM的主要候選者，自旋力矩傳輸存儲器（STT-MRAM）由于其高耐久性和高速度被認為是DRAM的替代品。

對于嵌入式應用，基于新興NVM的片上存儲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)邊緣設備上的AI芯片頗具吸引力。

何進教授認為，存算一體化的芯片可能是未來大數(shù)據(jù)時代、萬物智能時代的終極解決方案。他總結說，5G+AIoT領域，芯片看重時延、功耗、成本和安全性；芯片創(chuàng)新主要在AI芯片、新型存儲芯片、光電芯片。創(chuàng)新架構主要體現(xiàn)在軟硬件協(xié)同設計，存算一體化結構和光電集成化芯片。

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