5G数据规模增长助力半导体产业创新升级
- 来源：OFweek光通讯网
- 2022/4/7 9:41:17
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目前，5G正进入加速发展期。5G将深入各行各业，进一步解决物与物的联接问题，促进产业的数字化转型。通信产业每10年发展一代。相比于之前的通信技术，5G业务需求已发生重大变化，这也使得通信芯片面临新的挑战。
首先，由于数据规模急剧增长，提升计算力成为发展5G的重中之重。5G海量物联网的感知层、连接速率的提升和时延的降低，都将极大地驱动数据量增长。因此，通信芯片除了要具备通信功能外，还需要拥有强大的计算能力，以满足云网融合下网络架构深刻变革的需求。
其次，芯片设计复杂度不断增加。5G通过复杂的编码来实现频谱利用率的提升，多通道、高频率和大带宽共同推动数据吞吐量的增加。5G多样化的应用场景、对兼顾低功耗的诉求都使得芯片设计变得非常复杂。
最后，受益于5G网络，面向边缘计算的高性能处理器和光器件发展前景广阔，但国内芯片供应链仍有不足，产业规模商用和产品性能方面与国外企业仍有较大差距。
挑战与机遇并存，5G发展在带来挑战的同时，也推动了国内半导体创新进步。
半导体技术创新发展趋势
5G带来的巨大的存储市场需求，使中国成为全球大的半导体消费市场。半导体产业是我国科技核心支撑产业，而具有高功率密度、高效率和低功耗优势的氮化镓(GaN)电子器件，被称为“第三代半导体”核心，是实现5G通信、万物互联的关键要素。
第三代半导体技术在导热率、抗辐射能力、击穿电场、电子饱和速率等方面优点突出，是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”，在半导体照明、新一代移动通信、新能源并网、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车等领域有广阔的应用前景。
全球第三代半导体产业格局为美、日、欧三足鼎立，其中，美国拥有较为完整的产业链，尤其是在碳化硅领域，美国为全球独大，欧盟的主要优势则集中在外延环节、衬底、器件环节，日本在设备和模块开发等方面领先。
我国与美、欧、日等发达国家第一代和第二代半导体技术方面还存在较大差距，但在第三代半导体上，经过十年来的努力，我国与这些国家的差距相对较小，同时国内市场容量大，第三代半导体技术前景可期。
氮化镓是一种商业应用相对较新的宽带隙复合半导体。它的功率效率、功率密度和处理更宽频率范围的能力，使其非常适合大规模MIMO基站。氮化镓具有一些良好特性，能更好地支持电子产品轻量化。
● 击穿电场强度高。这极大提高了器件的电流密度和耐压容量，降低导通损耗。
● 带隙宽、禁带宽度大。这意味着氮化镓可以实现高功率的应用。
● 热导率高。氮化镓散热性能优异，器件集成度和功率密度高于传统元器件。
● 电子饱和漂移速度快，可在更高的频率下工作。
● 介电常数小，可降低集成电路的漏电电流，降低导线之间的电容效应。
● 化学性能稳定。
● 硬度高。
政策支持推动国内产业繁荣
国家对于第三代半导体产业发展提供了持续不断的政策方面的支持。早在2016年，国务院就推出了《“十三五”国家科技创新规划的通知》，其中首次提到要加快第三代半导体芯片技术与器件的研发；2019年6月商务部及发改委在鼓励外商投资名单中增加了支持引进SiC超细粉体外商企业；2019年11月工信部印发《重点新材料首批次应用示范指导目录》，其中GaN单晶衬底、功率器件用GaN外延片、SiC外延片，SiC单晶衬底等第三代半导体产品进入目录；2019年12月国务院在《长江三角洲区域—体化发展规划纲要》中明确要求加快培育布局第三代半导体产业，推动制造业高质量发展。
政策支持下，国内半导体产业不断发展。当前，我国已经形成了长三角、珠三角、京津冀、闽三角等多个第三代半导体产业集群，尤其是长三角和珠三角的实力相对雄厚，成为我国两大国家第三代半导体科技创新中心。
以江苏省为例，江苏省“十四五”规划将第三代半导体作为布局重点，并培育出了纳微科技、英诺赛科、中科汉韵，以及华瑞微集成电路、苏州能讯高能半导体等多家优秀企业。
而在珠三角，第三代半导体技术同样是广东“十四五”规划重点。广东省明确将设立首期规模达200亿元的半导体及集成电路产业投资基金，支持半导体和集成电路领域的技术创新，打造以广州、深圳、珠海为核心的两千亿级芯片设计产业集群。其中，深圳作为国家级第三代半导体科技创新中心，目前已经成立了第三代半导体器件重点实验室等一批重要平台，成为国内半导体产品销售、集散和设计中心。
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