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传台积电通知客户全面涨价20% 即起生效;再见孔洞齐刘海!屏下摄像头的隐秘战事;由点到面晶圆厂如何托举全产业链前行

  • 产品概述

  集微网消息,全球晶圆厂在成熟制程及先进制程产能均严重短缺,晶圆厂产能吃紧状况不见缓解,近日市场传台积电将再调涨报价。

  据台媒经济日报报道,今(25)日再传出,台积电已在今日中午通知客户全面涨价20%,而且今天上线生产都是涨价后的价格,且已下单也在涨价之列。

  根据台媒当天早一点的时候报道,市场传出台积电将于今年第四季度起全线%,明年第一季度起成熟制程再涨15%-20%,先进制程则再涨10%。

  上个月,台积电表示,从本季度开始,其客户的汽车芯片短缺问题将逐渐缓解,但该公司预计整体半导体产能紧张情况可能会延续到明年。

  集微网报道,智能手机下一个创新高地在哪?目前看,经历了屏下指纹、影像、屏幕、快充等领域的竞逐之后,屏下摄像正在成为巨头们征战的新赛场。

  下半年起,中兴Axon30 5G、小米MIX 4、三星Galaxy Z Fold 3等带有屏下摄像功能的智能手机陆续发布,OPPO、vivo的新品呼之欲出,苹果、华为此前也在相关专利方面做布局……屏下摄像进入爆发前夜。

  如果说苹果iPhoneX提出了全面屏概念,三星A8s开启了打孔屏时代,那么真正让全面屏回归其本质的屏下摄像技术创新浪潮则完全由国内厂商引领,全球首个量产屏下摄像技术方案和首款量产屏下摄像手机均来自中国。

  依托于协同创新研发,在屏下摄像方面,国内面板厂商和手机生产厂商站上C位,也占据了技术和市场上的先发优势。而作为屏下摄像技术主要创新贡献者,屏厂在其中发挥了关键作用。按照目前已发布的产品表现来看,甚至可以说,中国屏幕技术首次引领了全球的创新方向和进程。

  屏下摄像技术应用和市场的前景如何?有哪些技术难点?国内厂商是如何突破的?对产业链有何影响?围绕这些话题,集微网走访了有关人员,探究屏下摄像技术创新突破的背后。

  为了追求屏幕的完整性,从早期的屏下指纹到窄边框,从齐刘海到打孔、水滴,手机生产厂商干掉了“黑边”、干掉了“下巴”,前置摄像头却成了唯一“羁绊”。

  有些厂商试图通过滑盖,机械式升降等方式解决,但又带来机身厚重、易故障等问题。

  消费者对于全面屏的渴望是迫切的。中兴手机发布的一份消费者调研报告数据显示,三分之二的受访对象希望拥有全面屏手机,市场对全面屏的接受度较高。

  手机厂商的追求,或者说消费者的希望,其实是“全面屏”能够真正回归其本质和真实的定义,即一块完整的屏幕。

  这一夙愿,在去年中兴发布全球首款屏下摄像手机Axon 20时得以实现,由此,“真·全面屏”时代正式开启。

  在一位手机行业分析师人士看来,屏下摄像技术被看好,一种原因是存在市场需求痛点,此前的方案均某些特定的程度上破坏了屏幕的整体性。

  另一方面,如今手机硬件方面配置日渐趋同,屏幕上的创新重新成为手机生产厂商竞争的焦点,比如高像素、高刷新率等等,而屏下摄像技术的出现,则成为手机生产厂商进一步塑造差异化以及市场营销方面的主要卖点。

  “屏下摄像技术成熟后,手机生产厂商在屏幕上的竞争将进入新的阶段,特别是如今手机生产厂商普遍都围绕智能手机建立生态,在移动PC、大屏、智能穿戴等领域,屏幕扮演的角色将愈发重要。”该人士表示。

  今年被视为智能手机屏下摄像的元年,下半年起,中兴、小米、三星已陆续发布了屏下摄像头手机,OPPO和vivo的相关这类的产品也即将发布,手机生产厂商间的屏下摄像大战烽烟渐起。

  行业研究机构CINNO Research的分析指出,随着屏下摄像头方案逐渐完备迭代,将会和打孔方案共同成为未来市场的两个主流技术。CINNO预计到2023年,采用屏下摄像的智能手机出货量将在5%左右,即3000-4000万量级的市场空间。

  “相比于此前刘海、水滴屏、打孔屏从推出到占据市场50%左右份额大多数都要1-2年的时间周期,屏下摄像方案目前仍受制于技术复杂度、成本等问题,随着方案的进一步成熟,成本下降,未来手机生产厂商切换全面屏的速度可能会加快。”上述手机行业人士表示。

  自2019年起,陆续有OPPO、vivo、小米等厂商进行了屏下摄像头技术的演示,直至去年9月,中兴发布全球首款量产屏下摄像头手机Axon 20,才标志着屏下摄像技术的真正落地。

  此前屏下摄像技术之所以未得到一定效果解决,还在于无法有效解决“显示-透光(成像)”这对智能手机上最为显性的矛盾。

  提升显示质量,像素增多,就会降低透光率,影响前摄摄像头的成像质量,如果提升透光率,前置摄像头的区域就会出现“纱窗”,影响屏幕的一致性,没办法做到前置摄像头的完全隐藏。

  图注:OPPO在2019年MWC上展示的屏下摄像头技术——透视全景屏,自2019年起,OPPO多次推出屏下摄像Demo,致力于100%全面屏。

  这块被称为“副屏”的区域,有别于传统的屏幕,相比于打孔屏85%-90%以上的穿透率,副屏区域的光学穿透率目前只有20%。

  据CINNO Research首席分析师周华介绍,屏下摄像头技术主要存在三方面的挑战:

  一是OLED像素驱动需要大量TFT器件和金属走线,这一些器件的大小和数量决定前置摄像头区域屏幕光线透过率。

  二是OLED结构较为复杂,有十几层结构,每层结构材质透光均不是100%,多层叠加后对透光率有一定影响,特别是目前柔性PI衬底依然是黄色材质,对成像影响较大。

  三是由于屏幕子像素间的缝隙较小,将光线分成网格,同时随着光被分得越多,直线光波变成光带的衍射现象越明显,最终会影响前置成像效果,尤其是人像边缘模糊化,因此,像素的存在导致没办法避免光的衍射问题。

  以上只是两块不一样的材质的屏幕带来的问题,而因为这两块不同的屏在设计、结构和驱动方式都有差异,考虑到模组堆叠对空间的要求、成本的控制,需要用一颗驱动IC,实现主副屏在不同结构、电压、电流下表现出颜色、亮度、频率等性能上的一致。

  “要达到一致的显示效果,让人感觉不到这个副屏的存在,难度是很大的。就像你两个不同的乐器,比方说一个萨克斯,那么一个钢琴,然后人家弹出来的声音让它一样,那么这个调试是很难的。”维信诺屏下摄像技术总工楼均辉表示。

  用中兴通讯显示规划总工王吉思的话说,“屏下摄像技术的研发这是一个极其虐心过程。”

  比如,减少像素数量增加透光率的方案,屏下前置摄像头区域的PPI会降低,该位置需要增大功率才可以做到与其他位置相同的视觉亮度,因此该技术对子像素的材料有着一定要求;而维持像素数量方案通过减小每个像素面积增加可透光率,但是屏下区域的像素变小,功率增大,同样对材料寿命有一定挑战。

  上述两种方案,不仅会造成烧屏带来常规使用的寿命下降的问题,并且不可以有效解决光的衍射问题。

  因此,目前主流解决像素问题的方案,是在TFT器件和走线技术方面,通过一组TFT来驱动四组像素,从而不减少发光层,并增强透光率,在非精细画质的要求时能够达到一致的显示效果,在精细画质要求时会有略微的现实差异。

  而在解决前置摄像头区域的显示材料透光问题上,主要在保证亮度、颜色和主屏一致的前提下,通过采用改变显示材料(替换成透明度较高的材料),如透明阳极、无偏光片、以及导入透明PI等方式,而替换的材料需要保证具有可量产型。

  而对于光的衍射问题,则更多一定要通过前置摄像头的选型来配合。比如采用感光面积更大的大底sensor,同时设计高效的AI算法,提升画面解析力,从而改善曝光不足、噪声明显等问题,降低对屏下摄像头成像素质的要求,达到在较低的透光率下实现理想的成像效果。

  这方面的主要工作由手机生产厂商完成。即通过前置摄像头的硬件选择以及搭配自研算法的结合,达到和正常使用的手机接近的拍照水平。

  因此,能够正常的看到,屏下摄像的愿景虽好,但其中涉及大量的技术创新,属于系统性工程,需要面板和手机生产厂商进行大量的工作协同研发,多次迭代,才得以攻克这一技术壁垒。而在解决了技术问题后,量产、良率与成本又成为需要攻克的“下一座城池”。

  在目前发布和展示的几款采用屏下摄像技术的手机中,中兴Axon 20的首发和中兴Axon 30持续保持先发优势,依托的是维信诺提供的屏下摄像方案,也是全球最早实现规模量产的方案。

  小米的MIX 4则采用华星光电的方案,但小米董事长兼CEO雷军在发布会上公开表示,由于在3D柔性屏上采用屏下技术,目前该屏幕的良率较低,成本比较高。而据集微网了解,MIX 4线月才能提货。

  在目前众多屏下摄像技术方案中,中兴与维信诺和合作采用的方案,被业界视为较为成熟的主流方案。

  该方案最主要的核心专利技术,是在前置摄像头区域(副屏)采用“一驱多”阵列设计,即“1个子像素驱动电路同时驱动其他同色子像素”,这样做才能够简化透明区布线设计,极大增加透过率,使屏下摄像技术的量产成为可能。据了解,该技术是“屏下摄像”最为关键的底层专利技术,是现有工艺条件下突破量产的必经之路。

  “相比于业界其他厂商推出的‘一驱一’方案,‘一驱多’阵列设计突破了现有的驱动架构,需要创造性,选择的缘由是为了追求显示效果和可量产性间的一个最佳平衡点。”楼均辉强调。

  作为屏下摄像量产的主要推手,维信诺此前一直在幕后鲜为人知,直至近日,维信诺才第一次走到台前揭示自己的屏下摄像技术核心。

  除了首创“一驱多”阵列设计之外,据楼均辉介绍,维信诺的屏下摄像技术还首创了包括像素驱动电路边置、蛇形电极走线方案等核心发明点,简化副屏区布线,同时抑制衍射现象,提升摄像头拍照清晰度。

  CINNO Research首席分析师周华表示,目前最成熟的屏下技术方案应该就是现在维信诺和中兴合作的这种屏下技术,包括小米用的也是类似技术,周华认为该技术应该会成为未来屏下摄像的主流技术。

  自2006年起,维信诺便开始做包括PMOLED透明屏和HUD透明显示方面的研究。2017年起,维信诺开始做屏下摄像头技术的研发探索,针对目前的屏下摄像方案,经历了从2018开始的PMOLED+AMOLED方案,半AMOLED+AMOLED方案,2019年透明屏显示色块方案,2019年透明屏小阳极方案,2019年透明屏显示效果提升方案等多个技术研发迭代。

  图注:维信诺在2021世界显示产业大会上展示的新一代可量产屏下摄像解决方案InV see Pro

  因多年来专注在OLED以及透明显示领域的积累,目前在屏下摄像技术方面,维信诺拥有的相关专利授权最多、授权最早,专利申请量达千项以上。

  这也是为何维信诺能够在去年成功推出全球首个屏下技术的量产和商用方案InV see,今年又推出升级版方案InV see Pro,在副屏的分辨率、透过率等方面实现快速迭代和性能提升,持续引领屏下摄像技术发展的原因。据集微网了解,维信诺的方案是目前迭代最快、量产经验最丰富、良率最高、综合成本最存在竞争力的屏下技术方案。

  部分业内人士看来,尽管目前屏下摄像方案具有一定的成熟度,但仍有优化的空间。

  比如在提升透明度方面,王吉思表示,中兴的下一个目标是在保证400PPI像素的前提下,将透光率从目前的20%提高到30%左右。

  “虽然只有10%的提升,但并不是特别容易,需要搭配摄像头的选型以及选择更好的拍摄算法,逐步提升透明度和抑制衍射。”王吉思表示。

  此外,屏下摄像头还将集成更多屏下感应技术,如屏下3D人脸识别、屏下环境光感应等,这样做才能够使未来手机的集成度更高。

  同时,目前屏下技术的制程仍然较为复杂,成本比较高。据王吉思介绍,中兴采用的屏下摄像屏比打孔屏成本高50%以上,未来一定要通过规模普及逐步降低成本。

  屏下摄像头技术作为一个基础平台性技术,无论是硬屏AMOLED屏下摄像、柔性AMOLED屏下摄像、高端柔性屏下摄像、中尺寸屏下摄像等方面都是应用的方向,在笔记本电脑、智能手表、智能手环等产品中均能够应用。

  “针对上述应用场景,维信诺均可提供完备的解决方案,拥有完整的客户的真实需求定制开发能力。”楼均辉说。

  一是材料:因为屏下摄像技术涉及到的材料和正常屏差别较大,在新材料方面存在机会。比如透明胶材料就有机会将传统的透明度较差的替换掉。

  二是芯片:因为屏下技术采用主副两块屏幕,要把两块屏幕的驱动做到一致,显示效果做到一致,这就对芯片提出了更高的要求,虽然是挑战,但对芯片厂商来说是机会。

  三是摄像头:原来的摄像头适合盲孔或者通孔,现在因为要适应透明屏,所以要新的摄像头去适配。

  相比于以往全面屏上的技术创新主要由苹果、三星等国外厂商引领,屏下摄像技术的变革则主要由中国公司推动,中兴、小米与OPPO成为最先量产和公布屏下技术的三个厂商,其背后,则依托的是维信诺、华星光电、京东方的解决方案。

  如前文所述,屏下摄像涉及屏幕材料、OLED器件、阵列设计、驱动算法等多项技术,属于系统式创新。

  特别对于屏幕厂商而言,这样的创新难度是巨大的。当无论是客户、材料设备厂商都并不清楚真正的“屏下摄像”会是一个什么产品形态时,需要面板厂商自己设计产品形态、制定标准、设计开发、材料寻源、测试,试错难度大、风险也较高。

  “当时我们做这个技术的时候,全球没有一点样品,当然也没有一点产品,所以说我们没任何参考,我们所谓的方案都是我们自己想,然后自己去尝试。当时确实有人质疑能不能做成,与国外专家交流的时候,面对客户、产业链的时候,都受到过质疑,觉得显示-透光这个矛盾没有办法解决。直到我们拿着demo给他们看……如果我们不去做这些,屏下技术的商用进程至少再晚1-2年。”楼均辉坦言。

  在集微咨询显示行业首席分析师李雷广看来,国内面板和手机生产厂商在屏下摄像技术上的创新,对产业而言具有方向性的指引意义。

  “一方面,起到了对供应链的培育、对客户的引导作用,供应链有了明确的方向去优化产品性能,客户也可以将更多精力、开发资源,集中在适合终端厂商努力的方向上。另一方面,当产品成功量产上市之后,对于其技术的研究能够在一定程度上帮助产业少走很多弯路,减少很多试错成本,时间和资产金额的投入都能集中在已经被验证过的方案上,能够加速屏下技术的推广和普及。”李雷广说。

  集微网消息,全球半导体产业早期时代,以德州仪器、仙童半导体、飞利浦为代表的欧美综合型IDM公司不仅负责芯片设计、制造和封测,甚至拥有内部产线开发能力,基本不采用外部设备和技术,早期的半导体产业链各环节可谓血脉相连。

  随着产业趋于分工合作,晶圆厂在全球开枝散叶,并滋养当地的设备和材料供应商茁壮成长。例如1987年成立的台积电,经过30多年的深耕发展,其不仅让中国台湾成为了全球晶圆制造重镇,也使得当地产业配套的设备和材料企业顺势起飞。

  无论是欧美、日韩的IDM企业,还是中国台湾的Foundry企业,重资产运营的晶圆厂在推动产业链建设和成长中扮演着至关重要的角色,这一点从目前全球设备和材料头部厂商的分布情况就可见一斑。

  材料方面,以硅片为例,2019 年全球大硅片市场中前五大厂商均位于晶圆厂集聚区域欧美、日韩及中国台湾,其总体市场占有率高达92%。设备方面,根据VLSI公布的2020年全球半导体设备厂商Top 15排名,有14家都来自欧美和日韩地区。

  即便近年来中国大陆半导体产业整体的进步突飞猛进,但在设备和材料领域,欧美日韩等地区的供应商依旧稳稳占据着主导地位,中国大陆上游的产业链配套任重道远。

  实际上,设备和材料环节实力薄弱与大陆的晶圆制造领域发展滞后有着直接联系。

  过去20年里,由于中国大陆逐渐成长为全球最大的半导体市场,更贴近终端和市场的IC设计领域成为了本土半导体产业高质量发展最主要的受力点,晶圆制造领域则在冷落中彳亍。

  如今,晶圆制造工艺的落后和产能紧缺极大程度上限制了整个产业高质量发展,这让中国大陆开始重新审视产业逻辑,将资源和政策向晶圆制造端倾斜,进而完善上下游产业链。

  投资晶圆厂对于上游设备和材料领域的带动作用在中国大陆同样适用,作为“后起之秀”的合肥就很好的印证了这一点。

  2015年和2016年间,合肥晶合与长鑫存储先后在合肥成立。从制造端着手,合肥对上召唤供应商生根,对下吸引终端厂商发芽,此举将重资产企业对产业链整体的带动作用发挥到了极致。

  集微网从合肥市发改委处获悉,从2018年至今,在合肥晶合、长鑫存储等大厂的带动下,合肥的半导体产业集群逐渐完备,相关公司数从186家增长到了306家,其中半导体设备厂商从15家增长到了31家,材料厂商从17家增长到了42家。

  整体来看,2020年合肥集成电路产业产值增长到了302亿元,同比提升17.6%。2021年上半年,合肥集成电路产值更是同比增长了52.3%。

  合肥将产业链视为整体,从制造端发力,由市委书记虞爱华亲自担任集成电路产业链“链长”,这让合肥的集成电路产业高质量发展更符合产业逻辑,也更加迅速和有效。

  集成电路产业高质量发展重心向晶圆制造端偏移,我国上游的半导体设备和材料企业也因此迎来更广阔的舞台。

  宏观来看,中国大陆慢慢的变成了了全球半导体最大的设备市场。据SEMI全球半导体设备市场统计报告,2020年全球半导体设备销售额达712亿美元,同比增长19%,中国大陆以187.2亿美元的销售额排名第一,同比大增39%,中国台湾排名第二,销售额为171.5亿美元。

  中国大陆的设备销售额快速提升得益于本土晶圆厂正处于高速扩产时期,且根据集微咨询统计,本土晶圆厂产能仍有着巨幅的提升空间。

  集微咨询多个方面数据显示,2020年中国大陆共有30座已实现量产的内资晶圆厂(8英寸和12英寸)的月产能约为171万片(折合8英寸,下同),而这30座晶圆厂的总规划月产能为426万片,总月产能仍有255万片的扩产空间。另外,中国大陆还有15座在建的内资晶圆厂,其总规划月产能约为95万片。这也代表着,中国本土现有晶圆厂能预见的产能提升空间就高达350万片/月。

  本土晶圆厂的扩产空间给国产设备和材料带来了前所未有的发展机遇,虽然目前本土晶圆厂的设备国产化率普遍较低,但随着上下游信任不断建立,本土供应商产品的性能和可靠性一步步追赶,这些数字正在不断被改写。

  设备方面,根据中国国际招标网最新信息,长江存储2021年初以来累计中标377台设备,其中国产设备73 台,国产化率达到19.4%。上海积塔2019年至目前的累计国产化率约32.5%,而2021年初至今国产化率为45.7%,有了较大幅度提升。

  不仅国产设备数量占比不断攀升,每家晶圆厂导入的国产供应商数量也慢慢变得多。据合肥晶合数据显示,2017~2019年间仅有3家国产设备厂商,但2020年至今已经增长到6家,总占比达到14.6%,有了较大幅度提升。

  在本土晶圆厂的扶持下,国产设备厂商在某些赛道脱颖而出。例如屹唐半导体的去胶设备(市占率全球第二)、盛美半导体的清洗设备(全球第五)、北方华创的刻蚀机和PVD等设备(已达到14nm级别)。

  另外在材料方面,过去13年我国完成了从无到有的突破。据集成电路材料创新联盟统计,2020年我国已被批量应用的本土集成电路材料超过了150种,部分材料在14nm节点已经达到了客户要求,且单场采购比例超过50%的材料品种达到110种以上。

  具体来看本土晶圆厂的材料国产化进程,仍然以合肥晶合为例,该公司从2017年至今不断推进国产材料导入,目前国产材料种类已经从32种提升至54种,占比也自32.32%上升到了50.46%。其中,国产化学品种类始终占据一半以上,国产气体品种则从4种增长到了20种,占比也提升至38%。

  本土晶圆厂推进国产材料的验证和导入,国产材料厂商业绩普遍爆发,并开始纷纷上马新项目,旨在为本土晶圆厂提供种类更全、性能更优的国产材料。

  国产半导体材料供应商晶瑞股份一季度财报显示,公司实现营业收入4.03亿元,同比增长135.06%。在高纯双氧水、高纯氨水的基础上,上马了高纯硫酸项目,并投入重金研发高端半导体用ArF(193nm)光刻胶。

  某本土材料厂商告诉集微网:“在本土晶圆厂的大力推进下,国产材料的验证周期大幅缩短。过去需要半年的流程,当下只需要3个月的时间。这让国产材料厂商迎来了真正的高速成长期。”

  江丰电子一季报显示,随着客户端需求的增加、对供应链安全重视程度的提高,以及国内半导体产业对国产化需求紧迫,国产替代的进度大大加快,公司充分把握机遇不断满足客户的供货需求,销售收入继续保持增长。江丰电子一季度实现营收3.17亿元,同比增长32.89%。

  随着资本成熟、市场成熟和人才团队趋于成熟,我国的晶圆制造已经进入了一个新的发展时代。在这个时代中,晶圆制造突飞猛进的同时也带动了整个供应链的成熟,本土设备和材料供应商顺势腾飞。这凸显了投资晶圆制造的重要性,其带来的溢出效应能够加速本土产业链的完善,使之深度与广度兼备。

  而放眼更长远的未来,国产设备和材料的崛起将成为我国晶圆制造厂可靠的后盾。我国作为全球最大的半导体市场,一个安全稳固的本土供应链体系,无疑将使得我国在未来的数字化智能时代中,更有底气和信心。

  在刚刚结束的2021年架构日上,Intel公布了全新的独立显卡架构Xe HPG,基于该架构的首批GPU将采用台积电N6工艺,于2022年第一季度上市。这是Intel从1998年发布i740以来,二十多之后再次踏入独立GPU市场。

  由于Intel的加入,独立GPU的市场将再次变成“三国杀”的局面,从图形图像到AI和高性能计算,技术竞争和市场争夺将全面升级。

  虽然Intel在整体GPU出货上占据了68%的市场份额,但是在独立GPU方面,英伟达则以81%的份额占据绝对领先,而AMD以19%的占有率排名第二。据JPR的分析师预测,独立GPU的出货量还将继续提升,到2025年将占整体GPU市场的26%。

  无论是云端、边缘侧还是终端,各种电子系统都需要高性能的图像处理能力,GPU的发展因此进入加速阶段。独立GPU因为用途广泛,更是成为了大芯片中的佼佼者,架构和工艺都已达芯片业的顶峰。

  英伟达在2020年发布的面向消费市场的旗舰级GeForce RTX 30系列GPU,采用了三星8nm工艺,其中的RTX3080和RTX3090,所包含的晶体管数目已经达到了280亿个。与之对应,AMD的RX 6000系列,采用了台积电的7nm工艺,晶体管数目也达到了268亿个。

  顶尖的工艺和庞大的晶体管数目对应了越来越复杂的芯片架构。以目前最新的英伟达安培(Ampere)架构为例,其运算部份就包括了流处理器(Stream Processor,SP)、纹理单元(Texture mapping unit, TMU)、张量单元(Tensor Core)、光线追踪单元(RT Cores)、光栅化处理单元(ROPs)。

  其中,在游戏中应用慢慢的变多的光线追踪技术由光追单元来负责,而将GPU带入AI领域的则是张量单元,可用于实时深度学习、大型矩阵运算和深度学习超级采样(DLSS)。这两个单元的引入也将GPU的性能和作用完全提升,从图形处理器升级成计算处理器。

  为了追求性能的极致,独立GPU之间的竞争因此就演化了成了架构之间的比拼。英伟达在2020年推出了安培架构,AMD则回应了RDNA 2架构,使得其RX 6000在性能上可以与RTX 30一较高下。

  有人将GPU架构的升级趋势概括为“更多”、“更专”、“更智能”。晶体管数量和运算单元的增加是为多,其中包括流处理器单元、纹理单元、光栅单元等数量上升。“更专”是指除了常规的计算单元,GPU还会增加新的运算单元。“更智能”是指GPU的AI运算能力上升。

  这次Intel加入战局也是有备而来,Xe架构经过多年打磨而出,不但具备了时下最流行的各种元素,还使用了台积电的6纳米工艺,完全有实力与英伟达和AMD一较高下。

  不过,有业内人士指出,Intel还是一个基因属于CPU的公司,而在GPU上的投入需要配合CPU的成长,因此处理好CPU和GPU之间的发展冲突将是一个很大的挑战。

  2012年,多伦多大学Alex Krizhevsky创建了能够从100万样本中自动学习识别图像的深度神经网络。仅在两块NVIDIA GTX580 GPU上训练数天,“Alex Net”就赢得了当年的 Image Net竞赛,击败了磨练几十年的所有人类专家算法。认识深度学习的强大后,斯坦福的 Andrew Ng与NVIDIA研究室合作开发了一种使用大规模GPU计算系统训练网络的方法。深度神经网络技术从此迅速发展,也一举奠定了GPU在AI领域的地位。

  GPU提供了多个并行计算的基础结构,并且核心数较多,可以进行海量数据的并行计算,还拥有更高的访存速度和很高的浮点运算能力。这一切都使得GPU完美契合了AI计算的需求。

  当前,GPU是AI“训练”阶段较为适合的芯片。GPU在AI时代的云端训练芯片中占据较大的份额,达到64.%。虽然后期由于FPGA以及ASIC技术的突破,GPU的市场份额有所下降, 但是仍然是云端训练市场份额最大的芯片,2019年-2021年年复合增长率达到40%。

  这一切的起点就是GPGPU的应用。用于通用计算的GPU被称为GPGPU,可以与CPU协同工作,将一些大计算量的负载承接过来,以加速应用程序。

  GPGPU的概念始于学界,真正让其发扬光大的还是英伟达。2006年,英伟达推出了Tesla架构,把GPU中的矢量计算单元拆成了多个标量计算渲染单元,使其更适合通用计算。2007年,英伟达又推出了CUDA,专为GPU设计的并行计算平台和编程模型。通过CUDA可以大大降低用GPU做通用计算的难度,因此大大降低了GPGPU应用的门槛。

  当CUDA与深度学习相结合,更是释放了GPU的巨大潜力,也让AI从实验室走入了业界。同时,GPU也稳固了自己在数据中心的地位。

  凭借GPU在数据中心的表现,英伟达的业绩也一路走高。在2022年Q1财季,其数据中心业务营收为20.5亿美元,创下公司历史上的新纪录,与上年同期相比增长79%,与上一季度相比增长8%,占总营收的比重已达36%。

  在此领域发力较晚的AMD现在也开始奋起直追。根据 AMD 首席执行官 Lisa Su 的说法,该公司第二季度数据中心 GPU 的出售的收益“同比增长了一倍多”。 Lisa Su将该细分市场的出色表现归功于该公司 Instinct 加速器部署的增加,其中还包括其基于 CDNA 2 架构的最新数据中心显卡的首次出货。

  现在,终于轮到Intel出手了。最新的面向数据中心的GPU Ponte Vecchio重磅出炉,拥有1000亿颗晶体管的SoC也创下了Intel之最。

  Ponte Vecchio 基于 Xe-HPC 微架构,由多个复杂的设计组成,这些设计以单元形式呈现,然后通过嵌入式多芯片互连桥接(EMIB)单元进行组装,实现单元之间的低功耗、高速连接。这些设计均被集成于 Foveros 封装中,为提高功率和互连密度形成有源芯片的 3D 堆叠。

  “在ASIC和FPGA都在与GPU进行竞争的时刻,Intel选择了GPU,说明GPU可能还是通用AI的最好选择。”行业专家刘明(化名)这样评论道。

  这颗巨大的芯片也可以被看做是对英伟达推出数据中心CPU的反击,双方至此都形成了CPU+GPU的布局。

  同时,英特尔还在发展其oneAPI计划,使其成为Nvidia CUDA的强大竞争对手,因为它的范围不仅限于GPU,而且涵盖CPU和所有处理器。

  尽管独立GPU不能完全取代CPU,但是其已经成为数据中心中非常关键的一环。当三大芯片厂商都汇聚于此时,GPU还会有更多精彩的故事。

  集微网消息,如果说此前封装技术还被认为是归于产业链后端流程的技术,现在“时代变了”。

  台积电在官网关于3D封装如此介绍,计算工作的负载在过去十年中的发展可能比前四个十年都要大。云计算、大数据分析、人工智能 (AI)、神经网络训练、人工智能推理、先进智能手机上的移动计算甚至自动驾驶汽车,都在推动计算向极限发展。

  在这过程中,封装技术也被推向了创新的前沿,其对产品的性能、功能和成本有着至关重要的影响。也因此,封装技术不再是后端流程的“专属”,晶圆代工巨头也开始纷纷入局。

  余振华介绍了台积电3D Fabric技术平台的细节,该技术平台包含台积电前端芯片堆叠SoIC技术和后端先进封装CoWoS和InFO技术。

  -从 CMOS 转变到 CSYS(互补系统、SOC 和小芯片集成),可以实现从摩尔到超越摩尔的过渡;

  面向超高性能的计算系统,台积电也提供了InFO_SoIS和InFO_SoW两种技术。并且,该技术可以确定使用在tesla最新的AI芯片上。

  值得一提的是,InFO_SoW是业界第一个全晶圆异质集成技术,在带宽密度和PDN阻抗上具有显著优势。

  接下来是CoWoS-S封装技术。该技术已经量产超过十年,且拥有极高的良率和质量,能够为先进的SoC和HBM集成提供友好支持。

  台积电预计将在今年晚些时候发布第5代 CoWoS-S 封装解决方案,这将使晶体管数量比第 3 代封装解决方案增加 20 倍。新封装将增加3倍的中介层面积、8 个 HBM2e 堆栈(容量高达128 GB)、以及提供全新的TSV解决方案。

  到第 6 代,新封装将拥有更大的掩模版面积,以集成更多的小芯片和更多的 DRAM 封装。

  此外,台积电也公布了其SoIC研发进度。当前,CoW和WoW都为N7/N6工艺,预计明年将会实现基于N5工艺。

  在介绍完了封装技术外,余振华还介绍了台积电的全新异构集成技术,包括先进的热解决方案和硅光集成。

  1.台积电 3D FabricTM技术平台将继续扩大封装规模,减少3D堆叠互连密度,从而提升功耗表现。

  3.新的微型冷却系统-ISMC和DWC也可以解决热能瓶颈,以实现更多的3D堆叠。

  近日,中国台湾工业技术研究院研究总监杨锐预测,台积电将再主导芯片制造行业五年,此后3D封装将成为主要工艺挑战。

  其实,除了台积电之外,英特尔和AMD均在本次大会上提到了3D封装技术。此外,另一家行业巨头三星同样也在加强部署3D封装技术。为何3D封装技术会成为行业巨头们“不约而同”的选择?

  在过去的十年里,各种计算工作量发展迅速,但摩尔定律却面临着失效的风险。面对更多样化的计算应用需求,为了将更多的功能“挤”进同一个芯片中,先进封装技术成为持续优化芯片性能和成本的关键创新路径。

  由此,也将带动先进封装市场的荣景。根据Yole Developpement最新的数据,2020年至2026年,先进封装市场复合年增长率约为7.9%。到2025年,该市场营收就将突破420亿美元,这几乎是传统封装市场预期增长率(2.2%)的三倍。

  其中,3D封装在集成度、性能、功耗等方面更具优势,同时设计自由度更高,开发时间更短,是各封装技术中最具发展前景的一种。当前,随着高效能运算、人工智能等应用兴起,加上TSV技术愈来愈成熟,可以看到慢慢的变多的 CPU、GPU 和存储器开始采用3D 封装。

  根据Yole、集微咨询综合整理,按晶圆数量(折合12英寸)来看, 2019 年约 2900 万片晶圆采用先进封装, 这一数字到 2025 年增长为 4300 万片,复合年均增长率为 7%。其中倒装技术占比最高,晶圆数量达3072万片,3D 封装增速最快,CAGR 约为 25%。

  总结:随着行业巨头的涌入和超前布局,3D先进封装的未来已逐渐明朗。“后摩尔时代”,先进封装技术的未来值得期待。

  集微网消息,据路透社报道,美国已经批准了供应商数亿美元的许可证申请,允许其向华为出售用于汽车零部件的芯片。

  此前拜登政府一直在加强对华为出口的强硬路线,拒绝向华为出售用于 5G 设备或与 5G 设备一起使用的芯片的许可。

  但最近事情有了转机,知情人士告诉路透社,美国已授予供应商许可证,授权供应商向华为出售用于视频屏幕和传感器等汽车零部件的芯片。这些批准是在华为将其业务转向不易受到美国贸易禁令影响的项目之际。

  汽车芯片并没那么复杂,因此,美国降低了批准的门槛。一位接近许可批准的的人说,美国政府正在为车辆中的芯片颁发许可,这些芯片可能具有其他5G能力的组件。

  当被问及汽车牌照问题时,美国商务部发言人表示,美国政府继续一贯实施许可政策,“以限制华为获取商品、软件或技术,用于可能损害美国国家安全和外交政策利益的活动。”

  对此,华为发言人拒绝置评。但华为也表示:“我们将自己定位为智能网联汽车的新零部件供应商,我们的目标是帮助汽车 OEM(制造商)制造更好的汽车。”

  集微网消息,博世高管称,由于全球芯片持续短缺,汽车行业的半导体供应链已经崩溃。

  博世董事会成员Harald Kroger在本周一接受CNBC采访时表示,全世界内从汽车到消费电子等领域对芯片的需求激增,但受疫情、自然灾害等影响,供应链在过去一年中已经崩溃。

  因为芯片短缺的持续影响,大众、宝马和奥迪等汽车制造商都削减了产量。Kroger认为,车企与半导体供应商必须弄清楚如何改善芯片供应链。

  Kroger表示,考虑到某一些半导体生产要半年时间,因此供应链的某些环节应该增加库存。而且,他补充道,半导体供应链问题过去一直是由汽车行业悄无声息地管理,但现在是时候改变了。

  近两年,博世投资10亿欧元在德国萨克森州首府德累斯顿兴建了一座新的半导体工厂,并于上月投产。Kroger称:“事实上,我们几年前就开始建设这个工厂,这表明我们预料到了需要将大幅度上升。”

  如今,包括英特尔和台积电在内的一些公司都计划在未来几年建立新工厂以提高芯片产能。Kroger预计芯片短缺的局面将延续到2022年,同时希望需求保持稳定。

  德国总统Frank-Walter Steinmeier本周对CNBC表示,博世这家工厂的建立正值半导体供应紧张的关键时刻,因此这一投资十分重要和正确。但德国和欧洲距离实现半导体生产的话语权还有非常长的路要走。

  科技网络公司Silicon Saxony董事长Frank Bosenberg称,目前来看,欧洲的需求占据半导体市场总量的20%,但产量却不到10%。因此,他认为,欧洲应该增加本土半导体产量,但也指出,这是一个全球性的产业,没有国家能实现完全自主。

  一周数据看点:中国智能手机市场苹果夺冠,荣耀国产第一;2024年小芯片市场规模将达44亿美元;蜂窝物联网2030年连接数可达54亿…

  芯洲科技新品发布:超低静态功耗兼顾优秀性能表现,车规级高压LDO正式上线小时前

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