半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，半導(dǎo)體一直是技術(shù)創(chuàng)新的核心，技術(shù)的進(jìn)步與半導(dǎo)體性能、能耗和成本的發(fā)展同步。現(xiàn)在，隨著對(duì)高性能計(jì)算 (HPC) 以及 5G 和 AI 應(yīng)用的需求不斷增長(zhǎng)，對(duì)技術(shù)進(jìn)步的需求猛增，為半導(dǎo)體技術(shù)新想象的未來(lái)鋪平了道路，其中可以擁有無(wú)限可能實(shí)現(xiàn)。
為了理解這個(gè)未來(lái)，回顧過(guò)去 60 年是有意義的，當(dāng)時(shí)人們發(fā)明了一種將許多晶體管放在同一個(gè)芯片上的方法——集成電路 (IC) 或微芯片。在隨后的幾年中，半導(dǎo)體技術(shù)通過(guò)不斷的小型化而進(jìn)步，這包括按照摩爾定律預(yù)測(cè)的那樣，集成電路上的晶體管數(shù)量每隔一年就會(huì)翻一番，該定律以美國(guó)工程師戈登·摩爾的名字命名。這種持續(xù)的進(jìn)步使我們的手機(jī)擁有比 1969 年阿波羅 11 號(hào)登上月球的現(xiàn)在古老的 70 磅重的計(jì)算機(jī)更強(qiáng)大的計(jì)算能力。
從成本到普遍性再到價(jià)值
半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路的一個(gè)關(guān)鍵屬性是不斷降低每個(gè)功能的成本。隨著時(shí)間的推移，這種持續(xù)的成本降低導(dǎo)致了半導(dǎo)體技術(shù)的普遍部署。例如，可視電話于 1970 年由 AT&T 首次商業(yè)化，但由于成本高昂，它的客戶不到 500 個(gè)。
35年前臺(tái)積電首創(chuàng)的純代工模式的誕生，幫助半導(dǎo)體技術(shù)大規(guī)模降低成本。在這種模式下，純代工廠運(yùn)營(yíng)的半導(dǎo)體制造廠專注于為其他公司生產(chǎn) IC，而不是提供自己設(shè)計(jì)的 IC 產(chǎn)品。由于 IC 生產(chǎn)設(shè)施的建造和維護(hù)成本高昂，并且可能會(huì)大量消耗公司的資金，因此將這種生產(chǎn)外包給代工廠可以讓公司將資源集中在最終產(chǎn)品上。這使得無(wú)晶圓廠（僅限設(shè)計(jì)）行業(yè)蓬勃發(fā)展，并幫助實(shí)現(xiàn)了使遠(yuǎn)程工作、在線學(xué)習(xí)、共享經(jīng)濟(jì)和娛樂(lè)流媒體成為現(xiàn)實(shí)的技術(shù)的大規(guī)模無(wú)處不在的部署。
COVID-19 及其帶來(lái)的封鎖成為技術(shù)創(chuàng)新的另一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在一年內(nèi)發(fā)生了超過(guò) 10 年的數(shù)字化，增加了對(duì)半導(dǎo)體的需求。根據(jù)麥肯錫公司的數(shù)據(jù)，按照目前的速度，到 2030 年，全球半導(dǎo)體年收入將增長(zhǎng)到超過(guò) 1 萬(wàn)億美元，直接貢獻(xiàn) 3 萬(wàn)億至 4 萬(wàn)億美元的全球電子產(chǎn)品增長(zhǎng)。然而，持續(xù)降低成本的承諾導(dǎo)致人們低估了半導(dǎo)體的價(jià)值。正如最近的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)清楚地表明，半導(dǎo)體無(wú)處不在，在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮著寶貴而重要的作用。
打開未來(lái)世界的大門
隨著計(jì)算設(shè)備變得無(wú)處不在，通過(guò)全球網(wǎng)絡(luò)生成和通信的數(shù)據(jù)量（通常是實(shí)時(shí)的）呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。為了跟上這種增長(zhǎng)，高性能計(jì)算 (HPC) 變得至關(guān)重要，并且正在呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。HPC 是高速處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行復(fù)雜計(jì)算以解決性能密集型問(wèn)題的能力。如今，HPC 已經(jīng)超越智能手機(jī)成為增長(zhǎng)動(dòng)力。根據(jù)Report Ocean的研究，它是半導(dǎo)體行業(yè)增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一，預(yù)計(jì)到 2027 年，全球 HPC 芯片組市場(chǎng)規(guī)模將從 2019 年的 43 億美元達(dá)到 136.8 億美元。
虛擬世界與物理世界的融合將給社會(huì)互動(dòng)的方式帶來(lái)翻天覆地的變化，并將通過(guò) HPC 應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)。除了由半導(dǎo)體制成的大量傳感器和執(zhí)行器之外，虛擬世界和物理世界的這種集成還需要智能設(shè)備、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等硬件，以及 5G、人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，用于交流和理解信息, 和決策。對(duì)于這些應(yīng)用中的每一個(gè)，半導(dǎo)體含量及其提供的價(jià)值都將迅速增加。
半導(dǎo)體將為越來(lái)越多的產(chǎn)品注入智能和新功能，從而提升這些產(chǎn)品的價(jià)值。例如，自動(dòng)駕駛汽車將通過(guò)先進(jìn)的芯片變得更加安全和節(jié)能，這些芯片允許執(zhí)行復(fù)雜的軟件功能和分析。德克薩斯大學(xué)的研究估計(jì)凈能源減少 11% 至 55% 與美國(guó)當(dāng)前的地面交通條件相比，基于這種預(yù)期的自動(dòng)駕駛汽車能源效率。社會(huì)也期待著超出我們今天想象的新用戶應(yīng)用程序。半導(dǎo)體提供的計(jì)算能力將推動(dòng)個(gè)性化和社區(qū)醫(yī)學(xué)以及疫苗和藥物發(fā)現(xiàn)。打擊社交媒體上的虛假信息需要更好的算法和計(jì)算能力來(lái)訓(xùn)練人工智能模型。
例如，用于創(chuàng)建逼真的人類質(zhì)量文本的最先進(jìn)的 AI 語(yǔ)言模型之一 GPT-3需要 300 zetta-FLOPS（超級(jí)計(jì)算機(jī)性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)）才能在高性能計(jì)算云上進(jìn)行訓(xùn)練。作為回報(bào)，這種 AI 語(yǔ)言模型所支持的能力令人印象深刻。GPT-3 最近被《紐約時(shí)報(bào)》的科技專欄作家 Kevin Roose 用來(lái)完成書評(píng)。
人工智能通常被認(rèn)為是一種主要涉及軟件和算法的技術(shù)。然而，硬件技術(shù)打開了通往虛擬世界的大門，讓我們能夠使用從人工智能中獲得的信息。因此，即使在虛擬世界中，物理也占據(jù)了中心位置。
共同的樂(lè)觀
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步以滿足 5G 和 AI 時(shí)代的需求，能源效率已成為最重要的指標(biāo)，不僅因?yàn)橛?jì)算能力已經(jīng)因無(wú)法散熱而受到限制，而且因?yàn)槿蛴?jì)算能源使用的升級(jí)速度比任何其他應(yīng)用領(lǐng)域。僅由于半導(dǎo)體技術(shù)，計(jì)算的能源效率一直在快速發(fā)展——每?jī)赡晏岣?2 倍——人們普遍樂(lè)觀地認(rèn)為，技術(shù)將像過(guò)去 50 年那樣繼續(xù)像發(fā)條一樣發(fā)展。
這種經(jīng)常與摩爾定律混為一談的樂(lè)觀主義也許比“定律”本身更重要。正是這種行業(yè)和整個(gè)社會(huì)共同的樂(lè)觀態(tài)度，推動(dòng)了行業(yè)迎接挑戰(zhàn)，并使預(yù)言成為自我實(shí)現(xiàn)的預(yù)言。
在接下來(lái)的 50 年中，下一代可能會(huì)使用虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (VR/AR) 作為他們與世界互動(dòng)的主要方式。今天的 VR/AR 頭顯平均重量超過(guò)一磅，電池壽命不到兩到三個(gè)小時(shí)，而且價(jià)格高昂，這讓我們想起了 25 年前的手機(jī)。要達(dá)到與當(dāng)今手機(jī)相同的普及水平，VR/AR 設(shè)備需要提高 100 倍以上。這只能通過(guò)不斷進(jìn)步的半導(dǎo)體技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
未來(lái)幾十年將是半導(dǎo)體行業(yè)的黃金時(shí)代。
在過(guò)去的 50 年里，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展就像在隧道里行走。前進(jìn)的道路很明確，因?yàn)槊總�(gè)人都在努力遵循一條明確的道路——縮小晶體管。現(xiàn)在我們正在接近隧道的出口。隧道之外還有更多的可能性：從材料到架構(gòu)的創(chuàng)新使新路徑成為可能，以及由新應(yīng)用定義的新目的地。我們不再受隧道的限制，我們現(xiàn)在擁有無(wú)限的創(chuàng)新空間。 |
