中文 英语

半导体的文艺复兴

新的横向技术和垂直市场在不断扩张的生态系统中为大规模创新提供了机会。

受欢迎程度

半导体和终端市场的重大转变正在推动一些人所称的技术复兴,但驾驭这种新的、多方面的需求可能会导致芯片行业出现一些结构性变化,因为一家公司要做所有事情变得更加困难。

在过去的十年中,手机行业一直是半导体生态系统的主导驱动因素,从EDA和IP到铸造厂。该行业已经达到了增长的高原,但新的司机在汽车,医疗和工业等垂直方面正在出现,以及人工智能的横向,超过摩尔,并管理对电力和热量的不断增长的限制。

这种动荡的看起来好像它对整个半导体生态系统有利,创新是最近记忆中的最高水平。“如果ESD联盟市场统计服务(MSS)Q2报告是一个指标,尽管智能手机行业的平台,EDA正在增长,”执行董事Bob Smith说ESD联盟。“芯片公司显然在设计新的终端用户产品。报告显示,CAE和IC物理设计大幅上升,而PCB略有下降。长期来看,CAE和IC物理设计总体呈上升趋势,这意味着新的芯片设计活动正在进行。”

该行业现在有多个驱动因素。“直到10年前,你还会发现一个巨大的拐点。节奏。“这将是数据组织,然后它将是移动的,但这已经进化了。在过去的五年里,它开始变得多面。许多推动用于主要来自移动的创新,因为手机正在推动比其他任何人更难的信封。他们仍然是,但除了高音斯人正在推动依赖大数据中心基础设施的其他垂直,或者为所有种类的计算,在消费者产品中添加智能,是它在工业中,成为汽车,在汽车中,成为航空航天。这是一个很好的问题,但它几乎是太多的司机。“

在移动和高性能计算(HPC)之间可以看到发散的一个例子。“丹尼德缩放的结束影响了两个群体,但每个人的回应都有一些不同,”卡尔蔡司SMT的业务发展主任Thom Gregorich说。“HPC继续追求更先进的FAB节点,实现了多核设计,并支持传统DRAM包数组的处理器。由于其采购电源较大,移动追求先进的Fab节点和随后主导的前沿Fab业务的移动抓住了HPC。它们还实现了具有复杂流行DRAM解决方案的多核设计,以解决移动的物理限制。摩尔定律的结束首先击中了HPC,一定程度地导致了发展HBMDRAM和2.5 d包裹绕过DRAM性能墙。与此同时,POP技术组合继续提供具有足够带宽的移动设备。“

移动当然不会停滞不前。该公司副总裁兼首席策略师维克•库尔卡尼(Vic Kulkarni)表示:“移动设备正在变得更加先进。ansys.。“现在,这项技术正被嵌入到我们做的所有事情中,从5G手持设备到基站,它最终将出现在许多其他市场。”这将产生大量的移动数据,这将需要大量的计算。”

新水平面上
横跨所有终端市场切割并需要在整个生态系统中注意。在过去的含水层中被典型的冯诺米曼计算体系结构,在一个整体中实现互补金属氧化物半导体技术和验证。后来又增加了权力。过去几年,新的领域变得越来越重要,包括人工智能、安全和more than moore。

“真正推动下一个推动力的是数据,”Michael Sanie说,他是设计集团的营销和战略副总裁synopsys.。“有这么多的数据,这有两大影响。首先是移动数据的设备——网络。它可以是任何一种数据网络芯片、宽带或5G——任何可以移动数据的东西。延迟是一个挑战,带宽和容量是有限的。其次,我们需要对数据进行更多的处理——计算。这其中有两大部分,高性能计算和人工智能芯片。你如何理解这些数据集?网络和计算机是下一个驱动力。”

新的计算架构正在出现。”人工智能,机器学习,深度学习是普遍的,“Cadence的Siwinski说。“我们谈论普遍的情报,这不仅仅是一个有趣的言论,正是因为我们看到了机器学习的各个方面和深入学习在每个垂直市场上插入。每个垂直和每一件电子设备都有如此多的数据和计算爆炸,即支持它,你几乎必须添加机器学习,基本上是更聪明,更高效地与计算,否则你会越来越多地淹没,因为有这样大部分。“

AI在任何地方都会出现。“越来越多地利用AI在各种市场上都是一代人中最令人兴奋的技术进步之一,”汽车和物联网业务线副总裁ChetBabla说手臂。“我们现在看到智能哮喘吸入器,使用AI提供增强的呼吸护理,以及使用微电子和微型显示器与穿着者共享关键信息的智能隐形眼镜。”

即使在人工智能范围内,问题也有多个方面。“从SoC架构的角度来看,想到一个2 x 2矩阵,在那里有一个数据中心与边缘一侧,”营销副总裁Kurt Shuler说动脉IP.。“人们可能会争论分界线在哪里,但你可以把它看作是需要电池的东西和需要插电的东西。另一方面是人工智能,这有两个方面。一个是训练神经网络,另一个是在现实世界中使用神经网络——推理。所以你有这个2 × 2矩阵,数据中心和边缘,训练和推理。”

安全
另一个新领域是安全性。“网络安全和反盗版正迅速成为巨大的挑战,”ESD联盟的史密斯说。“这些会影响硬件设计师、软件和软件IP开发商,以及整个半导体制造生态系统。”

安全问题也很普遍。Synopsys的Sanie说:“我们已经达到了这样一个地步,几乎所有芯片公司——不仅仅是航空航天和国防,现在还有汽车——都在采用‘什么都不要相信,任何人都不要相信’的思维过程。”“我们需要提供方法论,IP,设计技术,3d - ic来满足PPA需求,也要知道安全性和可靠性,不仅是今天,而是未来5年或15年,取决于行业。这意味着硅生命周期管理成为客户的一个巨大挑战。它不仅影响设计和制造,而且延伸到该领域。你能否通过观察设备并预测SoC整个生命周期中的性能挑战或安全漏洞?”

没有安全保障,技术进步可能会受到限制。Arm的Babla表示:“Arm正试图在汽车和工业应用领域加速具有安全能力的自动决策。”“Autonomy有潜力改善我们生活的方方面面,但前提是建立在一个安全可靠的计算基础上。”

比摩尔更多
摩尔定律曾经是一个跨越大多数垂直市场的通用驱动程序,特别是对于可能利用额外区域,较低的功率并且可以受益于最先进的节点的市场。“那个司机继续说,”Siwinski说。“每个人都说我们无法通过某些节点,但在这里,我们在7nm,5nm,3nm和探索2nm时踢得力。大约10年前,力量成为一个门槛的数字。权力非常重要,但现在它是在整个系统中交织的电源和热量。这是一个水平矢量。“

摩尔定律不再是唯一的出路。Ansys的Kulkarni说:“行业正在超越摩尔,也就是More than Moore。”“我们已经进入了以数据为中心的时代,这使新的垂直领域成为可能(见图1)。一切都以越来越大的方式连接起来。”这就是为什么它是一个复兴,因为我们看到半导体的增长,电子的增长,以及其他一切的增长,如光子学,机械,热量管理。当你进入一个新的世界,即以数据为中心的摩尔定律的世界时,所有这些效应都会出现。”


图1所示。半导体行业的大趋势。来源:有限元分析软件

这些变化,例如这些影响很多地区。“人们正在重新看设计架构,这是在芯片制造商之间的许多差异化的地方,特别是在HPC方面和AI芯片市场之间,”Sanie说。“他们发现了真正很酷的方式来建立他们的筹码,以利用硅几何形状的内容,他们得到了良好的时钟速度。但是,他们还在解决有更好的方法,更好的技术,让它们的PPA,性能和功耗优化更好。即将到来的是多芯片的沉重使用3 d-ic架构的类型,最终我们将达到芯片的异构集成。”

“人们正在扩大分治方法,将系统划分为多个chiplets,“Kulkarni说。“然后,您可以在同一类的子系统上具有不同的函数,您可以拥有堆叠芯片,插入器,2.5D结构。最近的一个例子是智能视觉传感器,它是一个带有CMOS传感器阵列的3D-IC堆栈,位于AI芯片顶部,因此很多机器学习和AI都建立在芯片中,以使智能决策不仅适用于自主适用于移动。“

将通过可扩展性,经济高效的解决方案进行展开的部署。“小芯片是开发的几个摩尔包装技术之一,包括微型TSV,微焊接,铜融合互连,高密度有机基板和高密度扇出封装,”Carl Zeiss说’ Gregorich. “Several prominent semiconductor companies have predicted that bumped interconnect pitch will scale by over 100:1 during the next 10 years. This paradigm-shift will impact both HPC and mobile, and we expect that each segment will optimize for their specific needs. For example, chiplets andTSVS.将被两个部分使用。高密度基板封装和高密度扇出封装将针对每个部分进行优化。在这两个细分市场中,成功的一揽子解决方案将具有以下特点:(1)它们将具有可接受的成本/效益比率和可扩展的容量;(2)它们不会对制造产量或现场可靠性产生不利影响。”

芯片的出现需要整个设计流程的改变。EV Group执行技术总监保罗•林德纳(Paul Lindner)表示:“芯片设计中的几个方面,比如单个功能块的控制,以及最重要的晶片之间、模组之间或封装之间接口的设计,都需要具体设计。”“idm和铸造厂拥有构建模块,包括3D集成界面,他们正在充分利用这些新的集成趋势,并为此做相应的准备。与此同时,异构集成在封装方面开辟了业务机会OSATs已做好准备。”

新兴垂直
最初在某一垂直领域开发的技术现在正被用于扩展其他领域。Babla说:“智能手机行业带来的一种工作负荷是自主决策,它正在推动计算领域的变革。”“我们每天都在体验自动驾驶系统,比如当我们的智能手机判定我们的面部符合视觉标准时,自动解锁系统就会自动解锁。自动化能力现在在汽车和工厂环境中变得越来越普遍。”开发人员在设计自动系统时,需要具备符合相关安全标准的技术,能够满足各种工作负载和处理能力,同时还需要节能和安全。”

其他人同意。“一个明显的市场司机是对自动驾驶的举动,”史密斯说。“这是由于汽车市场的快速创新速度以及近期推动全电气化的近期任务的衡量标准。”

这可以影响IP开发人员的方向。“如果从十一年前看我们的幻灯片,那么有20个应用程序处理器供应商和数字基带调制解调器供应商,”Arteris'Shuler说。“我们将我们的业务集中在该市场上,并推理,如果我们满足他们的需求,我们将满足每个人的需求。当你今天看看我们的幻灯片时,他们中有五个,因为他们随着时间的推移整合。今天,我们考虑汽车的要求。我们相信,如果我们符合他们所拥有的AI要求,我们符合任何人的要求,或者几乎任何人都在该市场中。因此,如果我们满足汽车的需求,那么正在进行机器人或工业的人会满足他们的需求。“

经常谈论垂直是物联网。“物联网非常有趣,因为物联网是最近发展的副产品,”萨尼说。“数据不再集中。它被推到了边缘。这就形成了一个奇怪的连续体,数据是集中的,但也被推到了边缘。与此同时,计算也是集中的,但计算本身也被推向了边缘。它创造了云、服务器和边缘设备之间的计算连续体,5G突然成为这些连续体之间的一个巨大以太。”

甚至Covid也会影响垂直。“Covid改变了市场的重点,并且有新的问题制定开发,”Siwinski说。“这种中断,以及一般的中断,创造了机会或混乱。很多时候技术,他们创造了机会,科迪德也不例外。“

Covid创造了对更多分布式系统的需求。“那个方向已经正在进行中,但科威特肯定会加快这种举动,”圣妮说。“如果您查看网络和计算公司,他们的挑战以及他们对我们的要求由于Covid而没有停止。事实上,人们可以说他们加快了。“

更多的合作
新的水平和垂直领域的一个影响是,生态系统中的每个人都被拉长了。问题已经变得更加广泛,需要公司之间的合作水平不断提高。

IP.供应商和eda.斯蒂林斯基说,工具始终与铸造厂有非常密切的连接。““左右10nm,或者一点点,合作的性质开始转移。之前,它曾经是在铸造侧的创新,然后是EDA工具和IP调整到这一新现实。通过较新的节点,协作已蓬勃发展地融入了更紧密的伙伴关系。研发组织与铸造厂更密切地工作,而不仅仅是为了支持,而且在相互创新方面。它启用了更快的创新。“

还有更多的系统问题。“我们看看超越电子产品,超越半导体,超越系统的东西,”Kulkarni说。“包括机械,CFD(计算流体动力学)和一些光子学。EDA,IP,整个生态系统,通常被视为事后的包装人,现在必须走到一起,因为在一个人的决定也影响了另一个领域。将需要更强大的合作。例如,当电源影响时序 - 所谓的电压时序问题时,您会做什么?然后热成为一个问题,因此您需要机械应力和翘曲分析和热分析。“

在设计团队中,以前分开工作的团队现在必须团结在一起。“不像过去,你会制造一个芯片,然后说,‘有了这个芯片,我能在软件中做什么?”舒勒说。相反,考虑到我的软件必须做什么,在系统级别上我需要做什么?这是我需要创建新的处理元素,这是我需要创建新的数据流,让他们喂,这里我需要把记忆来确保我能做的成千上万的处理元素的采集功能,所有需要的数据在同一时间。无论是汽车领域还是人工智能领域,即使我们面对的是水平能力,我们也必须能够理解价值链中更高层次的企业试图做什么。”

它还要求EDA工具之间的合作。”方法不仅是为了更好的功率或性能,而且是超越SoC优化并着眼于系统级优化的方法,”Sanie说道。“在这一点上,我们必须考虑不同的垂直领域。如何对汽车芯片、高性能计算芯片和移动芯片进行电源管理?他们都是不同的。如何进行电源管理,性能管理,甚至是硅生命周期管理?每一种方法都是不同的,因此我们的系统级方法更侧重于垂直方向。”

Siwinski同意。“很多领先的客户正在将我们拉进了这些对话,我们被要求基本上发明了一个全新的流量,是一个全新的方法,以支持这些超强的创新目标。然后其他公司使用这些方法,并成为新的正常和新的最佳实践。支持事物的方法进化。它曾经是关于特定点技术,因为方法是一步一步。现在复杂性在发动机级别的各种技术之间驾驶更近的本机自动化。“

该行业还目睹了EDA公司之间的更多合作,或者更大组织内的业务部门之间。

结论
新的横向和新垂直在今天整个生态系统上推动创新,这是过去从未发生过的东西。这将创造挑战和机遇,需要许多公司来决定他们将成为专家以及他们将在哪里伴侣。我们已经看到了这个例子,但我们应该期望在未来看到更多。

“我们刚开始划伤将开始发生的事情,”Siwinski说。“我不是说这将像文艺复兴一样,有一个生物挑战,创造了破坏和创造了几个世纪的不同创新。授予,两个世纪前这是一个非常不同的世界,但在一天结束时,您将看到一项技术喂养许多不同的机会。考虑与大流行的消防员。他们要做他们的工作变得更加困难,但为什么不采取这项技术,为自主消防无人机创造一个全新的亚市场。“

相关的
混乱在包装和缩放上增长
选项的数量正在增加,但工具和方法没有陷入困境。
新的架构,更快的芯片
大量的创新推动了性能上的数量级的改进。
动力构建先进的包装
增加了更多尺寸的密度,速度较快到市场。
改变芯片行业的交易
更多的收购正在酝酿之中。



2评论

迭戈芬纳 说:

谢谢你的见解。
这里确实有很多我们可以做的新事情。

S.R.S. 说:

关于“绝缘体上的硅”作为一种超越摩尔的方式,你有什么想法吗?

留下一个回复


(注意:此名称将公开显示)