2025年全球半導(dǎo)體行業(yè)10大技術(shù)趨勢(shì)

2024年，全球半導(dǎo)體行業(yè)雖然未像預(yù)期那般出現(xiàn)全面復(fù)蘇，但生成式人工智能(AIGC)、汽車(chē)電子和通信技術(shù)的快速發(fā)展，卻奠定了底層技術(shù)在2025年的基礎(chǔ)，為半導(dǎo)體行業(yè)在新一年中回暖帶來(lái)了新的希望。

在這一年中，我們見(jiàn)證了碳化硅(SiC)功率器件在電動(dòng)汽車(chē)中的廣泛應(yīng)用，芯粒(Chiplet)技術(shù)在高性能AI芯片設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新應(yīng)用，以及RISC-V架構(gòu)在汽車(chē)電子和其他領(lǐng)域的快速崛起。此外，第四代半導(dǎo)體材料——如氧化鎵(Ga2O3)和氮化鋁(AlN)也開(kāi)始嶄露頭角，展現(xiàn)出巨大的潛力。

在市場(chǎng)方面，盡管全球經(jīng)濟(jì)面臨諸多挑戰(zhàn)，但半導(dǎo)體行業(yè)依然保持了強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭。根據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，2024年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到6112億美元，同比增長(zhǎng)7%。特別是在汽車(chē)電子、工業(yè)自動(dòng)化和消費(fèi)電子等領(lǐng)域，市場(chǎng)需求持續(xù)旺盛，推動(dòng)了整個(gè)行業(yè)的快速發(fā)展。

展望2025年，預(yù)計(jì)全球半導(dǎo)體市場(chǎng)將增長(zhǎng)12.5%，估值將達(dá)到6870億美元?！?a target="_blank">電子工程專(zhuān)輯》基于這一年中與業(yè)內(nèi)專(zhuān)家和廠商的交流，總結(jié)分析后挑選出了2025年全球半導(dǎo)體將出現(xiàn)或高速發(fā)展的10大技術(shù)趨勢(shì)，本文將探討這些先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向和市場(chǎng)前景。

SiC、Chiplet和RISC-V聯(lián)手推動(dòng)汽車(chē)半導(dǎo)體發(fā)展

芯片作為搶占汽車(chē)智能化賽道的制高點(diǎn)，已成為全球智能汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵核心。2025年，SiC、Chiplet和RISC-V三大技術(shù)將有望繼續(xù)聯(lián)手推動(dòng)汽車(chē)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展(圖1)。

圖1：SiC、Chiplet和RISC-V三大技術(shù)有望繼續(xù)推動(dòng)汽車(chē)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。(來(lái)源：IDC)

“800V+SiC”將成為高端電動(dòng)汽車(chē)標(biāo)配

目前看到的一個(gè)明顯趨勢(shì)，是隨著汽車(chē)制造商對(duì)更高能效和續(xù)航能力的追求，整車(chē)廠在接下來(lái)的兩三年里會(huì)發(fā)布更多搭載800V平臺(tái)的車(chē)型，對(duì)SiC功率器件的需求會(huì)進(jìn)一步增加。可以說(shuō)，“800V+SiC”已經(jīng)基本成為高端電動(dòng)汽車(chē)標(biāo)配。

我們從三個(gè)方面對(duì)碳化硅技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)做一些判斷。首先，從材料來(lái)看，基于成本、良率的需求，晶圓材料正在向大尺寸、低缺陷SiC襯底及外延制備的方向發(fā)展;從器件來(lái)看，追求更低的SiC MOSFET比導(dǎo)通電阻，同時(shí)在可靠性、魯棒性更接近硅基IGBT水準(zhǔn);從工藝來(lái)看，繼續(xù)研究制約SiC MOSFET發(fā)展的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，比如通過(guò)采用高純度SiC襯底、改進(jìn)柵氧化層制作工藝來(lái)提升溝道遷移率等。

Chiplet芯片成為汽車(chē)高性能SoC開(kāi)發(fā)新突破口

作為搭積木芯片設(shè)計(jì)的技術(shù)代表，Chiplet是一種降本增效、解決汽車(chē)高性能SoC芯片需求的創(chuàng)新性方案，其功能獨(dú)立成Chiplet，通過(guò)選擇成熟工藝和芯片就能提高生產(chǎn)良率，縮短開(kāi)發(fā)周期。但挑戰(zhàn)也很明顯。例如，不同廠商不同芯片之間的通信接口存在差異;隨著芯片集成度的提高，功耗、散熱和數(shù)據(jù)傳輸安全都面臨更高要求。

RISC-V成為Arm架構(gòu)之后的新選擇

與x86和Arm相比，RISC-V的指令集更為精簡(jiǎn)，沒(méi)有歷史遺留問(wèn)題，且功耗很低。這些特點(diǎn)使得RISC-V非常適合用于提升汽車(chē)系統(tǒng)的整體性能，同時(shí)降低制造成本。具體應(yīng)用方面，RISC-V處理器可被廣泛應(yīng)用于車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)和車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)通信等關(guān)鍵領(lǐng)域，未來(lái)3至5年內(nèi)，RISC-V架構(gòu)芯片在汽車(chē)行業(yè)的出貨量預(yù)計(jì)將以每年66%的速度增長(zhǎng)。

第四代半導(dǎo)體材料，氧化鎵將直接挑戰(zhàn)碳化硅

第四代半導(dǎo)體材料包括超寬禁帶半導(dǎo)體和超窄禁帶半導(dǎo)體，前者包括氧化鎵、金剛石和氮化鋁，后者包括銻化鎵和銻化銦等。其中，氧化鎵的禁帶寬度達(dá)到4.9eV，超越了SiC的3.2eV和GaN的3.39eV;此外其導(dǎo)通特性約為SiC的10倍，理論擊穿場(chǎng)強(qiáng)約為SiC的3倍，理論損耗僅為硅的1/3000、SiC的1/6、GaN的1/3;從成本角度，基于同樣6英寸襯底的最終器件成本，氧化鎵約為SiC的1/5，與硅基產(chǎn)品的成本相差無(wú)幾。

中國(guó)科學(xué)院院士郝躍在兩年前就曾預(yù)測(cè)，氧化鎵器件有望在未來(lái)10年內(nèi)成為有競(jìng)爭(zhēng)力的電力電子器件，并直接與SiC器件競(jìng)爭(zhēng)。氧化鎵領(lǐng)軍企業(yè)日本FLOSFIA公司則預(yù)計(jì)，到2025年氧化鎵功率器件市場(chǎng)規(guī)模將開(kāi)始超過(guò)GaN，2030年將達(dá)到15.42億美元，占SiC的40%，是GaN的1.56倍。

盡管氧化鎵在成本和性能上具有顯著優(yōu)勢(shì)，但其大尺寸單晶制備面臨挑戰(zhàn)，如高熔點(diǎn)、高溫分解以及易開(kāi)裂等特性。目前，中國(guó)的氧化鎵產(chǎn)出僅限于實(shí)驗(yàn)室與高校，而日本在氧化鎵量產(chǎn)方面走在前列。例如，日本東北大學(xué)成立的FOX公司，采用無(wú)貴金屬單晶生長(zhǎng)技術(shù)，目標(biāo)是以比SiC更低的成本生產(chǎn)出低缺陷程度與硅相當(dāng)?shù)摩?Ga2O3襯底(圖2)。

圖2：Si、4H-SiC、GaN和β-Ga2O3基本材料特性的雷達(dá)圖，所有參數(shù)均已規(guī)范化。(來(lái)源：MDPI)

氮化鋁作為另一種第四代半導(dǎo)體材料，以其大的擊穿電場(chǎng)和低損耗特性，被視為實(shí)現(xiàn)超低損耗功率器件和高溫電子器件的首選材料。NTT Corporation已于2024年初利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)成功生產(chǎn)出高質(zhì)量的氮化鋁，并開(kāi)發(fā)了歐姆和肖特基接觸的形成方法，首次展示了氮化鋁晶體管的運(yùn)行。

展望2025年，隨著技術(shù)的進(jìn)步和量產(chǎn)難題的逐步攻克，氧化鎵和氮化鋁等第四代半導(dǎo)體材料不僅將挑戰(zhàn)現(xiàn)有的SiC和GaN市場(chǎng)，還有可能因其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，在特定應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)超越。

從設(shè)計(jì)制造到應(yīng)用，AI與半導(dǎo)體深度融合

AI正在引發(fā)新一輪科技革命。從語(yǔ)言模型、多模態(tài)模型的單體智能，到能夠使用思維鏈CoT(Chain of Thinking)進(jìn)行推理的OpenAl o1，再到使用工具完成復(fù)雜任務(wù)的智能體(AIAgent)，AI基礎(chǔ)能力正在快速演進(jìn)，并迅速融入生產(chǎn)和生活的每個(gè)環(huán)節(jié)，重塑千行百業(yè)，引發(fā)新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命。

于是，在這一輪技術(shù)超級(jí)周期中，半導(dǎo)體行業(yè)也與AI形成了一種相互促進(jìn)的關(guān)系。

例如，在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，AI通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等智能算法，不斷提高設(shè)計(jì)的效率與準(zhǔn)確性，幫助設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)初期就能預(yù)測(cè)并優(yōu)化芯片的性能和功耗，減少設(shè)計(jì)迭代的次數(shù)，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

在智能制造領(lǐng)域，通過(guò)采用AI機(jī)器視覺(jué)的自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備，不僅提升了生產(chǎn)線的速度，還顯著提高了制造精度。同時(shí)，通過(guò)收集和分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，AI算法能夠預(yù)測(cè)設(shè)備故障，減少意外停機(jī)時(shí)間，并優(yōu)化制造參數(shù)，減少原材料浪費(fèi)和能耗。

在各種云端AI訓(xùn)練和推理應(yīng)用服務(wù)的推進(jìn)下，2024年全球AI服務(wù)器出貨量預(yù)計(jì)將達(dá)到165萬(wàn)臺(tái)，占比提高至12.1%。其整體資本支出預(yù)計(jì)將有50%左右的增長(zhǎng)，并將在2025年繼續(xù)保持兩位數(shù)增幅。AI服務(wù)器不但需要高性能的GPU、CPU、TPU和存儲(chǔ)等硬件支持，一些頭部云服務(wù)提供商甚至還構(gòu)建了專(zhuān)門(mén)用于運(yùn)行AI模型的定制芯片，這些都對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起到了拉升作用。

同時(shí)，我們也要重視智能手機(jī)、AI PC、車(chē)載終端和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等端側(cè)AI技術(shù)創(chuàng)新，因?yàn)槎藗?cè)AI擁有龐大的市場(chǎng)規(guī)模、清晰的商業(yè)模式和豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，更容易實(shí)現(xiàn)AI規(guī)模化落地，從而加速助推高性能SoC、NPU、射頻、電源管理、模擬信號(hào)鏈組件的市場(chǎng)需求。

AI在給上游芯片設(shè)計(jì)企業(yè)帶來(lái)機(jī)遇的同時(shí)，也讓下游的封裝技術(shù)獲得了增量空間。畢竟生成式AI模型需要數(shù)百萬(wàn)或數(shù)億級(jí)別參數(shù)才能進(jìn)行推理，對(duì)芯片的處理速度、容量和帶寬都提出了更高的要求，這將推動(dòng)以Chiplet為代表的先進(jìn)封裝技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，帶來(lái)封裝行業(yè)的生態(tài)變化。

光通信技術(shù)朝大容量、高速率和集成化方向發(fā)展

隨著全球數(shù)據(jù)流量的增長(zhǎng)，特別是在視頻流、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和5G網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)高速光通信解決方案的需求日益增加。

過(guò)去一年中，光通信技術(shù)取得了顯著進(jìn)展。首先，在傳輸速率方面，400Gbps甚至800Gbps接口已成為現(xiàn)實(shí)，標(biāo)志著光收發(fā)器性能的新里程碑。華為和諾基亞等公司在相干光學(xué)技術(shù)和硅光子學(xué)方面的創(chuàng)新是這一成就的關(guān)鍵因素，這些新技術(shù)不僅提升了數(shù)據(jù)傳輸速度，還降低了功耗，增強(qiáng)了可靠性和可擴(kuò)展性。密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大了單根光纖的數(shù)據(jù)承載能力，支持更多用戶(hù)同時(shí)在線，滿(mǎn)足了不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)需求。

同步光網(wǎng)絡(luò)(SONET)技術(shù)在高帶寬需求場(chǎng)景中表現(xiàn)出色，尤其適合金融交易系統(tǒng)和醫(yī)療健康等領(lǐng)域，其高度可靠性使其成為關(guān)鍵應(yīng)用的理想選擇(圖3)。數(shù)據(jù)中心內(nèi)部及之間的高效互連也成為了研究熱點(diǎn)，推動(dòng)了新型光交換機(jī)和路由器的研發(fā)，以實(shí)現(xiàn)更快速度和更低延遲的數(shù)據(jù)交換。

圖3：SONET/同步數(shù)字體系(SDH)與DWDM對(duì)比。(來(lái)源：QSFPTEK)

展望2025年，光通信技術(shù)將繼續(xù)朝著更高容量、更快傳輸速率、更低的成本以及更廣泛的部署方向發(fā)展：

更高容量與更快傳輸速率：行業(yè)將探索如何利用先進(jìn)的調(diào)制格式和技術(shù)來(lái)達(dá)到Tbps級(jí)別的數(shù)據(jù)傳輸速率。

邊緣計(jì)算與光互連：針對(duì)分布式架構(gòu)優(yōu)化的光互連解決方案將成為研究重點(diǎn)，提供低延遲、高帶寬的連接能力，支撐實(shí)時(shí)處理要求高的應(yīng)用。

集成化與模塊化設(shè)計(jì)：更加緊湊且節(jié)能高效的光通信模塊將是未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵方向之一，有助于降低運(yùn)營(yíng)成本并提高整體能效。

盡管前景光明，高昂的初始部署成本仍然是阻礙光通信技術(shù)廣泛采用的主要障礙之一。為此，產(chǎn)業(yè)界正通過(guò)爭(zhēng)取政府政策支持、技術(shù)創(chuàng)新降低成本以及加快標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程等方式尋求解決之道，以促進(jìn)不同廠商產(chǎn)品間的兼容性，從而降低用戶(hù)的總體擁有成本。

HBM4量產(chǎn)時(shí)間提前，5納米成新工藝節(jié)點(diǎn)

盡管作為最新一代高帶寬內(nèi)存技術(shù)，HBM4在各大存儲(chǔ)芯片巨頭技術(shù)路線圖里已有相關(guān)的量產(chǎn)時(shí)間表，但在AI終端需求的拉動(dòng)下，或迫使存儲(chǔ)原廠撥快量產(chǎn)時(shí)間表。從量產(chǎn)進(jìn)度來(lái)看，三星、SK海力士、美光科技三大存儲(chǔ)原廠的HBM4量產(chǎn)時(shí)間表都在2025至2026年。

HBM4最大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)增加堆棧層數(shù)和通道數(shù)，顯著提升了內(nèi)存的帶寬和容量。不過(guò)，HBM4內(nèi)存接口從1024位擴(kuò)展到2048位，意味著HBM4內(nèi)存的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)將面臨新的挑戰(zhàn)，需要采用更先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)和更具挑戰(zhàn)性的封裝技術(shù)。

從技術(shù)進(jìn)展來(lái)看，5納米已經(jīng)成為HBM4的新工藝節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，芯片封裝仍然是HBM4面臨的最大挑戰(zhàn)之一。由于無(wú)凸塊的混合鍵合技術(shù)尚不成熟，傳統(tǒng)有凸塊方案預(yù)計(jì)仍將是16層堆疊HBM4的主流鍵合技術(shù)。要保證堆棧高度維持在一定范圍內(nèi)，HBM4需要進(jìn)一步地壓縮層間間隙，而且還需提高熱管理能力。而在HBM鍵合工藝上，三大HBM內(nèi)存原廠正對(duì)無(wú)助焊劑鍵合等工藝進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試和研究，以推動(dòng)HBM4的量產(chǎn)。

從量產(chǎn)進(jìn)度和計(jì)劃來(lái)看，三星電子已經(jīng)成功制造了基于混合鍵合技術(shù)的16層堆疊HBM3內(nèi)存，并計(jì)劃將該技術(shù)用于HBM4內(nèi)存量產(chǎn)。同時(shí)，三星正在建立專(zhuān)門(mén)的HBM4生產(chǎn)線，目前進(jìn)入試生產(chǎn)階段，預(yù)計(jì)在2025年下半年量產(chǎn)12層HBM4堆疊。SK海力士也在開(kāi)發(fā)16層堆疊的HBM4內(nèi)存，并計(jì)劃于2025年量產(chǎn)(圖4)。該公司與臺(tái)積電合作，使用臺(tái)積電的5納米工藝來(lái)創(chuàng)建HBM4封裝底部的基底芯片。SK海力士還計(jì)劃引入混合鍵合技術(shù)以減少存儲(chǔ)芯片堆疊縫隙的高度，從而實(shí)現(xiàn)更多層數(shù)的堆疊。美光科技量產(chǎn)時(shí)間表略晚，預(yù)計(jì)將在2026年推出12和16層堆疊的HBM4產(chǎn)品。

圖4：HBM堆疊技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。(來(lái)源：SK海力士)

而對(duì)于SK海力士、三星和英偉達(dá)等企業(yè)的技術(shù)訴求，臺(tái)積電也將利用其N(xiāo)12FFC+和N5兩種工藝技術(shù)，以及InFO和CoWoS等先進(jìn)封裝解決方案。

艙駕一體中央計(jì)算架構(gòu)與大模型融合，助推自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展

自通用人工智能(AGI)大火后，車(chē)用大模型也隨之大熱，特別是端到端車(chē)用大模型，有可能成為L(zhǎng)2駕駛輔助或者L3自動(dòng)駕駛的最佳路線(圖5)。特斯拉FSD V12版本的推出是這一趨勢(shì)的顯著標(biāo)志，意味端到端自動(dòng)駕駛技術(shù)在量產(chǎn)車(chē)型上的應(yīng)用已成為現(xiàn)實(shí)。這個(gè)方案也得到了多家車(chē)企的認(rèn)可，在中國(guó)，華為、小鵬、商湯科技和元戎啟行等企業(yè)也在積極跟進(jìn)。

圖5：端到端自動(dòng)駕駛架構(gòu)演進(jìn)示意圖。(來(lái)源：辰韜資本《端到端自動(dòng)駕駛行業(yè)研究報(bào)告》，信達(dá)證券研發(fā)中心)

隨著大模型的應(yīng)用，自動(dòng)駕駛芯片對(duì)算力的需求也在不斷提升，2024年被視為跨域融合的元年。多家公司已經(jīng)發(fā)布了支持中央計(jì)算平臺(tái)的SoC芯片，例如英偉達(dá)的DRIVE Thor和高通的Snapdragon Ride Flex SoC都具有高達(dá)2000TOPS的算力，能夠支持L4/L5級(jí)自動(dòng)駕駛能力，同時(shí)兼顧更高端的智能座艙體驗(yàn)。多家車(chē)企和一級(jí)供應(yīng)商正在積極推進(jìn)這一方向，艙駕一體將成為近兩年的主流趨勢(shì)。

智駕端到端大模型在未來(lái)能否上車(chē)是個(gè)關(guān)鍵，這個(gè)技術(shù)的發(fā)展可以分為四個(gè)階段：感知端到端、決策規(guī)劃模型化、模塊化端到端和One Model端到端。中國(guó)自動(dòng)駕駛公司的模塊化端到端方案預(yù)計(jì)將在2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)上車(chē)。

從市場(chǎng)方面，有研究機(jī)構(gòu)表示，2029年汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1000億美元，在這些數(shù)字背后，高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)和安全將以14%的年復(fù)合增長(zhǎng)率在2023至2029年期間實(shí)現(xiàn)最高增長(zhǎng)。用于自動(dòng)駕駛的高性能SoC、智能座艙、電力電子，以及用于未來(lái)E/E架構(gòu)的MCU，也是OEM在汽車(chē)半導(dǎo)體投資中的重點(diǎn)方向。

2.5D與3D先進(jìn)封裝持續(xù)深入，在嵌入式領(lǐng)域展現(xiàn)潛力

2.5D封裝技術(shù)通過(guò)在中介層集成多個(gè)芯片，實(shí)現(xiàn)了高效的芯片間通信;3D封裝技術(shù)則更進(jìn)一步，將芯片垂直堆疊，不僅極大地減小了設(shè)備體積，還顯著提升了性能。這些技術(shù)的發(fā)展不僅滿(mǎn)足了各類(lèi)應(yīng)用高性能計(jì)算和強(qiáng)大處理能力的需求，也為小型化趨勢(shì)提供了強(qiáng)有力的支持。

在全球電子封裝行業(yè)中，2.5D與3D集成電路封裝正以迅猛的速度發(fā)展，成為推動(dòng)整個(gè)市場(chǎng)向前邁進(jìn)的關(guān)鍵力量。

根據(jù)The Business Research Company發(fā)布的3D IC和2.5D IC封裝市場(chǎng)研究報(bào)告，預(yù)計(jì)從2023年的486億美元起，到2024年這一市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到543.9億美元，展現(xiàn)出11.9%的年復(fù)合增長(zhǎng)率。

在技術(shù)細(xì)分方面，3D和2.5D集成電路封裝技術(shù)涵蓋了3D晶圓級(jí)芯片級(jí)封裝、3D硅通孔(TSV)和2.5D等多種技術(shù)。

目前，這些技術(shù)已經(jīng)在高性能計(jì)算、5G通信基礎(chǔ)設(shè)施和自動(dòng)駕駛汽車(chē)等前沿科技領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，此外，2.5D和3D先進(jìn)封裝技術(shù)也正逐步滲透到更多嵌入式應(yīng)用中，如微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、CMOS圖像傳感器(CIS)和閃存等，并且正在向圖形處理器(GPU)、多核CPU、電源管理單元(PMU)、功率放大器以及現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)等領(lǐng)域擴(kuò)展其影響力，顯示出它們?cè)谖磥?lái)電子封裝領(lǐng)域的巨大潛力(圖6)。

圖6：3D TSV應(yīng)用廣泛且持續(xù)增長(zhǎng)。(來(lái)源：Yole développement)

盡管在射頻(RF)微型系統(tǒng)方面，2.5D/3D封裝技術(shù)尚未形成規(guī)?；瘧?yīng)用，但相關(guān)研究報(bào)道的數(shù)量正在不斷增加。

預(yù)測(cè)表明至2028年時(shí)，3D和2.5D集成電路封裝市場(chǎng)的規(guī)模有望達(dá)到816.7億美元，保持約10.7%的年均增長(zhǎng)速度。隨著相關(guān)技術(shù)持續(xù)進(jìn)步與市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，可以預(yù)見(jiàn)，在接下來(lái)幾年里，2.5D和3D封裝技術(shù)將在商業(yè)上取得更加廣泛的應(yīng)用。

AI需求激增推動(dòng)服務(wù)器液冷技術(shù)發(fā)展

隨著中國(guó)人工智能企業(yè)對(duì)智算中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和算力供給需求越來(lái)越高，導(dǎo)致此類(lèi)數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備能耗大幅上升，迫切需要高效的冷卻系統(tǒng)來(lái)維持適宜的操作溫度，否則將對(duì)大模型產(chǎn)品的周期管理和運(yùn)維難度產(chǎn)生巨大挑戰(zhàn)。另一方面，各國(guó)政府也在不斷提高數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)，加快綠色節(jié)能算力部署。因此，液冷解決方案正從以前數(shù)據(jù)中心建設(shè)和改造的“可選項(xiàng)”，逐步演變成為“必選項(xiàng)”。

以中國(guó)市場(chǎng)為例，中國(guó)液冷服務(wù)器市場(chǎng)在2024年上半年繼續(xù)快速增長(zhǎng)。市場(chǎng)規(guī)模達(dá)12.6億美元，與2023年同期相比增長(zhǎng)98.3%，其中液冷解決方案仍以冷板式為主，占到95%以上。預(yù)計(jì)2023至2028年，中國(guó)液冷服務(wù)器市場(chǎng)年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到47.6%，2028年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到102億美元。

互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)依然是2024上半年中國(guó)液冷服務(wù)器市場(chǎng)最大買(mǎi)家，占整體市場(chǎng)超60%的份額，其中云服務(wù)提供商(CSP)對(duì)于加速建設(shè)大集群的液冷數(shù)據(jù)中心是最積極的。除此以外，電信運(yùn)營(yíng)商在逐步落實(shí)2023年發(fā)布的《電信運(yùn)營(yíng)商液冷技術(shù)白皮書(shū)》3年行動(dòng)計(jì)劃，積極探索基礎(chǔ)設(shè)施解耦方案，對(duì)液冷數(shù)據(jù)中心的建設(shè)保持較快的增長(zhǎng)，也是未來(lái)液冷服務(wù)器需求的主要來(lái)源。

液冷技術(shù)主要分為直接液冷(DLC)和浸沒(méi)式液冷兩大類(lèi)型(圖7)。直接液冷將冷卻液直接引導(dǎo)至設(shè)備的熱源上，通過(guò)冷卻板或冷卻管道將熱量帶走;浸沒(méi)式液冷則將整個(gè)設(shè)備完全浸泡在絕緣冷卻液中，實(shí)現(xiàn)更大范圍的熱傳導(dǎo)效果，適用于超高密度和大功率設(shè)備的散熱。目前來(lái)看，冷板式液冷憑借更高的技術(shù)成熟度和完善的產(chǎn)業(yè)鏈，具備更高的建設(shè)和維護(hù)便利性。

圖7：不同冷卻技術(shù)對(duì)比——電信運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)階段主要推進(jìn)冷板式液冷與單相浸沒(méi)式液冷兩種技術(shù)路線。

集成化、小型化和多通道設(shè)計(jì)，讓生物傳感器更強(qiáng)大

電化學(xué)生物傳感器是一種將生物識(shí)別元件(如酶、抗體或DNA)與電化學(xué)換能器相結(jié)合的分析裝置，能夠特異性地識(shí)別目標(biāo)生物分子，并將其濃度變化轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電信號(hào)。它在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

近年來(lái)隨著人們健康意識(shí)的不斷提高，電化學(xué)生物傳感器技術(shù)有了顯著進(jìn)展。全球市場(chǎng)規(guī)模在2023年估計(jì)達(dá)到了28.9億美元，預(yù)計(jì)到2030年將以8.0%的年復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。

過(guò)去一年在技術(shù)進(jìn)展方面，蘋(píng)果的無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)技術(shù)雖然還處于可行的“概念驗(yàn)證”階段，但為電化學(xué)生物傳感器的發(fā)展帶來(lái)了曙光;還有團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出的便攜式生物傳感器，能夠在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出血清中極低濃度的生物標(biāo)志物。此外，微納制造技術(shù)的進(jìn)步使得集成化和小型化成為可能，為可穿戴設(shè)備和即時(shí)檢測(cè)(POCT)應(yīng)用提供了技術(shù)支持，而多通道設(shè)計(jì)的引入使得傳感器可以同時(shí)檢測(cè)多種目標(biāo)物質(zhì)，提高了檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。

未來(lái)一年，更多的新型材料將有望被應(yīng)用，如二維材料、金屬有機(jī)框架(MOF)和共軛聚合物等都有望成為新的研究熱點(diǎn)。時(shí)下大火的AI技術(shù)也有望與電化學(xué)生物傳感器深度融合，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜信號(hào)的智能分析和處理，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。在可穿戴設(shè)備等具體應(yīng)用領(lǐng)域，電化學(xué)生物傳感器與智能設(shè)備的融合，將實(shí)現(xiàn)對(duì)人體健康狀況的實(shí)時(shí)、長(zhǎng)期和多項(xiàng)生理指標(biāo)的同時(shí)監(jiān)測(cè)。

然而，電化學(xué)生物傳感器在商業(yè)化進(jìn)程中也面臨一些挑戰(zhàn)，例如穩(wěn)定性和重復(fù)性需要進(jìn)一步提高，以確保測(cè)量結(jié)果的可靠。此外，成本和全球醫(yī)療保健機(jī)構(gòu)嚴(yán)格的法規(guī)也是限制其大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)重要因素。這需要業(yè)界在優(yōu)化傳感器的設(shè)計(jì)和制備工藝，提高其性能和穩(wěn)定性的同時(shí)，探索新的材料和技術(shù)以降低制造成本。

應(yīng)用導(dǎo)向的芯片設(shè)計(jì)，牽一發(fā)動(dòng)全身

EDA企業(yè)過(guò)去一年都在談系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性，或者說(shuō)以應(yīng)用為導(dǎo)向的芯片設(shè)計(jì)時(shí)代正在到來(lái)——不僅是板級(jí)系統(tǒng)，也在于深入到應(yīng)用特定需求的系統(tǒng)技術(shù)。

以汽車(chē)為例，當(dāng)代汽車(chē)的不同設(shè)計(jì)域之間存在著更強(qiáng)的依賴(lài)和相互關(guān)聯(lián)性。某一部分的變化可能會(huì)影響到其他組成部分，可謂牽一發(fā)而動(dòng)全身。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化、驗(yàn)證、實(shí)施、制造和部署全流程，組件之間的關(guān)聯(lián)都變得無(wú)比重要。

對(duì)于特定的軟件來(lái)說(shuō)，需要特定的芯片配置才能達(dá)成理想的運(yùn)行效率;改變軟件，也就意味著芯片需要做出對(duì)應(yīng)變更;隨之而來(lái)的就是芯片的熱等物理特性變化，封裝及系統(tǒng)也要做出改變;留給電池的空間或許就會(huì)不一樣，底盤(pán)設(shè)計(jì)也要跟著變，乃至影響到制動(dòng)系統(tǒng)和引擎。

于是芯片設(shè)計(jì)與制造，不再單純是制造工藝驅(qū)動(dòng)，也不只是受到先進(jìn)封裝等制造封裝層面的變革影響，而是軟件定義、應(yīng)用導(dǎo)向的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一環(huán)。芯片設(shè)計(jì)需要放到整個(gè)系統(tǒng)之中進(jìn)行，衡量系統(tǒng)所有其他組成部分，包括真實(shí)運(yùn)營(yíng)環(huán)境內(nèi)的資產(chǎn)。

芯片設(shè)計(jì)的數(shù)字孿生置于運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的數(shù)字孿生之中;基于對(duì)系統(tǒng)內(nèi)芯片的監(jiān)測(cè)，理解運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的性能，并將信息再反饋到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

這一趨勢(shì)的發(fā)生，不僅是摩爾定律停滯或放緩，以及全社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、AI技術(shù)發(fā)展對(duì)算力提出更高的要求而不得不為之;也是軟件、AI、IoT和通信等相關(guān)技術(shù)發(fā)展到一定高度才可達(dá)成的。

文章來(lái)源于電子工程專(zhuān)輯，作者EETimes China