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    2020年畢竟是歷史時間刻寫的一年。新冠肺炎肺炎疫情席卷全球。許多領域在停滯不前重啟后按住了加速鍵。新技術的應用和應用層出不窮。5G工業化商業、電子計算機框架對外開放、圓晶異構化集成等一系列自主創新推廣接踵而至。

高新技術沒有界限，自主創新永無止境。進入新的2021年，半導體產業在哪里首先上升？自主創新的發展趨勢對產業鏈有什么推動作用？

仰望星空，眺望尖端科技的動態性，穩步規劃發展趨勢。高新技術自立幾乎不是空談，只有把握發展趨勢的全局觀念，才能更好地進行下一場戰斗。經過整理，慧聰電子網梳理了2021年半導體行業十大發展趨勢，一窺未來。

1、第三代半導體器件大爆發。

以氮化鎵(GaN)和碳碳復合材料(SiC)為代表的第三代半導體材料，具有耐熱、耐高壓、高頻、大功率、抗輻射等優異特點，但受加工工藝、成本等因素的限制，多年來僅限于小規模應用。近年來，隨著原材料生長發育、元器件制造等技術的不斷提高，第三代半導體材料的性價比優勢逐漸顯現，并已開放應用銷售市場:SiC元器件已用于汽車逆變器，GaN快速充電器也大量銷售。未來五年，根據第三代半導體器件的電子元器件，將廣泛應用于5G基站、新能源汽車、特高壓輸電、大數據中心等場景。

2、Arm框架CPU全方位滲透。

Arm發布了專門針對下一代從頭到尾在線筆記本的Cortex-A78CCPU，可以應用8個大核心，L3緩存文件可以提升到8MB。基于Cortex-A78C的CPU集成ic將成為x86構架CPU在PC銷售市場上的強大競爭者，iPhoneMac計算機上全方位選擇基于Arm構架的CPU將推動大量Arm勢力ic設計制造商涉足PC銷售市場，包括ADS5203IPFB高通芯片、華為和三星。甚至x86勢力的AMD聽說也在開發設計基于Arm的CPU集成ic，而amazonAWS則在網絡服務器銷售市場上推動Arm構架CPU的提升。就大數據處理(HPC)而言，根據Arm構架的高性能計算機富岳(Fugaku)在全球Top500中名列前茅。

3、國內替代成為發展趨勢的主要任務。

盡管受到新冠狀肺炎疫情和英國打擊等不利條件的影響，2020年我國半導體產業或保持了較高的發展趨勢增長速度，預計全年完成收益超過8000億元，年增長率接近20%，進口狀況預計也將超過3000億美元，而設計行業則是一個快速發展的階段。國產替代仍然是2021年中國半導體產業發展趨勢的主線任務，并將加速上、中、下游全產業鏈在關鍵商品行業和基本階段的合作科技攻關。

英國對中國貿易的打擊將在2021年進入緩解期。據估計，華為將在2021年部分修復smc、高通芯片、MTK等國際供應鏈管理合作伙伴在非優秀技術和商品方面的合作。在半導體行業沒有大的系統風險和變化的情況下，中國半導體材料2021年全年增長率在20%以上應該是大概率事件，整體產業鏈運營規模有望超過萬億。

4、整個集成電路焦慮不安。

目前，生產能力提供的焦慮引起的斷貨價格上漲似乎已經遍及該領域的許多階段。從代工生產到封裝到設計方案，都是以轉移成本為由，與客戶協商提高價格。一方面，大國關系的下一個演變方向還不清楚；另一方面，急需的8寸生產能力很可能在短時間內沒有大規模生產，所以2021年至少第三季度會持續生產能力焦慮。預計全球半導體材料生產能力焦慮情況將持續到2021年，甚至8寸生產能力可能會持續到2022年。

5、3nm加工工藝連接點差異增加。

從7nm工藝開始，tsmc和三星Foundry=線路演變差異較大。比如三星7nm(7LPP)更早選擇EUV(極紫外線)，5nm和4nm作為半代加工工藝；tsmc在7nm自身演變(N7/N7P/N7+)后，也逐漸更新了5nm的關鍵加工工藝。2020年4月，tsmc發布了3nm加工工藝(N3)的實際信息。

N3是N5加工工藝后再次宣布迭代更新，預計晶體三極管相對密度將增加1.7倍(模塊級相對密度在290MTr/mm左右)，與N5相比，其特性將增加50%，功能損耗將減少30%。2021年，tsmcN3加工工藝的風險生產計劃將從2022年第三季度開始逐步量產。充分考慮原始性、功能損失和成本問題，tsmc表示，N3仍將選擇傳統的FinFET結構，但其3nm加工工藝本身的發展仍有機會選擇GAAFET技術。

6、系統軟件級封裝(SiP)很受歡迎。

集成電路芯片技術的發展趨勢可能經歷了四個環節:第一階段是插座元件(DIP/PGA)；第二階段是表面貼片(SMT)；第三階段是總面積陣列封裝(BGA/CSP)；第四階段是高密度系統軟件級封裝(SiP)。目前，世界半導體封裝的流行技術已經進入第四階段，SiP、PoP、Hybrid等關鍵封裝技術已經大規模應用，部分高端封裝技術已經逐漸向顆粒(Chiplet)方向發展。SiP封裝已經從單雙面封裝遷移到兩面封裝，預計2021年兩面封裝SiP可能會流行，到2022年可能會出現雙三維SiP產品。

7、FPGA打造AI網絡加速器。

自20世紀80年代Altera和Xilinx開啟FPGA以來，FPGA已經經歷了幾波巨大的變化。除了原有的可編程控制器協調能力，數據連接和數據傳輸功能使FPGA成為云計算技術和大數據中心必不可少的海量信息控制部件，尤其是深度學習/AI、網絡加速器和計算存儲對FPGA的要求很高，如SmartNIC、百度搜索引擎網絡加速器、AI邏輯推理模塊等。

新的邊緣計算將掀起新的FPGA需求浪潮，包括5G基站和電信網絡基礎設施建設、邊緣網關ip和無線路由器、物聯網移動智能終端等。無人駕駛、智能車間、新智能城市和交通旅游將進一步改進和擴展驅動FPGA的應用。

8、PC CPU特性飛躍。

PC CPU在不斷爬行十幾年后，實際上在顛覆性創新放緩的時候，特性和效率都有了很大的提高，這在半導體行業是非常有價值的。即便如此，直到2020年第三季度才有10nmSuperFin加工工藝，以及Skylake微型框架延長多年的大情況，讓IntelPCPU特性和高效率領先十幾年的神話傳說在2020年結束。對于消費者來說，PCPU難能可貴地發生了2-3年的特性，推動了小高潮，預計這一發展趨勢將推動1-2年。

9、碳基技術加速了柔性電子的發展趨勢。

碳基材料作為制造軟機械設備的關鍵原材料，將擺脫實驗室，制造出可以隨意伸縮彎曲的柔性電子機械設備。比如用這種原材料制成的電子皮膚，不僅機械設備的特點類似于真實皮膚，還具有外部自然環境的認知功能。柔性電子是指經過扭曲、伸縮、拉申等外觀變化后仍保持原有特性的電子產品，可用作智能可穿戴設備、電子皮膚、柔性屏幕等。

柔性電子發展趨勢的關鍵短板取決于原材料——現階段的軟原材料，或者軟不夠容易失效，或者電氣性能比不上硬硅電子設備。近年來，碳基原材料的技術進步為柔性電子提供了更強的原材料選擇:納米碳管的碳基軟原材料質量已經達到大規模集成電路芯片的生產要求，原材料生產的電源電路特性超過同規格下的硅基電源電路；另一種碳基軟原材料石墨烯材料的大規模生產也已經完成。

10、數據處理方法完成智力進化

隨著云計算技術的發展趨勢和數據信息管理規模的不斷指數級增長，傳統的數據處理方法面臨著存儲成本增加、集群管理方法復雜、日常任務測量多樣化等巨大挑戰。為了應對大量數據信息管理規模和復雜多樣化的解決方案，人力管理方法和系統軟件優化困難。因此，根據智能系統方法完成數據信息智能管理系統的全自動推廣已經成為未來數據處理方法發展趨勢的必然趨勢。

人工智能技術和深度學習方式逐漸廣泛應用于智能系統的熱冷數據信息水平、