2021年半导体行业十大发展趋势，一窥未来

近年来，随着原材料生长发育、元器件制造等技术的不断提高，第三代半导体材料的性价比优势逐渐显现，并已开放应用销售市场:SiC元器件已用于汽车逆变器，GaN快速充电器也大量销售。国产替代仍然是2021年中国半导体产业发展趋势的主线任务，并将加速上、中、下游全产业链在关键商品行业和基本阶段的合作科技攻关。

2020年毕竟是历史时间刻写的一年。新冠肺炎肺炎疫情席卷全球。许多领域在停滞不前重启后按住了加速键。新技术的应用和应用层出不穷。5G工业化商业、电子计算机框架对外开放、圆晶异构化集成等一系列自主创新推广接踵而至。

高新技术没有界限，自主创新永无止境。进入新的2021年，半导体产业在哪里首先上升？自主创新的发展趋势对产业链有什么推动作用？

仰望星空，眺望尖端科技的动态性，稳步规划发展趋势。高新技术自立几乎不是空谈，只有把握发展趋势的全局观念，才能更好地进行下一场战斗。经过整理，慧聪电子网梳理了2021年半导体行业十大发展趋势，一窥未来。

1、第三代半导体器件大爆发。

以氮化镓(GaN)和碳碳复合材料(SiC)为代表的第三代半导体材料，具有耐热、耐高压、高频、大功率、抗辐射等优异特点，但受加工工艺、成本等因素的限制，多年来仅限于小规模应用。近年来，随着原材料生长发育、元器件制造等技术的不断提高，第三代半导体材料的性价比优势逐渐显现，并已开放应用销售市场:SiC元器件已用于汽车逆变器，GaN快速充电器也大量销售。未来五年，根据第三代半导体器件的电子元器件，将广泛应用于5G基站、新能源汽车、特高压输电、大数据中心等场景。

2、Arm框架CPU全方位渗透。

Arm发布了专门针对下一代从头到尾在线笔记本的Cortex-A78CCPU，可以应用8个大核心，L3缓存文件可以提升到8MB。基于Cortex-A78C的CPU集成ic将成为x86构架CPU在PC销售市场上的强大竞争者，iPhoneMac计算机上全方位选择基于Arm构架的CPU将推动大量Arm势力ic设计制造商涉足PC销售市场，包括ADS5203IPFB高通芯片、华为和三星。甚至x86势力的AMD听说也在开发设计基于Arm的CPU集成ic，而amazonAWS则在网络服务器销售市场上推动Arm构架CPU的提升。就大数据处理(HPC)而言，根据Arm构架的高性能计算机富岳(Fugaku)在全球Top500中名列前茅。

3、国内替代成为发展趋势的主要任务。

尽管受到新冠状肺炎疫情和英国打击等不利条件的影响，2020年我国半导体产业或保持了较高的发展趋势增长速度，预计全年完成收益超过8000亿元，年增长率接近20%，进口状况预计也将超过3000亿美元，而设计行业则是一个快速发展的阶段。国产替代仍然是2021年中国半导体产业发展趋势的主线任务，并将加速上、中、下游全产业链在关键商品行业和基本阶段的合作科技攻关。

英国对中国贸易的打击将在2021年进入缓解期。据估计，华为将在2021年部分修复smc、高通芯片、MTK等国际供应链管理合作伙伴在非优秀技术和商品方面的合作。在半导体行业没有大的系统风险和变化的情况下，中国半导体材料2021年全年增长率在20%以上应该是大概率事件，整体产业链运营规模有望超过万亿。

4、整个集成电路焦虑不安。

目前，生产能力提供的焦虑引起的断货价格上涨似乎已经遍及该领域的许多阶段。从代工生产到封装到设计方案，都是以转移成本为由，与客户协商提高价格。一方面，大国关系的下一个演变方向还不清楚；另一方面，急需的8寸生产能力很可能在短时间内没有大规模生产，所以2021年至少第三季度会持续生产能力焦虑。预计全球半导体材料生产能力焦虑情况将持续到2021年，甚至8寸生产能力可能会持续到2022年。

5、3nm加工工艺连接点差异增加。

从7nm工艺开始，tsmc和三星Foundry=线路演变差异较大。比如三星7nm(7LPP)更早选择EUV(极紫外线)，5nm和4nm作为半代加工工艺；tsmc在7nm自身演变(N7/N7P/N7+)后，也逐渐更新了5nm的关键加工工艺。2020年4月，tsmc发布了3nm加工工艺(N3)的实际信息。

N3是N5加工工艺后再次宣布迭代更新，预计晶体三极管相对密度将增加1.7倍(模块级相对密度在290MTr/mm左右)，与N5相比，其特性将增加50%，功能损耗将减少30%。2021年，tsmcN3加工工艺的风险生产计划将从2022年第三季度开始逐步量产。充分考虑原始性、功能损失和成本问题，tsmc表示，N3仍将选择传统的FinFET结构，但其3nm加工工艺本身的发展仍有机会选择GAAFET技术。

6、系统软件级封装(SiP)很受欢迎。

集成电路芯片技术的发展趋势可能经历了四个环节:第一阶段是插座元件(DIP/PGA)；第二阶段是表面贴片(SMT)；第三阶段是总面积阵列封装(BGA/CSP)；第四阶段是高密度系统软件级封装(SiP)。目前，世界半导体封装的流行技术已经进入第四阶段，SiP、PoP、Hybrid等关键封装技术已经大规模应用，部分高端封装技术已经逐渐向颗粒(Chiplet)方向发展。SiP封装已经从单双面封装迁移到两面封装，预计2021年两面封装SiP可能会流行，到2022年可能会出现双三维SiP产品。

7、FPGA打造AI网络加速器。

自20世纪80年代Altera和Xilinx开启FPGA以来，FPGA已经经历了几波巨大的变化。除了原有的可编程控制器协调能力，数据连接和数据传输功能使FPGA成为云计算技术和大数据中心必不可少的海量信息控制部件，尤其是深度学习/AI、网络加速器和计算存储对FPGA的要求很高，如SmartNIC、百度搜索引擎网络加速器、AI逻辑推理模块等。

新的边缘计算将掀起新的FPGA需求浪潮，包括5G基站和电信网络基础设施建设、边缘网关ip和无线路由器、物联网移动智能终端等。无人驾驶、智能车间、新智能城市和交通旅游将进一步改进和扩展驱动FPGA的应用。

8、PC CPU特性飞跃。

PC CPU在不断爬行十几年后，实际上在颠覆性创新放缓的时候，特性和效率都有了很大的提高，这在半导体行业是非常有价值的。即便如此，直到2020年第三季度才有10nmSuperFin加工工艺，以及Skylake微型框架延长多年的大情况，让IntelPCPU特性和高效率领先十几年的神话传说在2020年结束。对于消费者来说，PCPU难能可贵地发生了2-3年的特性，推动了小高潮，预计这一发展趋势将推动1-2年。

9、碳基技术加速了柔性电子的发展趋势。

碳基材料作为制造软机械设备的关键原材料，将摆脱实验室，制造出可以随意伸缩弯曲的柔性电子机械设备。比如用这种原材料制成的电子皮肤，不仅机械设备的特点类似于真实皮肤，还具有外部自然环境的认知功能。柔性电子是指经过扭曲、伸缩、拉申等外观变化后仍保持原有特性的电子产品，可用作智能可穿戴设备、电子皮肤、柔性屏幕等。

柔性电子发展趋势的关键短板取决于原材料——现阶段的软原材料，或者软不够容易失效，或者电气性能比不上硬硅电子设备。近年来，碳基原材料的技术进步为柔性电子提供了更强的原材料选择:纳米碳管的碳基软原材料质量已经达到大规模集成电路芯片的生产要求，原材料生产的电源电路特性超过同规格下的硅基电源电路；另一种碳基软原材料石墨烯材料的大规模生产也已经完成。

10、数据处理方法完成智力进化

随着云计算技术的发展趋势和数据信息管理规模的不断指数级增长，传统的数据处理方法面临着存储成本增加、集群管理方法复杂、日常任务测量多样化等巨大挑战。为了应对大量数据信息管理规模和复杂多样化的解决方案，人力管理方法和系统软件优化困难。因此，根据智能系统方法完成数据信息智能管理系统的全自动推广已经成为未来数据处理方法发展趋势的必然趋势。

人工智能技术和深度学习方式逐渐广泛应用于智能系统的热冷数据信息水平、异常检测、智能模型、资源激励、主要参数调整、压力测量转换、数据库索引强烈推荐等行业，合理降低数据信息测量、解决、存储、运输管理的管理成本，实现数据管理系统的“自治与自我进化”。