第三代半導(dǎo)體SiC在人工智能中的應(yīng)用
2017年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)受到存儲器價格上揚(yáng)、虛擬貨幣高漲、數(shù)據(jù)中心與云端企業(yè)因應(yīng)人工智能(AI)應(yīng)用大幅采用繪圖處理器(GPU)，以及電競比賽普及等帶動，整體營收及獲利明顯增長，展望2018年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模仍將持續(xù)成長，盡管未必能夠再現(xiàn)2017年兩位數(shù)的增長幅度，但仍有不少科技發(fā)展將對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來正面影響，包括10納米制程、自駕車、5G、虛擬實(shí)境∕擴(kuò)增實(shí)境(VR/AR)等，其中又以AI發(fā)展備受業(yè)界矚目。
人工智能成新驅(qū)動力
2017年全球半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展勢頭十分強(qiáng)勁，在多方面實(shí)現(xiàn)了兩位數(shù)增長。據(jù)最新的統(tǒng)計(jì)顯示，2017年全球半導(dǎo)體市場總營收將會達(dá)到4111億美元，相較2016年增長19.7%，預(yù)計(jì)2018年半導(dǎo)體市場有望繼續(xù)創(chuàng)出新高。
2018年AI應(yīng)用將進(jìn)一步跨越各垂直領(lǐng)域范疇，并擴(kuò)大影響半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，不僅手機(jī)品牌大廠蘋果(Apple)、三星電子(Samsung Electronics)紛在智能手機(jī)中導(dǎo)入AI功能，全球無人機(jī)商用市場亦將在AI驅(qū)動下呈現(xiàn)大幅增長，而舉凡醫(yī)療、建筑等產(chǎn)業(yè)可望加速導(dǎo)入AI技術(shù)，借以提高效率與降低成本，這些都將帶動英特爾(Intel)、NVIDIA、Cypress等半導(dǎo)體廠獲利上揚(yáng)。
全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)朝向AI與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用發(fā)展，帶動半導(dǎo)體業(yè)者紛紛釋出2018年業(yè)績將強(qiáng)勁增長的訊號，由于AI芯片需要龐大的運(yùn)算能力，以因應(yīng)深度學(xué)習(xí)需求，使得市場對于強(qiáng)大的處理器需求攀升，透過采用NVIDIA GPU強(qiáng)化英特爾處理器運(yùn)算速度，執(zhí)行AI應(yīng)用任務(wù)。
根據(jù)預(yù)測，2018年人工智能將可擺脫2017年可分析數(shù)據(jù)不足的窘境，增強(qiáng)的算法能力將促使語音、圖像識別等技術(shù)不斷突破，將進(jìn)一步增加智能終端的附加價值，開拓更多元的智能化應(yīng)用。
人工智能帶來的挑戰(zhàn)
從銷售方面來看，2018 年由AI 帶來的成長關(guān)鍵包含單一產(chǎn)品所搭載的半導(dǎo)體數(shù)量上升、主要的半導(dǎo)體產(chǎn)品平均價格提升以及新的應(yīng)用終端穩(wěn)定放量。
從應(yīng)用面來看，車用、電動車或是先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)，引入越來越多的感測器與控制元件，語音助理帶出新的智能家庭使用情境與產(chǎn)品需求。
此外，智能手機(jī)導(dǎo)入多樣性的生物識別方案，對資料運(yùn)算、存儲與傳輸上的需求越來越高，也推升芯片升級需求，最明顯的是包括前三大的智能手機(jī)品牌廠、五大中高端手機(jī)芯片供應(yīng)商都提供與采用含AI 加速功能的IC 與應(yīng)用套件。
另一方面，無論是從AI 導(dǎo)入或是工業(yè)4.0 的角度來看，新的生產(chǎn)模式，正在重塑各半導(dǎo)體公司對有效產(chǎn)能的定義。
拓墣產(chǎn)業(yè)研究院指出，AI 正從兩種不同的路徑影響半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，一個是銷售機(jī)會，包含新的應(yīng)用帶來新產(chǎn)品與新技術(shù)，像是更多的感測器、數(shù)學(xué)加速器、存儲單元與通訊能力，落實(shí)服務(wù)、建設(shè)通訊骨干、并同步升級資料中心與伺服器。另一方面，則帶來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)方式的升級。
以智能汽車為例，智能汽車是車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、新能源技術(shù)融合的綜合系統(tǒng)，集環(huán)境感知、智能決策、控制執(zhí)行等功能于一體，集中運(yùn)用了傳感、通信、導(dǎo)航、處理、控制以及新能源等技術(shù)。多功能的實(shí)現(xiàn)需要借助多種類多數(shù)量的芯片。
隨著芯片數(shù)量的逐漸增多，汽車中電子元件的數(shù)量也呈爆發(fā)式增長，隨著而來的安全等方面的要求也與日俱增，這就迫使廠商在增加功能的同時重視汽車等安全性。
用全新的材料來替代原本的材料就成為勢在必行的事情。
以材料的革新帶動人工智能元器件的發(fā)明
SiC、GaN材料適合制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，能有效提高系統(tǒng)的效率，對發(fā)展“大智物移云”具有重要作用。
SiC和GaN 器件不會取代硅集成電路。2000 年度諾貝爾物理學(xué)獎獲得者阿爾費(fèi)羅夫即認(rèn)為：“化合物半導(dǎo)體并非要取代硅，但它能做硅半導(dǎo)體做不到的事情”。
未來，SiC、GaN 和硅將在不同的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮各自的作用、占據(jù)各自的市場份額。即便是電力電子器件，寬禁帶半導(dǎo)體材料也不可能完全替代硅，緣于應(yīng)用和市場還會細(xì)分，同時也要權(quán)衡材料與器件的成本和性價比。
以人工智能在汽車當(dāng)中的應(yīng)用為例，也就是智能汽車，也需要新的材料，尤其是SiC的支持。
在很多人工智能應(yīng)用當(dāng)中，隨著人工智能在功能，功耗等方面提出更高的要求，SiC正在某些領(lǐng)域加快取代Si產(chǎn)品的步伐。
作為SiC功率元器件的領(lǐng)軍企業(yè)的ROHM就曾表示，由于結(jié)構(gòu)的不同，SiC相對于Si在晶圓尺寸方面具有天然的優(yōu)勢，其元器件尺寸可減小為硅產(chǎn)品的1/2。
此外，由于SiC可以曾受高頻特性，無緣器件尺寸可減小為硅產(chǎn)品的1/10。另外，基于耐高溫特性，SiC可以采用風(fēng)冷形式，大幅度降低冷卻系統(tǒng)體積?？傮w而言，在高溫、高頻、高壓、熱導(dǎo)率、衰減電場特性方面，SiC相對于Si產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了全方面超越，這也是行業(yè)對其熱情不減的原因。
目前，ROHM在高壓方面，SiC功率器件已經(jīng)可達(dá)1700V，3300V-6500V樣品也已經(jīng)具備。未來，ROHM在SiC和GaN方面都將持續(xù)跟進(jìn)，為用戶提供全方位解決方案。
總結(jié)
汽車芯片引領(lǐng)全球半導(dǎo)體芯片市場增長。Gartner 數(shù)據(jù)顯示，汽車芯片 2016 年全球產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到 323 億美元，占全球芯片產(chǎn)業(yè)的 9.5%，2010 年以來增速一直優(yōu)于同期全球芯片市場的表現(xiàn)。
其中，隨著人工智能等全新技術(shù)進(jìn)入汽車領(lǐng)域，SiC、GaN 等新材料等應(yīng)用將成為一種趨勢，在滿足人工智能應(yīng)用等同時，保障整體的安全性，材料方面的突破是每個廠商都應(yīng)當(dāng)考慮的。
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