目錄
前言
一、EDA軟件：芯片之母、幸有突破
二、AI芯片：應用豐富、萬箭齊發
三、第三代半導體：代際更替、大展身手
四、激光雷達：賦車以眼、視距深遠
五、RISC-V：架構之爭、自主之光
六、射頻前端：5G龍眼、奮起直追
七、UWB：厘米定位、智能物聯
八、DPU：數據中心、新生物種
九、Chiplet先進封裝：由面變體、延續摩爾
十、量子芯片：蹣跚起步，潛力可期
總結
精品報告：
領導者、決策者必看！六大行業，數十個最引人注目、可應用的AI案例，幫助你了解AI在當前和未來幾年的商業環境中能夠實現什么？推薦精品報告《德勤：科技行業-AI案例精選》。PDF文件可在公眾號后臺回復關鍵詞“芯八哥056”免費領取。
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前言
? ? ? ?半導體行業是一個國家工業強盛必不可少的基石。自中美貿易戰開始以來，半導體行業成為關注最多、投入最大、進展最快的行業，如今正處于難得的戰略發展機遇期。但半導體行業涉及到的領域眾多，如要對行業做一個面面俱到的全景式分析會有千頭萬緒的紛雜之感。為理清半導體行業的發展脈絡，芯八哥選取了最具應用前景、最能產生實用價值和商用價值的十大技術領域，按上榜理由、應用前景、進展情況等多個維度來分別介紹這十大技術領域，幫助對半導體行業有情懷、有興趣、有期待的各界人士了解行業的前沿進展和演變趨勢，供讀者參考。
一、EDA軟件：芯片之母、幸有突破
作為芯片誕生的母體，其價值怎么評價也不過分。
? ? ? EDA是鏈接foundry廠、制程工藝、IP、芯片設計、封測等行業上下游的橋梁，所有與芯片設計、制造、封測相關的新技術都必須被包容進EDA，EDA的功能決定了芯片性能的天花板。盡管EDA被國外三大巨頭壟斷，但國產廠商已經在努力突破，并取得了可喜的成績。技術進展主要在兩個方向：某一個關鍵環節核心工具上的突破；中低端、中小復雜度芯片設計的全流程解決方案，可以分別用高精尖和小而全來概括。
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? ? ? 不過，國產EDDA產業最大的隱憂在于至今仍沒有開發出一套完全自主原創的CMOS晶體管器件模型，因此在晶體管代際升級演進的進程中難免處于被動追趕的局面。這需要高校和研究機構的大力投入。一個好消息是，2021年11月4日，華中科技大學的一支團隊在ICCAD2021（計算機輔助設計國際會議）芯片布局布線算法競賽中獲得全球第一名，有望提高國產數字芯片設計EDA軟件的性能。
華大九天
國產最大的EDA廠商，占國內EDA市場份額約6%，緊隨國際三巨頭之后是國內第四大EDA企業，已于2021年6月21日向深交所遞交招股說明書，目前住處上市審核階段。華大九天是典型的小而全的全流程EDA解決方案廠商，其優勢產品是模擬電路設計全流程EDA工具系統和平板顯示電路設計全流程EDA工具系統。
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? ? ? ?模擬電路設計全流程EDA工具系統包括原理圖和版圖編輯工具、電路仿真工具、物理驗證工具、寄生參數提取工具等，電路仿真工具支持最先進的5nm制程，處于國際領先水平，其他工具支持28nm工藝制程，向16nm演進。
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? ? ? ?平板顯示電路設計全流程EDA工具系統是全球領先的商業化全流程設計系統，多項技術達到國際領先水平，其中原理圖編輯工具不僅支持傳統的平板顯示電路設計，還支持了異形屏顯示設計的電路原理圖設計，包括手表（圓形屏等）、手機（水滴屏等）、汽車儀表盤（曲線屏等）等，其最大的客戶即是京東方。
圖：華大九天異形屏顯示電路版圖設計工具界面
（資料來源：華大九天招股說明書）
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概倫電子
? ? ?2021年12月28日在科創板上市，目前唯一一家國產EDA上市公司，是優先突破關鍵環節核心工具的典型公司，在foundry廠器件建模環節有突破，其EDA工具已被臺積電、中芯國際、聯電等foundry廠用于中低頻工藝平臺、基帶芯片，以及三星電子、SK海力士、鎂光、合肥長鑫等用于存儲芯片的器件建模。另外，在模擬芯片的電路仿真與驗證工具上也有突破。
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思爾芯
? ? ? 上海國微子公司，于2021年8月24日向上交所提交科創板IPO申請，是優先突破關鍵環節核心工具的典型公司，專注于數字芯片前端設計的原型驗證環節，國內原型驗證市場第一，向數字芯片設計公司提供以Xilinx和Intel的FPGA為硬件驗證平臺和驗證云平臺。原型驗證是將芯片設計師的RTL級源代碼移植到FPGA上運行，模擬芯片的功能和應用環境，以驗證芯片整體功能，并為芯片配套的運行軟件提供能夠并行驗證的軟件開發平臺。
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廣立微
? ? ? 已向深交所提交創業板IPO申請，并于2021年12月24日成功過會。廣立微是優先突破關鍵環節核心工具的典型公司，為foundry廠提供芯片成品率提升全流程解決方案，包括測試芯片的版圖設計工具、測試芯片外圍電路設計工具、晶圓級可靠性測試設備及數據分析工具，幫助foundry廠提高工藝產線的良率。其中，晶圓級可靠性測試設備已經量產，得到多家國內頭部晶圓廠商的認可，打破了國外企業的壟斷，實現了晶圓級可靠性測試設備領域的國產替代。
? ? ? ?國產EDA軟件正在努力打破三大巨頭壟斷，在各個節點上實現突破。整體來看，在數字芯片設計、尤其是先進制程的超大規模數字芯片設計工具上還有明顯差距。
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關于國產EDA行業更具體的分析可參閱《你不會以為EDA軟件開發就只需要軟件工程師吧？》
二、AI芯片：應用豐富、萬箭齊發
有多少算力，才有多少智力。
? ? ? ?以深度學習和卷積神經網絡為架構的AI算法獲得巨大成功，使得AI芯片繞開了我國芯片設計行業在CPU+GPU架構上的弱勢，相當于一次芯片架構的集體轉換。又由于我國在移動互聯網應用上取得了巨大成功，積累了海量數據，成為投喂AI芯片的絕佳數據來源，因此，我國AI芯片玩家眾多，紛紛自研獨有的AI芯片架構，打破了傳統SoC芯片上ARM架構一家獨大的局面，在云端、邊緣端、終端各個層面都有大量本土企業發布產品，呈現百花齊放的良性生態，與國外相比并沒有明顯差距。
寒武紀（云端）
? ? ? 其終端智能處理器1A曾經以IP核形式集成在華為海思麒麟970內，開啟了手機AI芯片的序幕。在麒麟980上繼續合作之后，華為開始了手機NPU自研。而寒武紀也開始發布自己的AI芯片，2021年11月發布第三代自研云端AI芯片思元370及相應的智能加速卡，基于臺積電7nm工藝，集成了390億個晶體管，最大算力256TOPS，是第二代產品思元270的2倍，對標英偉達同類型GPU芯片和板卡，據傳已被阿里、百度用于數據中心。
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地平線（邊緣端）
? ? ? 2021年7月發布第三代車規級AI芯片征程5，采用第三代自研架構“貝葉斯”，算力128 TOPS，功耗30w，支持16路攝像頭感知計算。地平線已成為覆蓋L2到L4全場景的車載智能芯片方案提供商。征程2、征程3已被國內多家車企使用，如長安UNI-T、奇瑞螞蟻、智己L7、廣汽埃安Y等，征程5預計會在2022年下半年量產。華為受限，地平線成為高階自動駕駛芯片上與英偉達、高通、Mobileye競爭的唯一國產芯片廠家。
圖：地平線征程5AI芯片
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嘉楠科技（終端）
? ? ? 其創始人曾設計出全球首款區塊鏈專用ASIC芯片，并以此為核心開發出幣圈著名的阿瓦隆礦機。2018年9月發布第一代端側AI芯片勘智K210， 2021年7月發布第二代端側AI芯片勘智K510，算力2.5TOPS，定位于中高端端側視覺圖像及語音處理，已經應用于消費級AI電子產品，如優必選智能編程積木Ukit2.0、陸吾智能桌面級四足機器人XGO-mini等。
? ? ?由于架構大多自研，AI芯片是國產IC產業自主性最強的一類芯片。各種場景下對AI計算的需求日益增長，對國產AI芯片產業是巨大推動。目前看來，英偉達憑借其強大的GPU算力和完善的CUDA軟件生態，在云端大規模AI模型的訓練上仍有較大優勢，也是國產AI芯片的追趕方向。
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三、第三代半導體：代際更替、大展身手
大功率、高頻、高溫高壓場合無可替代。
? ? ? ?以氮化鎵GaN、碳化硅SiC為代表的第三代半導體，具有寬禁帶、高擊穿電場強度、高熱導率等優良特性，能夠承受幾百V、甚至上千V的電壓，適用于高壓、高頻、大功率領域，其中GaN更適用于射頻器件，比如射頻前端的PA功放芯片；SiC更適用于高壓大功率器件，如光伏逆變器、新能源電動車的800V快充。硅基GaN也是下一代顯示屏Micro LED/Mini LED的核心材料。第三代半導體產業的技術壁壘在于單晶生長時的晶格位錯控制，以及器件制造工藝穩定性。與英飛凌、Cree為代表的國外廠商相比，國產廠家在襯底尺寸（國外已量產8英寸，國產最大6英寸）、單晶生長質量上還有差距，需要國產廠家長時間的工藝摸索和積累。
比亞迪半導體
? ? ? 國內首家SiC IDM廠家，包括芯片設計、晶圓制造、模塊封裝測試及整車應用，并計劃在寧波建設SiC功率半導體晶圓制造產線，月產2萬片SiC晶圓。其自產的SiC功率器件已用于比亞迪漢的電機驅動控制器中，SiC模塊同功率情況下體積較IGBT縮小一半以上，功率密度提升一倍。計劃到2023年旗下所有電動車中用SiC功率半導體全面替代IGBT。
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山東天岳
? ? ?國內SiC襯底領軍企業，在國內實現4英寸半絕緣型SiC襯底產業化，晶棒良率50%，襯底良率75%。完成6英寸導電型SiC襯底的研發，開始小批量出貨。計劃募資建設6寸導電型襯底廠，一期產能30萬片。預計2022年研發出8英寸樣片。
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三安光電
? ? ? 國內唯一一家擁有化合物半導體全產業鏈能力的公司，GaN、SiC均有涉足，具備襯底材料、外延生長、芯片制造的綜合產業能力，Mini/Micro LED已成功供貨三星。子公司三安集成提供化合物半導體晶圓代工服務，涵蓋微波射頻、電力電子、光通訊和濾波器四個領域的產品，綜合實力逼近業界另一大實力企業——臺灣穩懋。
? ? ? 第三代半導體具有巨大應用價值，是電動車和顯示屏兩個巨無霸產業的材料基礎，關系著電動車充電便捷性以及下一代屏幕的清晰度，是國產半導體產業必須攻克的難關。
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四、激光雷達：賦車以眼、視距深遠
電動車高階自動駕駛的標配。
? ? ? 電動車自動駕駛對遠視距的需求催生了激光雷達的進展。因為可獲取目標的三維信息、分辨率高、探測范圍廣、近全天候工作等優點，激光雷達可增強汽車感知系統的冗余度，彌補毫米波雷達、攝像頭在較遠距離圖像和非標靜態物體檢測上的缺失，是實現高階自動駕駛的“必備神器”。2021年可稱為激光雷達商用化元年。
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? ? ? ? 激光雷達的主要部件分為激光收發部件和光學掃描部件兩大部分，按照兩大部分不同的轉動形式可分為機械式、半固態、全固態三種。機械式的激光收發和光學掃描都做360°轉動，導致體積龐大而不適合乘用車量產車型，但在Robotaxi測試車隊上還會繼續使用。半固態的激光收發固定不動，但光學掃描部件還會振動，是目前乘用車商用的主流。但只要有振動就有機械磨損的問題，因此，行業發展的方向是全固態式，通過零部件功能芯片化實現兩大部件都固定不動，進一步降低激光雷達的體積，提高系統穩定性。售價過高是目前激光雷達的一大缺憾，隨著電動車銷量的快速增長，其價格有望逐漸下降至100美元以內。
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圖：激光雷達掃描得到的點云圖
速騰聚創
? ? ?激光雷達行業最知名的創企之一，技術路線選取半固態式，光學掃描部件用二維MEMES微振鏡，即用MEMES工藝制作毫米級平面鏡，在水平和垂直兩個方向上振動，將激光反射到兩個方向上，實現對兩個方向的點云掃描。2021年發布全球首款批量交付車規級MEMES微振鏡半固態激光雷達產品M1，并建設了國內首條車規級激光雷達產線。去年廣州車展上亮相的13款前裝激光雷達新車型，搭載速騰聚創產品的占比接近一半。M1的尺寸108×110×45mm，最大探測距離200米。除了激光雷達硬件以外，速騰聚創還提供點云感知算法，包括消除在強光、雨雪塵霧天氣下對激光反射數據的影響等。
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禾賽科技
? ? ? 以機械式方案起家，在Robotaxi上出貨量較大，最高已有128線機械式激光雷達發布。目前針對乘用車也發布了半固態式產品，光學部件采用振鏡方案，即平面鏡繞著轉軸360°旋轉。另外，禾賽科技已經自研了激光收發芯片，將激光發生器、激光探測器、模擬前端等電子部件全部集成到一顆芯片上，并且可以跟隨芯片工藝制程的升級實現體積小型化。
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Livox覽沃
? ? ? 大疆的子公司，技術方案選取半固態式。其光學掃描部件采用棱角方案，即鏡頭不采用平面鏡，而采用厚度不均勻的凸面鏡，轉速比禾賽科技的振鏡方案高得多，使得光線折射范圍更大，覆蓋區域更廣。但對電機轉速控制和長時間工作穩定性要求較高。大疆在無人機上積累了豐富的電機控制經驗，這些經驗賦能給了Livox，算是獨門絕技。
? ? ? ?國產新能源電動車的快速繁榮催生了激光雷達產業迅猛發展，每種技術路線都有玩家覆蓋。2022年多款搭載激光雷達車型量產，會繼續推動電動車行業，國產電動車將繼續保持高景氣上升周期。
★★★★☆
五、RISC-V：架構之爭、自主之光
芯片架構自主權的一次換道超車。
? ? ? ?除了中國，不會有哪個國家對芯片行業自主可控有這么大的執著，也不會有哪個國家對RISC-V抱有如此深的熱情。這是中國芯片產業最有可能實現完全自主可控的契機。RISC-V的前景確實美好，2021年12月召開的首屆滴水湖RISC-V產業論壇上眾多廠家發布了RISC-V產品。但綜合已發布的各種芯片類型，可以看到RISC-V主要應用在對算力要求不高的物聯網，如MCU、智能穿戴等。在高性能計算上，RISC-V還沒有證明自己。RISC-V產業面臨缺乏軟件開發環境、硬件開發板欠缺；缺乏專利保護和RISC-V核認證中心；缺乏RISC-V的基礎學術研究與人才等多重障礙。
賽昉科技
? ? ? 由RISC-V創始人創立的美國公司SiFive在中國的獨立運營子公司，專注于開發各類RISC-V IP，在2021年首屆滴水湖RISC-V產業論壇上發布高性能RISC-V視覺處理平臺驚鴻7110，搭載64位4核RISC-V處理器內核，工作頻率1.5GHz，將于2022年Q2開始正式量產，采用臺積電28nm工藝，可用于中低端攝像頭、平板電腦等
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芯來科技
? ? ? ?這是國內一家專注于RISC-V架構CPU IP開發和服務的公司，其IP系列涵蓋嵌入式、數字SoC、安全、汽車與工業控制等多個領域，目前最大算力IP已達到ARM Cortex-A55的水平，曾為兆易創新、晶晨半導體定制RISC-V內核。按照公司產品開發計劃，2022年將開發RISC-V架構通用AI核和嵌入式AI核。
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阿里平頭哥
? ? ? 目前有玄鐵E902、E906、C906、C910共4款RISC-V處理器IP，并全部開源，支持多種OS，包括AliOS、安卓、FreeRTOS、RT-Thread、Linux等，擁有150多家客戶，超500個授權數，累計出貨量超過25億顆，已成為應用規模最大的國產RISC-V CPU IP系列。
? ? ? ?RISC-V被業界說了很多，但總有點“雷聲大、雨點小”的尷尬。2022年期待有幾款標志性的芯片出現，打破RISC-V業界不冷不熱的局面，帶領RISC-V產業快速實現基礎架構三足鼎立。
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關于RISC-V產業的具體介紹可參閱《真相曝光！最新國內外RISC-V生態發展現狀和趨勢》
★★★☆☆
六、射頻前端：5G龍眼、奮起直追
5G信號由電磁波到數據的一道門檻。
? ? ?射頻前端的作用是從幾十個頻段的電磁波信號海洋里解析出某一個特定頻段的信號，是手機入網通信的關鍵，占一部手機價值量的8—10%。其四大部件濾波器、功放PA、開關switch、低噪放LNA中PA和濾波器技術難度最大價值最高。國產射頻芯片在2G/3G時代還能自給自足，到4G時代由于頻率和頻段數量都急劇上升，射頻芯片開發難度變大，開始出現國外廠家壟斷，直到5G依然如此。
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? ? ? ? 國外射頻前端四巨頭均為IDM模式，并都具備射頻模組集成能力，即用SiP系統級封裝形式四大部件封裝成PAMiD模組，節省PCB板使用資源。國產射頻前端芯片產業補齊了各個環節，但國產廠商多為fabless模式，在單個器件（如switch和LNA）有突破，但模組開發能力、晶圓制造能力欠缺。另外，第三代半導體GaN異質結晶圓是制作PA的首選材質，GaN晶圓制造能力也制約著國產射頻前端廠家。
卓勝微
? ? ? 已在創業板上市，國內射頻switch開關/LNA廠商，市占率達到8%，正向集成化模組拓展。公司的switch和LNA均可滿足5G中的sub-6GHz頻段應用需求，已實現安卓陣營TOP公司全覆蓋。同時公司還與高通達成合作意向，射頻開關已通過高通的小批量試產驗證，正式進入量產。此外，為順應集成化趨勢，公司開始推出相關模組成品，包括DiFEM（分集接收模組產品）、LFEM（LNA/濾波器集成模組）、LNA bank（多頻多模LNA集成模組）
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唯捷創芯
? ? ? 2021年10月在科創板成功過會，其第一大股東是聯發科。國產PA芯片和模組龍頭，4G射頻PA出貨量國產第一，5G PA出貨累計過千萬量級，此外還包括部分射頻開關芯片及Wi-Fi射頻前端模組產品。根據國外幾大巨頭的行業發展經驗，唯捷創芯最有可能從PA單個器件整合其他器件形成完整的射頻前端模組。
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新聲半導體
? ? ? 國內少數能同時正向設計面聲波濾波器SAW和體聲波濾波器BAW的設計公司，其中用于1G以上頻段濾波的BAW濾波器難度最大。公司創始人擁有在博通的工作經驗，并已實現BAW濾波器量產出貨。其SAW濾波器由北緯公司代工廠，其BAW濾波器由中芯寧波代工。
? ? ? ?射頻前端可以說是5G手機芯片的明珠。盡管跟國外仍有較大差距，但只要手機終端品牌在我們手上，對國產射頻芯片企業就是最大的利好。
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七、UWB：厘米定位、智能物聯
有望開啟下一代消費級物聯網全新交互方式。
? ? ? ?蘋果AirTag帶火了UWB超寬帶無線通信技術。UWB采用飛行時間ToF定位原理，其信號脈沖具有亞皮秒級的時間分辨率，能夠提供達厘米級的測距和定位精度，具有抗干擾性強、定位精度高、安全性高等優點。小米“一指連”技術開啟了消費級物聯網人機交互的新方向，采用UWB技術，當手機靠近終端就可實現身份確認和顯示控制，有望在電動車上最先實現免鑰匙自動開車門功能，給用戶帶來設備管理上的便捷性。UWB已經在產業界應用多年，正逐漸向消費電子市場滲透。國產芯片、模組、解決方案等玩家都已配齊，產業前景可期。
馳芯半導體
? ? ? ?2021年11月發布具備商用能力的UWB系統級芯片CX300，定位精度±5cm，即使在高復雜度的室內環境下，定位精度也有10—20cm。芯片工作頻段6—8.5GHz，包括模擬、射頻、基帶、算法、協議，并且核心技術全部自研，是一顆完全自主可控的UWB芯片，將于2022年量產。下一代UWB芯片CX100也在研發中，將是一個SoC級芯片，能進一步降低UWB模組的功耗和價格。
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清研訊科
? ? ? ?UWB解決方案商，源于清華大學“測試技術與儀器國家重點實驗室”， 推出UWB車用數字鑰匙方案，當用戶進入距車1-3米解鎖區，車門自動打開，當用戶進入車內，可一鍵啟動車輛。已經與40+國內外主流OEM、Tier1建立了聯系，2022、2023年陸續會有搭載UWB數字鑰匙功能的量產車型推出。
? ? ? UWB是一項十分具有潛力的技術，在萬物聯網的未來可以為我們帶來極其便利的設備交互和管理方式。在技術層面，國產玩家已經具備相當實力，正待商業層面上的大規模應用。
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關于UWB行業更多介紹可參閱《還記得蘋果AirTag嗎？首款商用UWB“中國芯”來了！》
八、DPU：數據中心、新生物種
數據中心數據急速膨脹后的導流器和壓縮器。
? ? ?DPU是傳統智能網卡的升級，但不同于智能網卡，它可以獨立于CPU控制數據中心的各種設備。由英偉達在2020年10月發布，被喻為數據中心繼CPU和GPU之后的“第三顆主力芯片”，致力于解決“網絡協議處理、數據安全、算法加速”等問題，這些問題有著“CPU做不好，GPU做不了”的特點。在超大量文本處理、加密解密、各種網絡協議之間的轉換、尋址、硬件資源虛擬化等任務上，DPU可以釋放CPU的計算資源，使CPU專注于運行應用程序，通過更明細的分工來實現數據中心整體效率和系統成本最優化。在數據中心作為新基建的浪潮下，國內涌現出一批DPU創企，瞄準云計算、云服務廠商。DPU作為新生物種，還沒有業界公認的架構標準和測試基準，國產玩家還有機會。英偉達憑借先發優勢和良好的軟件支持工具，依然處于領先地位。
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圖：DPU產品示意圖
（資料來源：英偉達官網）
芯啟源
? ? ?曾經國產智能網卡龍頭，2021年完成數億元規模的Pre-A3輪及Pre-A4輪融資。為研發DPU芯片，芯啟源開發了針對復雜芯片軟硬件一體驗證EDA工具，基于Xilinx的FPGA硬件和自研的仿真軟件MimicPro為芯片設計公司提供數字芯片設計驗證服務。已向中移動提供智能網卡解決方案，正在基于自有的驗證工具開發升級版DPU產品。
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中科馭數
? ? ?創始團隊主要來自中科院計算所計算機體系結構國家重點實驗室，是中國最早進行DPU芯片研發的團隊之一，也是目前少數推出真正DPU產品的國產創企。2021年完成數億元規模A+輪融資。自主研發了KPU（Kernel Processing Unit）芯片架構，并設計出業界首顆數據庫與時序數據處理融合加的DPU速芯片，已經成功流片。
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星云智聯
? ? 2021年8月獲得美團戰略投資，與美團綁定，對產品的商用化有幫助。從公開信息看出，產品仍屬于研發階段。
數據中心的基礎架構和兩大主力芯片CPU、GPU都是國外大公司主導，DPU的出現使得國產芯片廠家第一次能有機會爭奪數據中心的架構控制權，值得大力開拓。
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九、Chiplet先進封裝：由面變體、延續摩爾
另辟蹊徑，提升芯片系統性能。
? ? ? ?芯片工藝制逐漸逼近物理極限，依賴器件尺寸縮減來延續摩爾定律很快就會難以為繼。同時，先進制程芯片的設計成本大幅增加，每前進一代的代價極其高昂，換來的性能提升卻有限。業界另辟蹊徑，通過die-to-die內部互聯技術將多個模塊芯片與底層基礎芯片封裝在一起,構成多功能的異構系統，開辟出另一種提高芯片算力的低成本方式。每一個小模塊稱為一個chiplet（芯粒），將幾個chiplet在豎直方向上堆疊，可以減小最終芯片的尺寸，同時降低每個小尺寸chiplet的制造難度和成本，甚至可以將不同工藝產線上制造的chiplet集成，豐富芯片的系統功能。在未來隨著半導體工藝越來越接近極限，每一代工藝帶來的性能增益越來越小，先進封裝可望取代半導體工藝成為芯片性能提升的主要手段。
AMD
? ? ?2021年底推出基于臺積電3D封裝技術的處理器Ryzen 5000，將包含有64MB的SRAM芯粒以3D堆疊的形式與Ryzen 5000芯粒封裝在一起。Ryzen 5000芯粒自身內置了32MB的三級緩存，通過chiplet技術，處理器總緩存提升到96MB，提升了3倍，帶來約15%的芯片性能提升。在工藝不變（臺積電7nm工藝）的情況下，實現了原來需要半導體工藝節點前進整整一代的巨大代價才能實現的性能提升。
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寒武紀云端AI芯片思元370
? ? ? ?于2021年11月發布，是寒武紀首款采用chiplet封裝技術的 AI 芯片，也是國內首顆采用chiplet封裝技術的AI芯片，也是采用臺積電7nm工藝，在一顆芯片中封裝2顆AI芯粒，每個芯粒具備獨立的AI計算單元、內存、IO，最大算力達到 256TOPS。AI芯片的內存訪問越來越成為性能瓶頸，使用3D Chiplet技術可以獲得更大的內容容量，或者類似寒武紀采用多個AI芯粒集成，即使不采用最先進的制程，也能提升整個AI芯片的算力。
? ? ? ?按照芯片產業設計、制造、封測三大分工，我們在設計和制造上落后于人，但在封測上已處于第一陣營。chiplet正是在封裝環節提升芯片性能，也正適合國產封測企業大力開拓。
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十、量子芯片：蹣跚起步，潛力可期
等我功成，碾壓一切。
? ? ? 榜單的最后一個位置留給量子芯片，是因為相對于硅基芯片，量子芯片是一種全新的計算體系，是一次徹底的范式轉換，并且有望全面超越任何硅基芯片的算力性能。谷歌、IBM、微軟、英特爾、華為、騰訊、阿里巴巴等全球最頂級的高科技公司都在投入大量研究力量。在實現量子芯片的多條技術路線上，中國是唯一一個在超導量子和光量子兩個方向上都取得一流水平的國家，在這場未來基礎科技的軍備競賽中占據了有利的位置。
超導量子芯片
? ? ? ?1、中國科學技術大學于2021年5月完成62比特超導量子計算原型機“祖沖之號”，并實現了可編程的二維量子行走模擬。10月，發布升級版66量子比特的“祖沖之二號”，并使用其中的56個量子比特實現對隨機量子電路輸出分布進行采樣，費時1.2小時，運算速度比目前的超級計算機還要快很多倍。“祖沖之二號”可用于執行任意量子算法，是量子通用計算的一次勝利。
圖：祖沖之二號超導量子芯片和量子比特示意圖
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? ? ? ? ?2、2021年12月，浙江大學發布兩款超導量子芯片“莫干1號”和“天目1號”。超導量子芯片可以由半導體微納工藝制造，被認為是量子芯片中最有前途和實用價值的一種。“莫干1號”是一款專用芯片，用于對某幾類特定問題的量子模擬。“天目1號”面向通用量子計算，共集成36個具備更長比特壽命的超導量子比特，實現了高保真度的通用量子門陣列，具備教高的編程靈活度，可執行更多種類的量子算法，應用于更多不同的研究領域。
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光量子芯片
? ? ? ?2021年2月，國防科技大學計算機學院聯合軍事科學院、中山大學等單位，研發出一款可編程硅基光量子計算芯片，尺寸11×3mm2，采用與CMOS兼容的硅光子SOI材料工藝制造，通過對所研制光量子計算芯片編程，演示了頂點搜索、圖同構等圖論問題量子算法求解,在292個不同圖像上均實現了100個量子行走的時間步驟模擬。研究實現對所有重要參數的全面控制，具備大規模應用的前景，能夠加速模式識別、計算機視覺、網絡分析和導航、網站流量優化等現實應用。
? ? ? ?中國在硅基芯片上錯過了太多，但量子芯片將中國和外國置于同一起跑線上，相當于換了一個全新的比賽重新競爭。可喜的是，我們沒有掉隊，甚至還有勝出的機會。
★★★★☆
總結
本報告分析了10個最有發展潛力和應用價值的半導體技術方向，涉及應用芯片、EDA軟件、通信技術、封裝技術等多個維度。半導體技術是所有ICT終端應用產品的基礎，國產半導體行業在各個方向上都在快速進步。在差距較大的EDA、射頻前端，已經誕生了概倫電子、卓勝微等上市公司，資本的力量有助于加速追趕速度。
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2022年，最有可能獲得突破的方向有以第三代半導體GaN為基底材料的Mini/Micro LED顯示屏，其中Micro LED最先商用于小屏幕終端（如手機），大屏上的應用仍存在大量晶粒轉移的技術障礙。另外，SiC功率器件上車，會繼續提高電動車的續航里程，帶動電動車行業更加繁榮。半導體芯片工藝已經進入激光雷達產品，使體積大大下降，更加提升電動車的智能性。
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2021年，半導體行業已經取得了很多成績。2022年已來，值得我們繼續努力。
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