5G应用将推动半导体产业发展

过去一年，随着5G无线网路在世界许多地区加速部署，让电信设备供应商与5G手机制造商因此获益；此趋势可望在未来一年继续为晶片业者提供利润丰厚的市场新商机。在过去一年，随着5G无线网路在世界许多地区加速部署，让电信设备供应商与5G手机制造商因此获益；此趋势可望在未来一年继续为晶片业者提供利润丰厚的市场新商机。
包括记忆体与储存阵列领域的领先半导体业者和零组件供应商，也聚焦于5G市场扩大带来的商机，着手设计、制造能够在新频率运作的无线装置；相较于前几代的蜂巢式通讯技术，那些新装置还要能处理并储存更多资料。
晶片产业老将、美光(Micron)行动事业部门总经理Raj Talluri就表示：“5G的推出对我们公司和整个半导体产业来说都是一件大事。”
Micron和其他晶片制造商面临的挑战，会是为两个不同市场类别寻找解决方案：在满足网路基础设施供应商需求之同时，也要为消费者开发智慧装置与新应用。而能以比过去快200倍的速度传输大量资料的技术，将实现更多的创新。
到目前为止，大部分焦点都集中在高阶手机所需的强化功能；但可以说，更大的商机是满足由5G促成的新兴需求——例如当红物联网(IoT)和工业物联网(IIoT)，两者都催生多种应用，如自动驾驶车辆、连网医疗照护、机器对机器通讯，以及从农业到智慧城市等各种应用中无处不在的智慧感测器。
实现这一切的是5G NR标准，它开放了从sub-GHz频率到28~41GHz的更多频段；这些频率大幅提高了可靠性和超低延迟。而能以更高速率传送和接收资料的射频IC，通常会以三五族化合物半导体(III-V compound semiconductor)材料为基础，例如氮化镓、砷化镓。5G的崛起到目前为止也代表着半导体产业一个子领域的重大商机。
记忆体制程微缩
满足5G应用需求也会需要又一个回合的半导体制程微缩，特别是记忆体元件。根据顾问机构Accenture的报告，5G需求将带动对基线(baseline)记忆体需求的增加，以处理大量资料。该报告建议的一种创新晶片策略，是使用嵌入式晶片为5G平台增加价值。晶片制造商还可以探索更大的系统级商机，利用专属、客制化的晶片组合，来掌握更大的5G市场占有率。
随着新应用的出现，IC制造商还必须提高相关技术的专业知识和能力。如微机电系统(MEMS)、感测器和软性显示器等领域，既是技术挑战也是商机。相关需求包括提升性能、更高的可靠性，和更大量生产元件的能力。因此，半导体产业必须考虑不断演变的投资优先性，例如放弃传统元件渐进式改良的模式。
投入5G领域竞争，晶片业者必须考量元件的潜在应用案例，同时判断来自新兴、资料驱动应用的客户群。越来越多5G晶片创新者将不再是传统的ODM或OEM，实际上，晶片制造商最终可能会绕过传统的产品设计业者与制造厂商，而直接跟消费者打交道。
当然，一个不断成长、多样化发展的客户群，也将对晶片制造商的营运模式产生重大影响，特别是在行销和业务方面，但产品开发与新元件类别的创建也包含在内。好消息是，半导体产业先前已经成功因应技术、创新、行销和制造方面的挑战，如今正展现再次进化的迹象。
市场研究机构Gartner预测，到2024年，5G晶片与RF前端模组出货量将成长一倍；这意味着到2023年底，5G相关半导体营收将从2018年的几乎为0，大幅增加至315亿美元。
更多记忆体容量需求
从记忆体与储存元件领导供应商的角度，Micron的Raj Tallur在接受《EE Times》访问时指出，“行动连结性领域的商机，特别是5G，正在以前所未有的方式推动创新，并进入真正具潜力的应用领域。”
Talluri预测，到2025年，快闪记忆体出货的总资料容量将增加三倍，而成熟的DRAM业务则将增加一倍。他估计，2021年出货的智慧型手机所搭载之平均记忆体密度为5.2GB，而该公司透过建模分析预测，每台装置的记忆体密度到2025年时，将增加到约9GB。
在记忆体方面，针对特定应用最佳化的DRAM可以满足现有和未来的5G需求；包括针对传统运算需求的DDR、用于行动装置的低功耗DDR，和支援AI、游戏等高性能应用的超宽频宽版本DDR。新兴的产业标准互连介面CXL (Computer Express Link)结合采用eMMC (embedded Multi-Media Card)、UFS (Universal Flash Storage)介面的储存装置，也能支援这些应用。
Talluri也预测，市场对于如LPDDR5等高频宽、低功耗记忆体的需求将持续成长，以因大资料量行动装置的需求；他补充指出：“我们已经着手进行必要的下一代升级，即LPDDR6，将具有更高的速度和更大的频宽。”
Micron在2021年11月宣布，联发科(MediaTek)是第一家完成验证其LPDDR5X DRAM的智慧型手机晶片业者，并将采用于其最新的Dimensity 9000 5G晶片组。“其他厂商将会跟进；”，Talluri表示：“我们正在与所有主要手机晶片业者合作，如Qualcomm与Samsung。”
在储存应用方面，Talluri表示Micron持续扩展以该公司在2021年11月推出的“突破性176层NAND技术”为基础的元件；该新型产品将记忆体单元以多层形式垂直堆叠，能在更小的空间储存更多资料。该元件也能支援边缘和云端运算相关应用，锁定资料中心、汽车和行动应用。而也有其他记忆体制造商正在开发需要客制化生产线的3D NAND技术。
但尽管半导体在支援5G无线技术方面有所进展，Talluri与其他产业人士也提醒，新兴使用案例的正式起飞还需要一些时间。要有新颖、整体化的方法来支援新应用，才能为已经习惯智慧型手机的使用者提供具吸引力、日常实用的体验。
为贴近消费者，晶片制造商必须以新的方式打造处理器、储存装置、记忆体和显示器等硬体，同时也会需要与感测器开发商与其他厂商之间更紧密的合作，发展一个也能满足网路营运商、云端服务供应商、OEM与应用程式开发商的5G生态系统。一旦成功，5G就会成为半导体产业的一个庞大的营收新来源。