王曉明

摘要：認為ICT產(chǎn)業(yè)和半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展交互影響：ICT產(chǎn)業(yè)是中國半導體產(chǎn)業(yè)的核心市場方向，而半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將推動ICT加速融合。ICT產(chǎn)業(yè)浪潮將圍繞下一代信息技術，包括物聯(lián)網(wǎng)、超高速寬帶通信網(wǎng)絡，下一代移動通信（5G）、網(wǎng)絡與信息安全等。根據(jù)ICT產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，得出芯片架構軟件定義化、低功率、封裝技術先進化是半導體技術發(fā)展的主要趨勢。認為中國半導體產(chǎn)業(yè)面臨重大的機遇和挑戰(zhàn)，需要抓住新的產(chǎn)業(yè)機會，實現(xiàn)更大發(fā)展。

關鍵詞： 半導體；集成電路；信息通信技術；芯片架構；芯片封裝

Abstract： The development of the ICT industry and the semiconductor industry mutually influences each other： ICT industry is the core of Chinas semiconductor industry， while the development of semiconductor industry will promote the integration of ICT. The development of ICT industry will focus on the next generation of information technology， including the Internet of Things， ultrahigh-speed broadband communication network， next-generation mobile communication （5G）， and network and information security. Software-defined chip architecture， power efficiency， and advanced packaging technology are the main trends in semiconductor technology. We believe that Chinas semiconductor industry is facing great opportunities and challenges， and we need to seize the new opportunities and achieve greater development.

Key words： semiconductor； integrated circuit； information and communication technology （ICT）； chip architecture； chip package

芯片被喻為國家的“工業(yè)糧食”，是所有整機設備的“心臟”，普遍應用于計算機、消費類電子、網(wǎng)絡通信、汽車電子等幾大領域，起著“生死攸關”的重要作用。2014年全球半導體市場規(guī)模達3 200億美元，其中54%的芯片都出口到中國，但中國產(chǎn)芯片的市場份額只占10%。全球77%的手機是中國制造，但其中不到3%的手機芯片是中國產(chǎn)的。每年進口半導體需要消耗2 000多億美元，超過了石油和其他大宗商品，是中國第一大進口商品。而且，中國芯片產(chǎn)業(yè)長期被其他國家廠商控制，直接制約了中國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

研究數(shù)據(jù)表明，芯片產(chǎn)業(yè)1美元的產(chǎn)值，可以帶動信息產(chǎn)業(yè)10美元的產(chǎn)值和100美元的國內生產(chǎn)總值（GDP）。世界各國紛紛將芯片作為國家重點戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)來抓，美國、日本等發(fā)達國家通過大量的研發(fā)投入確保技術領先，韓國、新加坡和中國臺灣通過積極的產(chǎn)業(yè)政策推動集成電路產(chǎn)業(yè)取得飛速發(fā)展。2014年，中國也正式提出把集成電路產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略的發(fā)展方向，中國半導體迎來了騰飛的機遇。

1 半導體市場現(xiàn)狀和發(fā)展

趨勢

自1947年貝爾研究室發(fā)明第1個三極管開始，電子工業(yè)的不斷創(chuàng)新，推動了信息社會的蓬勃發(fā)展。1976年Intel創(chuàng)始人Gordon Moore預言：“集成芯片的晶體管數(shù)量大約每兩年可以翻一倍，伴隨集成度提升的是性能的提高?！焙髞磉@被稱為摩爾定律。如圖1所示，集成電路從晶體管（TTL），經(jīng)過NMOS到CMOS，由1971年的10 um工藝發(fā)展到2011年的28 nm，歷經(jīng)了15代，同時摩爾定律也經(jīng)歷了30多年實踐的驗證?？梢灶A測在2020年左右，CMOS工藝會達到5 nm，半導體即將進入后摩爾的時代 [1]。

半導體行業(yè)一直是現(xiàn)代科技的基礎，以集成電路（IC）為主的半導體產(chǎn)業(yè)也已經(jīng)成為了全球經(jīng)濟的重要支柱行業(yè)之一。據(jù)IBS統(tǒng)計，相比全球半導體市場規(guī)模的緩慢增長，中國已經(jīng)成為全球半導體增長最快的市場，到2014年達到了全球市場的一半以上，但是中國的IC設計業(yè)產(chǎn)值占全球市場的規(guī)模卻不到1/5，如圖2所示。中國IC設計業(yè)還有很大的發(fā)展空間，同時也需要面對更大的市場挑戰(zhàn)。

根據(jù)賽迪市場分析，如圖3所示，從2014年中國的半導體市場結構數(shù)據(jù)看到，半導體市場中與信息、通信和技術（ICT）直接相關（互聯(lián)網(wǎng)、計算機和消費電子）的市場規(guī)模占比達到85%以上，因此ICT相關產(chǎn)業(yè)是中國半導體產(chǎn)業(yè)的核心市場方向。

2 ICT產(chǎn)業(yè)和技術發(fā)展趨勢

隨著個人計算機和通信網(wǎng)絡這兩次產(chǎn)業(yè)浪潮的發(fā)展，使平行于物理世界的數(shù)字虛擬世界初具規(guī)模，而隨著IT和CT技術的進一步發(fā)展，尤其是在摩爾定律的推動下，所有的設備都慢慢地變得擁有計算能力，擁有聯(lián)網(wǎng)能力，因此隨著數(shù)字虛擬世界進一步的擴大和完善，虛擬世界與真實物理世界會有越來越多的連接，最終實現(xiàn)二者的融合。

自超大規(guī)模集成電路（VLSI）出現(xiàn)以來，它的快速發(fā)展就與整個電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展密切相關，如圖4所示。在20世紀90年代中期之前，IC的高速發(fā)展與IT產(chǎn)業(yè)浪潮相匹配，推動了以個人電腦為核心的IT設備的快速普及；接著，CT產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展繼續(xù)推動IC的第二次高速發(fā)展，半導體的這次高速發(fā)展保證了以通信和互聯(lián)網(wǎng)為核心的CT產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，尤其是促進了互聯(lián)網(wǎng)快速進入千家萬戶；而進入2010年以后，隨著ICT的融合，尤其是移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，基于移動通信網(wǎng)絡（M-ICT）的新的產(chǎn)業(yè)浪潮將席卷而來，意味著半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展即將迎來一輪新的發(fā)展高潮。

新的產(chǎn)業(yè)浪潮的發(fā)展趨勢是網(wǎng)絡移動化，網(wǎng)絡無處不在、無時不在，同時萬物互聯(lián)。新的產(chǎn)業(yè)浪潮的發(fā)展是ICT的融合，是物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的結合，它面對的是海量數(shù)據(jù)和信息的交流與處理，因此需要更高的通信帶寬，更智能化的移動網(wǎng)絡和終端，以及更安全的通信和信息，最終形成萬物互聯(lián)的智慧世界，更好地推動社會和經(jīng)濟的發(fā)展和進步。因此新的產(chǎn)業(yè)浪潮將圍繞下一代信息技術，包括物聯(lián)網(wǎng)（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)）、超高速寬帶通信網(wǎng)絡，下一代移動通信（5G）、網(wǎng)絡與信息安全等。

2.1物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是利用局部網(wǎng)絡或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術把傳感器、控制器、機器、人員和物等通過新的方式聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，實現(xiàn)信息化、遠程管理控制和智能化的網(wǎng)絡。通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知技術，廣泛應用于網(wǎng)絡的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第3次浪潮。

物聯(lián)網(wǎng)由終端、網(wǎng)絡與通信、云計算和物聯(lián)網(wǎng)應用組成。物聯(lián)網(wǎng)應用主要包括探測感知、智能家庭、智慧城市和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等幾大類應用方向。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是全球工業(yè)系統(tǒng)與高級計算、分析、感應技術以及互聯(lián)網(wǎng)連接融合的結果[3]。它通過智能機器間的連接并最終將人機連接，結合軟件和大數(shù)據(jù)分析，重構全球工業(yè)、激發(fā)生產(chǎn)力，讓世界更美好、更快速、更安全、更清潔且更經(jīng)濟。

“工業(yè)4.0”是德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術部在2013年漢諾威工業(yè)博覽會上提出的概念[5]。它是指以信息物理融合系統(tǒng)（CPS）為基礎，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡化、機器自組織為標志的第4次工業(yè)革命。

“工業(yè)4.0”或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)本質上是互聯(lián)網(wǎng)運動神經(jīng)系統(tǒng)的萌芽，互聯(lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)也就是云計算中的軟件系統(tǒng)控制著工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)設備、家庭的家用設備、辦公室的辦公設備，通過智能化、3D打印、無線傳感等技術使的機械設備成為互聯(lián)網(wǎng)大腦改造世界的工具。同時這些智能制造和智能設備也源源不斷地向互聯(lián)網(wǎng)大腦反饋大數(shù)據(jù)，供互聯(lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)決策使用。

物聯(lián)網(wǎng)的核心技術包括感知和識別技術，如各類傳感器、指紋識別等；通信和網(wǎng)絡技術，如移動通信、Wi-Fi、寬帶通信網(wǎng)絡等；大數(shù)據(jù)處理技術，針對海量數(shù)據(jù)的處理和挖掘，創(chuàng)造價值。

根據(jù)Gartner預測，未來10年，物聯(lián)網(wǎng)將全面超過移動互聯(lián)網(wǎng)和個人電腦，成為最大的半導體市場[4]。

2.2網(wǎng)絡通信技術

軟件定義網(wǎng)絡（SDN）是一種新型網(wǎng)絡創(chuàng)新架構，是網(wǎng)絡虛擬化的一種實現(xiàn)方式，其核心技術OpenFlow通過將網(wǎng)絡設備控制面與數(shù)據(jù)面分離開來，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡流量的靈活控制，使網(wǎng)絡作為管道變得更加智能。

SDN將網(wǎng)絡的智能從硬件轉移到軟件，用戶不需要更新已有的硬件設備就可以為網(wǎng)絡增加新的功能。這樣做簡化和整合了控制功能，讓網(wǎng)絡硬件設備變得更可靠，還有助于降低設備購買和運營成本?？刂破矫婧蛿?shù)據(jù)平面分離之后，廠商可以單獨開發(fā)控制平面，并可以與ASIC、商業(yè)芯片或者服務器技術相集成。

第5代移動通信系統(tǒng)（5G）是3G和4G的延伸。3G和4G移動通信技術是互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)驅動的。 那么5G是什么驅動的呢？互聯(lián)網(wǎng)對更大容量數(shù)據(jù)的需求仍然是一個主要驅動力，特別在亞洲國家，極高的城市人口密度對網(wǎng)絡容量構成了嚴重的挑戰(zhàn)。同時基于物流網(wǎng)的智能電網(wǎng)、智能家居、智能城市等物與物間新型通信業(yè)務和數(shù)據(jù)服務不斷涌現(xiàn)是推動5G出現(xiàn)的另一股動力。同時未來的5G網(wǎng)絡要比現(xiàn)在的網(wǎng)絡具有更高的能量效率。

現(xiàn)在暫時還無法給出5G的完整定義，但是一般公認5G要滿足以下這些要求：

·用戶體驗速度（非理論速度）要達到1～10 Gbit/s

·端到端時延要達到1 ms級

·設備連接數(shù)量增加10～100 倍

·能耗減低90%。

因此未來5G網(wǎng)絡需要更高的網(wǎng)絡帶寬，更高的信息處理能力，更大的通信容量，更靈活的網(wǎng)絡結構，以及更低的系統(tǒng)能耗。這些都對5G系統(tǒng)和終端用的芯片也提出了更高的要求。

2.3網(wǎng)絡和信息安全

網(wǎng)絡和信息安全是指網(wǎng)絡系統(tǒng)的硬件、軟件及其系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)受到保護，不受偶然的或惡意的破壞、更改、泄露，系統(tǒng)能夠連續(xù)可靠正常地運行，網(wǎng)絡和信息服務不中斷，最終實現(xiàn)業(yè)務連續(xù)性。

網(wǎng)絡和信息安全的目的是希望網(wǎng)絡系統(tǒng)和系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)實現(xiàn)可管、可控、可信。

隨著“棱鏡門”、“監(jiān)聽門”等事件的出現(xiàn)，暴露出中國在某些領域的核心技術的缺失，為中國信息安全領域的布局敲響了警鐘。安全問題將成為未來網(wǎng)絡的核心要素。隨著國家信息安全的重要性被提升到戰(zhàn)略高度，信息安全建設已經(jīng)成為刻不容緩且必須大力投入的重點項目，從芯片級解決網(wǎng)絡和信息安全問題已經(jīng)成為共識，真正做到“自主可控”對網(wǎng)絡信息安全有著更重要的意義。

3半導體技術發(fā)展趨勢

前述的ICT的市場、產(chǎn)品和技術發(fā)展趨勢，對半導體尤其是芯片設計提出了新的、更高的要求。芯片設計技術也需要不斷發(fā)展來適應和支撐ICT產(chǎn)業(yè)的更快發(fā)展。半導體技術有著以下一些發(fā)展趨勢。

3.1軟件定義化的芯片架構

ICT融合從SDN開始，并迅速呈現(xiàn)燎原之勢。從SDN到軟件定義存儲（SDS），再到軟件定義無線電（SDR），可以說ICT的融合就是對原有專用設備和專用通信網(wǎng)絡的通用化，軟件定義化的過程。如圖5所示，ICT融合的最終結果使ICT融合的架構變成基礎通信硬件/專用集成電路（ASIC）+通用CPU。

和可軟件化的ICT產(chǎn)品架構類似，芯片的架構也越來越向可軟件化方向發(fā)展，目前軟件可定義化的可重構的芯片架構正在成為主流。軟件定義化的芯片架構本質上還是系統(tǒng)級芯片架構（SOC），如圖6所示。

軟件定義化的芯片架構主要組成部分包括處理器、片上互連、存儲以及安全、通用的ICT功能模塊和通用標準接口等。下面簡單介紹這些部分的發(fā)展趨勢。

·處理器：處理器虛擬化能力將會進一步增強。

虛擬化是指在同一個物理處理器上提供多種軟件執(zhí)行環(huán)境的技術?？稍谕籆PU上虛擬出安全和標準兩種執(zhí)行環(huán)境，未來安全和通用雙操作系統(tǒng)會是產(chǎn)品安全解決方案趨勢之一。虛擬監(jiān)控程序是一種非中斷方式實現(xiàn)工作負載遷移能力的超級管理程序，它在執(zhí)行時，會給每一個虛擬機分配適量的CPU、內存等資源，并加載所有虛擬機的客戶操作系統(tǒng)，可真正實現(xiàn)多操作系統(tǒng)和應用共享同一套物理硬件，是虛擬化技術的核心。

·互連：總線互連向網(wǎng)絡互連（NOC）、一致性互連發(fā)展。

隨著處理器核和外設數(shù)量的增加，系統(tǒng)各個設備間的互聯(lián)變得越來越復雜，傳統(tǒng)的總線matrix的結構已經(jīng)不能滿足性能、帶寬的需求，正逐步向NoC網(wǎng)絡結構發(fā)展。同時多核間的數(shù)據(jù)一致性維護也對互連提出了新的需求，內置一致性維護模塊的互連網(wǎng)絡可通過硬件方式保證各個節(jié)點間的數(shù)據(jù)一致性，同時還減少了由于數(shù)據(jù)一致性所需的額外存儲的訪問，從而可以為提高系統(tǒng)性能和降低系統(tǒng)功耗提供有力保障。

·存儲：集中存儲向多通道存儲發(fā)展。

最新的雙重數(shù)據(jù)比率（DDR 4）/低功率雙重數(shù)據(jù)比率（LPDDR 4）速度可以超過3 200 Mbit/s。即使是這樣的速度，以往的集中式存儲方式，依然會引起DDR訪問數(shù)據(jù)的阻塞，這種情況下，只能采用雙通道DDR方式來提升存儲帶寬。雙通道，就是芯片可以在兩個相互獨立的數(shù)據(jù)通道上分別尋址、讀取數(shù)據(jù)，這在架構設計上不僅僅需要系統(tǒng)中有兩個DDR控制器。通常情況下，系統(tǒng)還需要有相應的interleave機制，來對訪問DDR的操作進行自動拆分，從而緩解單路DDR的帶寬壓力，有效提升系統(tǒng)性能。

·安全：數(shù)據(jù)安全向環(huán)境安全不斷發(fā)展。

信息安全日趨重要，軟件定義化的架構越來越注重安全設計，安全已經(jīng)不是普通意義上的數(shù)據(jù)加密，而是要構建安全的執(zhí)行環(huán)境。軟件定義化架構安全設計的趨勢是支持安全可信執(zhí)行環(huán)境（TEE）。通過系統(tǒng)架構上的硬件隔離、總線訪問控制構建可信區(qū)域，在硬件可信區(qū)域上實現(xiàn)軟件隔離和安全操作系統(tǒng)，在可信環(huán)境中管理敏感資產(chǎn)和密鑰、執(zhí)行關鍵應用，并集成高性能的加解密算法。

·通用ICT功能模塊：兼容通信功能，可軟件定義。

通用ICT功能模塊圍繞著軟件定義化的結構，更多的是突出基本的功能，通過軟件定義來實現(xiàn)完整的系統(tǒng)功能。通用的ICT功能包括編解碼、圖像視頻處理、信號處理等功能。它不一定是純粹的ASIC硬件模塊，也可能是具備一定專用功能的處理器，如圖形處理器（GPU）、數(shù)字信號處理（DSP）等。

·通用接口：向高速、高帶寬的方向發(fā)展。

DDR 4、USB 3.0、10 G以上Serdes接口在各種芯片中成為標配，一方面應用場景的復雜使得數(shù)據(jù)交互量越來越多，而且對數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫笤絹碓礁撸煌瑫r半導體工藝的演進也保證了有相應的技術來支撐數(shù)據(jù)交互加速的需求。

需要指出，芯片的架構設計已經(jīng)從傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計演化到定量評估，從單一的硬件性能/功能設計推進到軟硬件協(xié)同設計。此外低功耗設計也成為架構設計的重要組成。

3.2低功耗技術

近年來，隨著芯片先進工藝、高集成度、復雜IP、先進SOC技術的發(fā)展，出現(xiàn)了各種采用低功耗技術的芯片。手機芯片“核戰(zhàn)”此起彼伏，僅用兩年時間就實現(xiàn)了從單核到八核芯片的跨越，處理器從32位走到64位；復雜的多媒體技術，經(jīng)過不斷發(fā)展，實現(xiàn)了高清顯示和高清攝影，一次次刷新著眼球；物聯(lián)網(wǎng)的火熱發(fā)展，帶動各種低功耗微控制單元（MCU）芯片及相關的應用層出不窮?？v觀這些SOC芯片，低功耗技術在其中扮演了重要的角色，從表及內我們來看看低功耗技術的一些發(fā)展趨勢。

·低功耗的互聯(lián)技術

為了實現(xiàn)低功耗的數(shù)據(jù)交互，各種標準化組織和公司提出了各種各樣的通信技術。大家熟悉的蜂窩無線通信2G/3G/4G/5G技術，已經(jīng)實現(xiàn)了從幾kbit/s到幾百Mbit/s的速率連接?，F(xiàn)在大量涌現(xiàn)的Bluetooth、Wi-Fi、Zigbee技術，已經(jīng)實現(xiàn)了更低功耗和更加便捷的互聯(lián)互通。其他低功耗連接技術，也實現(xiàn)了民用、商用到工業(yè)使用的功能各異的萬物互聯(lián)需求。通過制訂標準化的互聯(lián)協(xié)議技術，規(guī)范產(chǎn)品接口，這些低功耗連接技術實現(xiàn)了各種不同功能的設備可以互聯(lián)互通。這些低功耗連接技術，通過減少設備之間的信令交互，簡化設備接入方式，減少設備連接在網(wǎng)的時間，延長設備睡眠的時間，通過這些方式減少設備的功耗?？梢灶A見，低功耗互聯(lián)技術和應用會有很大的發(fā)展。

·低功耗實現(xiàn)技術

為了有效降低功耗，在芯片設計中通常會使用時鐘門控、多閾值設計、多電壓設計、電源門控、動態(tài)頻率調整（DFS）、動態(tài)電壓頻率調整（DVFS）、自適應電源調整（AVS）、低功耗memory技術。芯片動態(tài)功耗中，時鐘樹的動態(tài)功耗通常達到40%以上。時鐘門控技術根據(jù)系統(tǒng)工作的情況，動態(tài)門控系統(tǒng)時鐘，可以有效減少芯片的動態(tài)功耗。多閾值設計是指采用具有不同閾值門限的庫單元，在滿足時序要求的前提下，盡量降低電路的漏電功耗。通常的電路電壓越高性能越好，采用多電壓設計技術是為了在滿足高速率電路性能的前提下，可以降低低頻電路的電壓，以此達到降低功耗的目地。電源門控技術，是根據(jù)電路的工作特性，當部分電路不需要工作時，關閉該部分電路的電源，降低電路的漏電功耗。DFS設計，是根據(jù)系統(tǒng)的性能需求，軟件動態(tài)調整電路的工作頻率，降低電路的功耗。DVFS設計，在DFS設計的基礎上，軟件根據(jù)系統(tǒng)性能需求，可以動態(tài)調整電路的工作頻率和工作電壓，以此達到降低動態(tài)功耗的要求。相比DFS、DVFS技術，AVS技術更加智能、高效地降低功耗。AVS技術可以自動檢測芯片的性能，實現(xiàn)動態(tài)自適應調整芯片的工作電壓。低功耗memory技術，是根據(jù)memory的工作狀況，采用本體偏置的方式降低漏電功耗，或者采用多電源的設計降低memory的漏電功耗。這些低功耗實現(xiàn)技術，通過在芯片設計中的使用，能夠有效地解決芯片設計中的功耗問題，被越來越多的設計所采用。

·工藝的提升

隨著芯片的工藝制程從65 nm、40 nm到28 nm，再到16 nm/14 nm，乃至10 nm，每次工藝的更新都會有效地降低電路的尺寸和核心電壓，減少電路的尺寸，伴隨而來的是芯片功耗持續(xù)減少。TSMC、Intel、三星等Foundary廠商，正在不遺余力地加快更先進工藝的研發(fā)工作。雖然28 nm工藝剛剛普及，但是16 nm工藝已經(jīng)開始實現(xiàn)量產(chǎn)，14 nm以至于10 nm工藝都已經(jīng)開始試產(chǎn)， 7 nm的工藝也已經(jīng)開始研發(fā)。

·EDA工具的支撐

為了支持低功耗設計實現(xiàn)，電子設計自動化（EDA）工具廠商提出了不同的解決方案。EDA廠商在提供各自設計流程的同時，還在各自的硬件仿真器上支持低功耗功能。比如Synopsys的Zebu支持UPF，可以在硬件仿真器上實現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗設計，調試低功耗的軟硬件功能；Cadence的PXP支持CPF，實現(xiàn)低功耗的驗證和調試功能。

EDA廠商在構建完整的低功耗設計流程后，方便IC設計者從系統(tǒng)設計、實現(xiàn)、驗證、調試等不同層面實現(xiàn)低功耗的功能，加快了低功耗設計的實現(xiàn)進度，并且保證了低功耗設計的質量。

·低功耗軟硬件控制策略

隨著低功耗功能的復雜化，如何有效地劃分低功耗硬件和軟件功能變得更加復雜。傳統(tǒng)的低功耗實現(xiàn)，硬件占據(jù)主導地位，軟件只需要實現(xiàn)簡單的功能配置既可。隨著SOC集成度的增加，各種不同系統(tǒng)功能集成到一顆芯片上，使得系統(tǒng)功耗的管理變得更加復雜?，F(xiàn)在的SOC芯片，呈現(xiàn)出多核異構系統(tǒng)、多操作系統(tǒng)、應用模式、管理方式共存的局面，有效劃分各個子系統(tǒng)功耗控制功能，劃分軟硬件的功能。以最小代價實現(xiàn)低功耗并且對功耗控制性能最佳的方式變得尤為重要。低功耗軟硬件控制策略的實現(xiàn)，需要耗費大量的系統(tǒng)人員的精力，在不同的方案間進行取舍，設計出滿足系統(tǒng)的最優(yōu)方案。

·低功耗的設計架構

為了實現(xiàn)更低的系統(tǒng)功耗，在架構設計初期就要考慮低功耗的需求。通常低功耗架構設計時，需要考慮到芯片的工作模式、電源分區(qū)的實現(xiàn)、時鐘復位的考慮、子系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)交互方式、低功耗軟件實現(xiàn)、低功耗方案的可實現(xiàn)性、低功耗方案的可測試性、低功耗方案的驗證等一系列因素。設計好的方案，還需要進行一系列的功耗評估工作，進行系統(tǒng)工作場景的功耗分析和功耗統(tǒng)計，從各種設計因素對方案進行優(yōu)化和改進，最終完善低功耗架構。

3.3先進封裝技術

隨著半導體工藝從摩爾時代進入后摩爾時代，單純縮減Si工藝尺寸來提高芯片的集成度以減小芯片面積趨于極限，先進封裝技術不斷發(fā)展變化以適應各種半導體新工藝和材料的要求，同時應對成本、性能和高集成度挑戰(zhàn)，如圖7所示。

芯片性能越來越高，管腳數(shù)量越來越多，傳統(tǒng)的包括方形扁平無引腳封裝（QFN）、方型扁平式封裝技術（QFP）、球陣列封裝（BGA）在內的封裝技術無法滿足高性能芯片對電性能和抗電磁干擾，因此發(fā)展出電磁抗干擾能力強并導電性強及散熱性能高的倒裝封裝技術（FC）。

手機等終端消費產(chǎn)品的低成本要求越發(fā)強烈，而國際金價一直保持高位，因此低成本的銅線工藝封裝已經(jīng)大規(guī)模應用在消費類芯片中，成本和性能都有明顯的優(yōu)勢。

當前電子產(chǎn)品總的發(fā)展趨勢是小型化、高性能化、智能化。同時電子產(chǎn)品的迭代速度也在不斷加快，因此需要半導體產(chǎn)品設計周期短、功能集成度高、性能強大。為了實現(xiàn)多個功能模塊內部互聯(lián)，簡化產(chǎn)品系統(tǒng)設計，降低系統(tǒng)成本，越來越多的多die封裝如堆疊封裝（PiP）、層疊封裝（PoP）、系統(tǒng)級封裝（SiP）、裸晶片PiP等先進封裝形式己廣泛應用手機，穿戴及終端產(chǎn)品中。

另外為減小封裝面積，降低器件重量及能耗，提高系統(tǒng)速度，封裝形式從2D的平面封裝逐步轉向晶片堆疊、扇出、2.5維中介層和3維硅通孔技術（3D TSV3）的PoP、SiP，目前這些技術己逐步應用在相關領域芯片[5]。

4結束語

半導體工藝和技術的發(fā)展使得芯片變得越來越小型化，高性能、低成本、低功耗和智能化的芯片產(chǎn)品會越來越多。半導體技術和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢集中體現(xiàn)在：

·半導體在M-ICT這一融合化的發(fā)展趨勢下，面對更多新的技術挑戰(zhàn)和創(chuàng)新，以及技術和市場方向。

·跨界已經(jīng)無所不在，芯片設計也面臨著各種產(chǎn)品和技術的融合，尤其是通信功能已經(jīng)逐漸成為芯片中必備的功能。

·軟件可定義化對芯片設計帶來了更多架構上的挑戰(zhàn)和沖擊，同時圍繞新的芯片架構下的低功耗設計是該結構能夠成功應用的關鍵。

·芯片小型化、智能化發(fā)展使得適應多種場景，實現(xiàn)多種功能的芯片逐漸成為主流，單一功能的芯片日益邊緣化，因此滿足快速推出芯片的先進封裝技術成為半導體的熱點。

半導體是ICT產(chǎn)業(yè)的基石，半導體技術和產(chǎn)品發(fā)展趨勢與ICT產(chǎn)業(yè)交互影響，它的發(fā)展趨勢將推動ICT加速融合。中國現(xiàn)正在圍繞ICT融合推動“互聯(lián)網(wǎng)+”、“工業(yè)4.0”等國家戰(zhàn)略，半導體產(chǎn)業(yè)面臨重大的機遇和挑戰(zhàn)。抓住移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來的新的產(chǎn)業(yè)機會，能夠使中國半導體產(chǎn)業(yè)尤其是芯片設計實現(xiàn)更快的發(fā)展，從而實現(xiàn)中國芯，全球夢。

參考文獻

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[3] 何為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的真正概念[EB/OL].http：//www.iot-online.com/xingyeyingyong/si/2013/0730/24460.html， 2013-07-30

[4] 西門子描繪“工業(yè)4.0”路線圖，助力中國向工業(yè)強國轉型[EB/OL]. http：//www.gongkong.com/news/201501/320852.html

[5] 淺析物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的核心技術[EB/OL]. http：//www.enet.com.cn/article/2012/0604/A20120604118345.shtml， 2012-06-04