目前,我国正大力发展集成电路产业。同时,人工智能、物联网和5G等新兴技术的发展也与之息息相关。那么我们不禁会问,人工智能革命的来临又会为我们带来哪些新的市场机遇?IoT、移动通信和云服务到底需要怎样的芯片技术?5G射频设计的挑战与机遇又在哪里?日前,在中国(深圳)集成电路创新应用高峰论坛上,来自ARM、IMEC和汉天下的高层分别为我们做了一一解读。

人工智能+产业投资机遇:算法应用、芯片设备和数据安全

上个十年我们经历了移动革命。现在人工智能革命来临。ARM全球执行副总裁兼大中华区总裁吴雄昂着重探讨了下一波人工智能革命浪潮对产业发展带来的机遇。

他表示,类似5亿年前地球上出现物种大爆发,生物第一次有了感觉一样,人工智能的发展离不开传感器。我们的智能手机现在已经实现电子化和数据化。而如果未来每一个物品都具有感知能力,那我们将迎来下一个新物种——机器智能。我们现在的洗衣机、冰箱等等增加联网只是第一步。联网之后,当所有电子设备都能理解、学习并帮助我们做出决定时,就会造成新物种大爆发。这将是人类技术革命史上影响最深远、最广泛的一次革命。

智能手机的出现推动了移动互联网革命。那人工智能革命的机会在哪里?

吴总指出,人工智能+的产业投资机遇无外乎三个方面,即算法应用、芯片设备和数据安全。

第一个投资机遇是AI+新一代芯片设备。这不仅仅是在手机或物联网终端上增加一些智能功能,而是将来每一个设备都能看到、听到并自动联网,帮助我们做出决定。这样的数据量和数据能力不仅仅是体现在手机上,而是也会出现在很廉价的设备上。这代表的不仅仅是终端的变化,而是整个传输网络、传输方法、处理方法到后端服务器等等都必须产生巨大变化。这是一个万亿级的机遇。

第二个投资机遇则是AI+数据安全。既然我们所有的数字环境安全化了,数据安全问题变得非常重要。比方说,如果我们所有的灯开关都被智能化后,只要有人能够侵入,将所有开关同时开关一次,就可以颠覆整个电力系统。但是这样简单的开关零售价可能仅十几二十块人民币。我们在极低的成本下实现智能化和数据安全就是一个核心关键点,同时这本身也是一个机遇。

第三个投资机遇是AI+算法应用。比如我们可以用云端算法做医疗诊断、金融等等,但这也仅是开始。我们现在的方法是以现有的数据、算法和计算能力来培养学习。在机器智能物种大爆发5年之后,产生的数据量可能是实时、多样化和机器对机器的。当机器具有足够的智能后,它们产生的应用方法是不一样的。现在AI+算法应用还主要关注人和机器沟通的部分。十年之后更重要的是机器和机器之间的沟通,以及算法、应用和对人类所提供的服务。

“人工智能服务革命是要从根本上解决人类的健康问题、医疗问题、出行问题和衣食住行等各种问题。”吴总强调。

那我们如何通过芯片技术、人工智能和物联网来真正改善我们的生活?Plenty是一家在旧金山的公司,这家公司通过将IoT技术和植物成长新技术相结合,在普通的城市仓库区域实现了相当于农场20倍的蔬菜产量。然后,通过和移动物联网O2O订单相结合,该公司可以在比一般农场更低的成本下给城市提供有机蔬菜。这其中的核心是通过物联网的感知和控制来刺激植物最优化的生长,然后通过更有效的需求和产出匹配来把产品送到消费者手中。

另一个案例是前不久软银完成对人形机器人公司Boston Dynamics的收购。不管是机器人还是机器狗,它们都可以自主行走了。人工智能所提供的机器智能的机会,是对我们人类产业发生巨大改变的一个核心关键。

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摩尔定律仍将延续:遇到瓶颈可通过新技术绕开

熟悉欧洲微电子研究中心IMEC的人都知道,该机构的研究方式是我们全世界各国竞相仿效和学习的目标——很多原始的微电子技术都是出自它手中。这次会议也邀请到IMEC中国区总裁丁辉文来做主题演讲。他认为,从应用来看,摩尔定律主要推动了IoT、移动通信、云端服务这三大应用市场。同时,他指出,这三大应用对半导体器件有不同要求:IoT应用功耗在1mW到100mW;移动通信的功耗需求在100mW到10W量级;云端服务追求的是速度、速率、性能,在功耗上的需求可能在100W量级。

“我们听到一个声音,中国是不是可以不用做先进工艺;既然追不上最先进的技术,是否只要做28nm就够了?”丁总谈道。IoT应用的功耗在mW量级,根据功耗和性能要求,晶圆节点大概做到28nm就可以了。而从移动通信市场来看,目前华为、中兴等领先的公司已经把手机芯片做到了16nm,并且现在正在做7nm的量产。这说明,手机芯片一定要沿着16nm往前走;对于云服务类的市场,也一定要沿着摩尔定律往前走。

他透露,IMEC目前正在与合作伙伴一起做一个并列的研发平台,现在已经可以做到65nm、45nm、28nm、20nm、14nm、10nm。再往后两年,IMEC做的是5nm、7nm的研究,7nm也几乎完成。再往后两年,IMEC还在做3nm、2nm的研究,以至于最新的研究导入技术还在探讨小于2nm工艺。

他指出,实际上每当摩尔定律走到一个瓶颈就会出现一些新的技术。比如,2013年、2014年沿着28nm往前走,平面的工艺几乎走到尽头,摩尔定律貌似要出现偏离了,这时就是出现了3D FinFET。而到2020年,当再往前走到7nm时,这条路可能又走不通,这时可能就会出现SiGe channel、LNW、IIIV channel等技术,从而使摩尔定律得到延续。因此,他认为,摩尔定律将持续到至少2025年以后。

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万物互联催生射频前端新机遇,然设计复杂度也将不断攀高

每隔十年,移动制式就会发生一次重大升级。其主要是根据速率、业务类型以及某些关键技术来划分的。从2G到3G到4G再到5G,通信速率得到了激增。业务类型也从语音和低速数据业务,发展到移动多媒体业务,再到移动宽带业务,再到物联网业务。

“我国在5G技术上策略非常激进。我国3G/TD-SCDMA在局部形成了一些突破,4G/LTE实现了国际同步,而在5G方面则希望能引领全球。”北京中科汉天下电子技术有限公司副总经理黄鑫在探讨“面向5G终端射频前端芯片的机遇和挑战”议题时表示。他介绍,5G空口有三种不同建议,包括两种演进和一种革新:从LTE往5G演进;从WLAN/802.11往5G演进; 5G新空口。

国际ITU组织把5G分成3个不同场景:增强移动宽带通信、高可靠低时延通信、大规模基地通信。我国IMT-2020 5G推进组把它们又划分成了两大场景,即移动互联网和移动物联网。这两大场景又可细分成4个小场景:连续广域覆盖(关键挑战:100Mbps用户体验速率);热点高容量(用户体验速率1Gbps,峰值速率数十Gbps,流量密度数十Tbps/km2);低功耗大连接(连接数密度106/km2,超低功耗、超低成本);以及低时延高可靠(空口时延1ms,端到端时延ms量级,可靠性接近100%)。

射频前端包括功率放大芯片(PA)、天线开关模块(ASM)、双工器、滤波器和低噪放(LNA)等部分。所有的无线连接系统都需要射频前端,其广泛应用在通信、广播、雷达、电视等设备中。手机终端中的WiFi、GPS、蓝牙等也都会用到射频前端。

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4G终端的频段数目和价值现在急剧增加。比如最早的2G功能机只需要4频就可以实现,而现在的4G智能机则要支持双4G、全网通、3模、5模、6模、8频、13频、17频和载波聚合等等。2G到4G的频带从最早的3个增长到现在的49个,未来到5G频带将增加到六七十个。这对射频前端厂商来说单机的价值得到提升(大概在16美金左右)。而对于全球市场来说,其价值也将从2016年的130亿美金左右,增长到2020年的280亿美金左右——年复合增长率达到15%。

5G终端射频的机遇在于由移动通信时代转换到万物互联时代(即采用射频前端的设备会越来越多,其将呈指数增加)。而其挑战在于高频段、灵活的双工/全双工、大规模天线系统和新波形的研究,黄总说。

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