從較高的層面來看，芯片的經濟前景是樂觀的。不是每一個環節都會做得很好，也不是每一個做得好的環節都會在疫情結束后繼續做得很好。2021年的特點是復蘇，或者克服冠狀病毒大流行的經濟和社會后果;此外，并非每一個表現良好的細分市場都會繼續保持均衡增長，或根據歷史趨勢復蘇。

今年，半導體行業的面貌和表現將會有所不同，而不僅僅是因為這場疫情。

新的一年將是芯片行業重大轉型和創新的一年，但有太多新的應用和細分市場，泛泛的概括已變得越來越沒有意義。

與過去幾年不同的是，電腦或智能手機的銷售很好地反映了芯片行業的發展狀況，而終端市場則成倍增長并出現分化，為這些市場專門開發的技術的數量也在大大增加。一段時間以來，IP世界已經習慣于為大客戶定制區塊。而今，定制需求正在蔓延，2021年及以后設計和銷售的大部分芯片將有數千或數百萬個。

第五代浪潮正在襲來

對多位高管的采訪表明，半導體行業要復雜得多，范圍更廣，也更微妙。隨著設計變得越來越復雜，半導體所服務的市場和支持它的生態系統也變得越來越復雜。雖然不缺乏開發的機會和技術，但這不再是一個明確的邁向下一個工藝節點的過程。計算機正在從一個盒子里走出來，進入幾乎所有的領域，通常伴隨著復雜的電源管理、通信、新的存儲器和某種形式的人工智能。

Cadence首席執行官陳立武認為：“第五代浪潮正在發生。這包括5G、人工智能、機器學習、橫向擴展的（scale-out）規模化云、自動駕駛的進展，以及巨大的工業4．0數字化轉型?！?/p>

他說：“但是，更重要的是，現在一切都與數據有關。我們正進入一個以數據為中心的時代，90%的數據是在過去兩年中生成的。其中，80%是非結構化數據，正在分析的數據不到2%。因此，下一件大事將是關于數據和分析，以及如何有效地利用所有這些數據來推動不同的垂直行業。這是一個巨大的轉變，所有這些都將推動設計活動。”

這種觀點在整個芯片行業都得到了回應。沒有什么驚人的技術變化即將出現，比如幾年前圍繞AI/ML的嗡嗡聲。一輛沒有方向盤的汽車的想法已經被擱置了至少十年，除了在一些非常明確的地理圍欄中應用。雖然“智力”將繼續擴散到更多的終端設備，但這種所謂的智力將受到高度限制。

同時，行業也有機會將更先進的芯片銷往現有市場，甚至銷往過去從未有過的市場。在一個市場上面臨下行的芯片制造商可以跨多個細分市場進行對沖。

Xilinx新任總裁兼首席執行官Victor Peng表示：“2021年，幾個主要趨勢將是從2020年開始加速發展的延續，包括應用向云端移動、邊緣計算、5G、來自更多不同端點的數據爆炸、異構計算（包括針對AI和其他工作負載的新領域特定體系結構）以及行業整合/集成。”

因此，盡管移動領域的下一個大問題是5G，但它遠不是唯一的亮點——移動基礎設施也不再是孤立的。

Advantest美國公司總裁兼首席執行官Doug Lefever表示：“我們看到，5G商業化帶來的數字轉型將繼續刺激中長期對更高性能和更高可靠性半導體的需求。除了更快的網絡和5G之外，我們還看到，隨著我們進入2021年，一些關鍵趨勢正在成為技術融合的領跑者。其中包括具有實時流分析功能的人工智能和機器學習;加速工廠自動化投資，包括機器人技術和人工智能技術;利用具有前饋/后向功能的大數據的云即服務（As-a-Service）和邊緣計算;以及在線學習和遠程工作環境所需的擴展現實應用的增長?！?/p>

經濟前景潛力展望

從較高的層面來看，芯片的經濟前景是樂觀的。不是每一個環節都會做得很好，也不是每一個做得好的環節都會在疫情結束后繼續做得很好。

“2021年的特點是復蘇，或者克服冠狀病毒大流行的經濟和社會后果，”Fraunhofer IIS適應性系統工程部主任Peter Schneider說。“更多使用家庭辦公室的轉變將對人們的出行產生深遠的影響。公共生活中的種種限制表明，商業交易中的大量接觸也可以通過虛擬方式進行?！?/p>

此外，并非每一個表現良好的細分市場都會繼續保持均衡增長，或根據歷史趨勢復蘇。Brewer Science總裁兼首席執行Terry Brewer表示：“我們無法預測，所以要做好準備，快速前進。學會在黑暗中駕馭不確定性。準備好躲避，但不要停下來。我們還可以正確地預測，2021年將有很多機會和可能性——好的和壞的?！?/p>

舉例來說，現在判斷“在家辦公”的趨勢將持續多久，或者如何與商業辦公和基礎設施相結合還為時過早。

Fraunhofer的Schneider表示：“對于移動辦公或家庭辦公所需的產品，筆記本電腦、網絡攝像頭、網絡基礎設施、服務器等，我預計市場數據會有低至中等程度的增長。許多公司和個人在2020年的封鎖階段進行了必要的投資。基礎設施的進一步擴大將繼續進行，特別是為了提高穩健性、可靠性和服務質量。微電子技術有助于克服當前這樣的危機，我認為在不久的將來有很大的經濟潛力。在這個領域有大量的研發活動，這些活動將在未來幾年進入市場。這包括整個醫療技術領域，從監測重要參數、改進的（移動）診斷設備、檢測病原體的測試系統，到為病人提供良好護理的產品，例如重癥監護室中。此外，非接觸式購物系統、公共場所人員在場和活動監控系統，以及改進的送貨物流理念，都將日益普及，必將對經濟發展產生積極影響。”

但即便是芯片行業長期以來的發展趨勢，也可能會陷入劇變。一些先進節點半導體的最大消費者正在開發自己的產品。這其中包括蘋果、谷歌、亞馬遜、Facebook和阿里巴巴等，它們正在尋求通過軟硬件協同設計、獨特的體系結構、混合使用加速器和各種類型的處理器和內存來實現數量級的性能改進。因此，處理器的數量將遠小于每家公司從英特爾、AMD或IBM購買現成芯片的數量。

其影響尚待評估。處理器巨頭有可能通過邊緣定制來彌補銷量。但成功的模式可能會發生重大變化。Xilinx的Peng說：“2021年不可否認的事實是，隨著5nm的投產，剩下的提供高性能產品的半導體廠商將內部消化3nm產品的開發成本?！?/p>

工具和體系結構推進摩爾定律

所有這些器件都變得越來越復雜。摩爾定律擴展的放緩（這是一種成本上升、功耗和性能改善減少的函數）迫使芯片制造商采用新的體系結構、先進的封裝和處理更多數據的創新方法。與此同時，終端市場對其投資的使用壽命提出了更高的要求，由于復雜性、定制化和小批量生產，投資壽命有所增加。

OneSpin Solutions的首席執行官Raik Brinkmann說：“在技術方面，有更多可預見的結果，包括需要在整個產品生命周期中對硬件平臺進行持續驗證，以及在管理安全威脅方面加強審查。

他表示：“為了跟上需求的變化，隨著時間的推移對硬件進行定制是至關重要的?？芍貥嬘布脚_允許所需的靈活性、定制升級和差異化，而無需重建。異構計算環境（包括軟件可編程引擎、加速器和可編程邏輯）對于實現平臺可重構性以及滿足低延遲、低功耗、高性能和容量需求至關重要。這些復雜系統的開發成本很高，因此在保持定制的同時，任何能夠延長硬件使用壽命的方法都是必不可少的?！?/p>

在更長的生命周期內實現質量變得更加困難，因為芯片需要隨著算法或用例的變化而更新。Brinkmann說：“要實現這種靈活性和連續性，就需要在定制和變更過程中不斷進行驗證。這種增加的驗證復雜性要求詳細跟蹤每個實例的需求、特性、測試和覆蓋范圍。如果我們看一個敏捷開發流程，其中一個原則就是執行持續的集成和測試。如果我們把它應用到硬件開發中，我們就可以理解這一點。還必須進行驗證，以確保更改不會引入新的錯誤、安全問題或安全漏洞。”

EDA和數據分析公司認為這是一個巨大的機會，盡管這是一個需要多年才能站穩腳跟的機會。西門子EDA IC執行副總裁Joseph Sawicki表示：“越來越多的先進系統公司將開始利用硅生命周期管理技術。這使公司能夠在IC設計過程的早期階段將特定的IP塊（沿著可測性設計（Design For Test）線）插入到他們的設計中。

他說：“這些IP塊監控諸如性能、功耗、錯誤，甚至IC內部的安全漏洞。當IC在系統中實現和運行時，它們可以（通過一些工程）報告實時性能、功耗、錯誤，甚至安全漏洞數據。然后，這些信息反過來可用于識別問題、觸發操作員警告、安排預防性維護，甚至可用于進一步完善衍生/未來一代IC的設計和制造。”

英特爾、AMD和Marvell等IDM已經實現了一個重大轉變，那就是向小芯片（chiplet）的方向發展。隨著其他芯片制造商開始利用經過預驗證的硬IP塊，這一趨勢有望得到推動。所有主要的代工廠的路線圖上都有小芯片。

Arteris IP董事長兼首席執行官K．Charles Janac說：“芯片將變得越來越重要。有些將用于特定功能，有些需要專門的處理器。但要實現所有這些工作，互聯將需要變得比今天更復雜?；ヂ摰暮锰幨菐缀跤袩o限的創新可能性。有很多方法可以增值。”

這反過來會使定制更簡單，成本更低。整個行業的努力已經在進行，并將在2021年及以后繼續進行，包括從專門的加速器到更標準化的表征和更好定義的算法。

Imperas Software首席執行官Simon Davidmann說：“我們看到的是，所有這些機器學習算法都得到了很好的定義，現在人們正試圖構建硬件架構來高效地實現它們。”

他表示：“如果你開車，你需要實時的數據。安全攝像頭就不一樣了。如果你在幾秒鐘內拿到，沒關系。但是對于一輛車，如果有人走在你前面，你就需要立刻發現。這需要大量的計算，而且因為你不可能把所有的事情都加速，你最終會和很多很多的處理器并行進行。”

中國舉足輕重

所有這些技術都需要從地緣政治的角度來看待，而在過去幾年之前，芯片行業基本上還沒有這種技術。在整個2020年，其中一個重大事件就是美中貿易戰。目前尚不清楚拜登政府將如何應對中國，但普遍的共識是，即使兩國關系沒有完全解凍，兩國關系也會有所改善。

Quik-Pak母公司Promex總裁兼首席執行官Richard Otte表示：“我們迎來了一位新總統，人們對新政府的政策抱有很大的期待，有些情況也令人擔憂。但他們顯然將在許多方面與我們過去的情況有所不同。我個人預計，我們與中國的關系將繼續遇到困難，與歐洲的關系將有一點緊張。這些都在影響生意。我不知道我是否會稱之為冷戰，但與中國肯定有一場冷戰。我們的許多行業產品來源于中國，由于人們不能前往中國，我們在溝通許多項目和解決問題方面遇到了困難。那會造成延誤。但它不會阻止亞洲貨物流向北美，但貨物將在岸上停留更長時間。這將是未來幾年逐漸形成的趨勢。隨著聯邦政府對支持美國技術和制造業越來越感興趣，你將看到更多的資金直接投資于此，而且大部分是間接投資于此，由政府來支持美國制造業——特別是支持軍隊，也許還有新興的航天工業?！?/p>

貿易戰的影響已經對芯片行業的許多領域產生了直接影響。這一點在中國臺灣尤其令人擔憂，那里有兩個大型商業代工廠——臺積電（TSMC）和聯華電子（UMC）——以及全球最大的OSAT（封裝測試企業）——ASE。在那里，政商平衡既微妙又復雜。

“半導體行業是一個協作、共生的生態系統，”ASE首席運營官Tien Wu在最近的一次圓桌討論中表示?！按S并不擁有這個市場。我們沒有關鍵材料設備技術。我們擁有的是加工和制造的靈活性。”

他說：“我們之所以占據全球半導體制造業的22%，因為大家都知道這里是一個很好的位置。每個人都需要我們。每個人都愿意幫助你。我們從歐洲得到關鍵設備。我們從日本得到所有關鍵的材料加工設備。我們正在為美國和中國做生意，沒有人為此感到不安?！?/p>

新興市場汽車最大

芯片最大的新興市場之一是汽車。2015年至2018年期間，汽車市場快速增長，之后隨著汽車主機廠退潮并重新評估其目標和體系結構，市場大幅放緩。汽車主機廠們并沒有試圖在每輛車上都安裝一臺超級計算機（這在經濟上是不現實的），而是將重點放在可擴展的體系結構上，以處理越來越多的駕駛員輔助功能。

盡管疫情造成了交通和新車銷售的損失，但這項工作仍在進行。Fraunhofer的Schneider說：“這一點，加上度假旅行仍將受到限制，不可避免地將對汽車和航空業的電子元件供應商產生負面的影響。至少在歐洲，汽車工業面臨的困難局面是越來越嚴格的氣候保護要求。創新的輔助和娛樂系統將無法彌補從內燃機轉向電動汽車所造成的銷售損失。”

然而，正如所有電子公司都知道的那樣，成功走出低迷的唯一途徑是設計創新。因此，汽車芯片設計開始再次增加，隨之而來的是對邊緣電氣化和通信基礎設施的需求。

Mixel總裁兼首席執行官Ashraf Takla說：“我們支持汽車需求已達10年。從需求和我們需要做的事情來看，這種變化真的很驚人。就像一個新的生態系統從零開始誕生，每個人都在學習。真的沒有專家。每年都有新的要求，我們需要做新的仿真，我們需要遵循更多的規則?！?/p>

但汽車也帶來了一系列嚴格的要求，既有行業驅動的要求（ISO 26262和ASIL A、B、C、D），也有主機廠驅動的要求（18年零缺陷），這對測試測量行業產生了影響。

Takla說：“這對CAD公司非常有利。你需要更多的工具。老化和電遷移非常重要。對于消費電子產品，設計通常是三西格瑪。對于汽車來說是五西格瑪或六西格瑪。幸運的是，這一切并不是一夜之間發生的。但它將在2021年和未來幾年繼續存在?！?/p>

這場疫情也為醫療器械和設備打開了一個巨大的市場，多年來，在政府監管和醫療專業人員對采用新技術的抵制下，醫療器械和設備已停滯不前。

Promex的Otte說：“醫療器械在歷史上是用獨特材料制成的機械產品。但近年來，人們開始將電子器件與現在能夠收集信息的設備結合起來，電子設備可以處理信息，并將信息以無線電信號的形式呈現出來，可以閃光、鳴叫或顯示。電子技術與醫療設備和醫療需求的結合正推動著行業的發展。許多事情都是可能的，其中一些都是與手機提供的處理能力和互聯網連接在一起運作的?！?/p>

遠程診斷和通信的可能性剛剛開始得到認可。Takla說：“現在更強調遠程訪問。這些領域的技術已經從中受益，甚至在后疫情時代也將繼續受益。新的常態將是更多的人遠程工作，因此支持這類活動的網絡和半導體將從中受益。追蹤工作也將繼續，也許在美國不會那么多，但在中國和世界其他地區肯定會。我們還會看到更多的5G和AI。”

安全成為主流

不過，連接更多的設備需要有另一種要求。安全性是一個日益嚴重的問題，隨著汽車等安全關鍵設備中半導體含量的不斷增加，人們的擔憂將繼續增加。

為系統設計師提供構建最安全完整解決方案的Tortuga Logic執行主席兼臨時CEO Andreas Kuehlmann說：“安全性正遵循我們多年前在軟件領域看到的相同趨勢。每個人都處在不同的階段，隨著事件的發生，他們真的很掙扎。安全將成為一個更加密集的實踐。

他表示：“不僅僅是半導體公司討論安全問題，他們知道該怎么做。更大的問題是如何評估風險。這已經在金融業開始，并正在轉向汽車業。我們希望在醫療器械領域也能看到類似的努力?！?/p>

安全性影響到每一個設備的每一層，以及在遙遠的供應鏈中制造這些設備的每一個過程。OneSpin的Brinkmann說：“如果我們深入探討安全問題，就會想起最近有關SolarWinds黑客攻擊的頭條新聞。這次攻擊證實了軟件供應鏈是脆弱的，但我們需要記住，硬件供應鏈也容易受到安全風險的影響。具體來說，IP塊（如處理器、片上通信和數據路由）都構成了一個重要的無保護攻擊面，尤其是在設計過程的早期。使用標準方法很難或幾乎不可能檢測到這些漏洞。如果在流程的早期沒有檢測到這些安全漏洞，它們可能會一直處于休眠狀態，直到部署系統，從而導致災難性的后果?！?/p>

疫情與經濟復蘇

關于冠狀病毒大流行的后果，人們已經寫了很多文章并進行了推測。普遍的共識是，全球大流行將以疫苗和群體免疫結束，但在某些地方結束的速度要比在其他地方快得多。這將決定各地區的經濟復蘇時間表。

Cadence的陳立武說：“輝瑞公司、強生公司和其他公司的首席執行官們說，他們將在3月份前推出1億劑疫苗。到明年下半年，疫苗應該可以廣泛使用。因此，第一季度半導體行業仍將面臨挑戰，因為科威特，尤其是在英國和美國，Q2將更加穩定。然后，因為被壓抑的需求，第三季度和第四季度將好轉。因此，鑒于半導體需求強勁，加上庫存水平良好，我謹慎看好2021年，甚至2022年?！?/p>

OneSpin的Brinkmann表示同意?！半S著我們進入2021年，有一些影響市場的明顯因素將從2020年延續下來。大流行仍在肆虐，在疫苗得到廣泛分發之前，疫情很可能不會停止。這意味著，至少在今年上半年，2020年的商業實踐將以大致相同的方式進行。除此之外，還有其他一些環境因素將造成不確定性，包括英國脫歐將如何處理、新總統政府的影響以及貿易戰的影響。”

盡管如此，工程師和科學家在未來的工作地點和工作方式仍不確定。Xilinx的Peng說：“2020年的疫情在遠程工作、學習、醫療保健、娛樂、工廠運營等方面都是一個啟示。疫情將在2021年進一步加速這些趨勢，并推動新的創新和商業模式。更籠統地說，我們將見證從端點到邊緣和云的普及，以及互聯智能的數字化加速對高性能、低延遲和自適應計算的需求，以及應對摩爾定律的終結。

責任編輯：haq