劉晶

編者按：9月4日，由中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)集成電路設(shè)計(jì)分會(huì)承辦的“5G芯片論壇”現(xiàn)場(chǎng)可謂“火爆”。與會(huì)專家圍繞“5G與集成電路產(chǎn)業(yè)機(jī)遇”的主題，從人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)、射頻前端技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)芯片技術(shù)等多個(gè)角度探討集成電路產(chǎn)業(yè)在5G時(shí)代的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

美光科技高級(jí)副總裁兼移動(dòng)產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理拉杰·塔魯里：5G使半導(dǎo)體行業(yè)新增海量市場(chǎng)機(jī)遇

研究顯示，由于5G技術(shù)的使用，到2035年，大約會(huì)產(chǎn)生12.3萬億美元的商品和服務(wù)。屆時(shí)，全球4.6%產(chǎn)出都是由5G網(wǎng)絡(luò)帶來的，并產(chǎn)生2200萬的就業(yè)崗位。5G可以帶來的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出達(dá)到3.5萬億美元。

5G調(diào)制解調(diào)器是實(shí)現(xiàn)5G低延時(shí)、高速率的解調(diào)器，未來的應(yīng)用空間不止于智能手機(jī)，消費(fèi)性電子也會(huì)使用5G的調(diào)制解調(diào)器，2018-2023年調(diào)制解調(diào)器芯片市場(chǎng)增量為36億美元。在應(yīng)用處理器上，相比4G，5G調(diào)制解調(diào)器集成速度更快、能耗優(yōu)化提升、時(shí)鐘頻率更高，到2023年，全球?qū)⑹鄢?.4億5G手機(jī)，多種異構(gòu)處理器廣泛支持各類5G應(yīng)用。今年已經(jīng)看到了5G手機(jī)，未來調(diào)制解調(diào)器集成的速度會(huì)更快，到2023年將是40億美元的市場(chǎng)規(guī)模。

在射頻技術(shù)上，趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)更高頻通信、更低能耗，支持MIMO技術(shù)，支持更多小型基站實(shí)現(xiàn)本地覆蓋，重新配置隨機(jī)接入網(wǎng)，支持5G服務(wù)。射頻技術(shù)5年的復(fù)全年均增長率會(huì)達(dá)到8.5%，到2023年，每年啟用的5G基站數(shù)量會(huì)達(dá)到160萬。

美光科技公司對(duì)5G的內(nèi)存和存儲(chǔ)技術(shù)是非常成熟的。從2018年到2023年，存儲(chǔ)領(lǐng)域的增長機(jī)遇至少達(dá)到190億美元。數(shù)據(jù)生成類有3倍增長，DRAM需求也有3倍增長，智能手機(jī)的DRAM需求也將增長2倍，NAND閃存需求更多，會(huì)增長5倍。內(nèi)存和存儲(chǔ)將出現(xiàn)滿足5G需求的新技術(shù)，如DDR5、LPD-DR5、GDDR6、OLC SSD等設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)高寬帶，用于覆蓋人工智能和云計(jì)算需求，此外還有UFS 3X、3DXP等技術(shù)，這些技術(shù)都是在未來能夠滿足5G的內(nèi)存和存儲(chǔ)。

5G將影響各行各業(yè)，以及方方面面。我認(rèn)為其實(shí)對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)來說，5G帶來巨大的商機(jī)。預(yù)計(jì)2018年到2023年，半導(dǎo)體TAM增幅達(dá)到19%，同一時(shí)期，新增的行業(yè)機(jī)遇會(huì)達(dá)到920億美元。

紫光展銳高級(jí)市場(chǎng)總監(jiān)鐘寶星：5G+AI將實(shí)現(xiàn)資源突破

5G的eMBB場(chǎng)景是面向以人為中心的娛樂、社交，適用于高速率、大帶寬的移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)，mMTC場(chǎng)景主要滿足海量物聯(lián)的通信需求，面向以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場(chǎng)景。uRLLC是基于低延時(shí)和高可靠的特點(diǎn)，面向垂直行業(yè)的特殊應(yīng)用需求。

據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2025年僅物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域提供的數(shù)據(jù)量已經(jīng)可以超過70ZB，1ZB相當(dāng)于2的30次方TB。

沒有AI的大數(shù)據(jù)成不了真正的大數(shù)據(jù)。5G+AI實(shí)現(xiàn)了資源突破，端云的聯(lián)系親密化。5G帶來的大量的種類繁多的數(shù)據(jù)導(dǎo)致云端的變化，基于全局?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算的云成為接人云+控制云，基于局部數(shù)據(jù)計(jì)算的端成為智能端。

5G+AI增加了AI性能提升需求，通過5G連接更多的設(shè)備，將周邊情境信息拷貝到AI設(shè)備，AI沉浸在情境中的訓(xùn)練和判斷。

5G+AI解決了傳輸帶寬和速率困境，數(shù)據(jù)處理邊緣化實(shí)現(xiàn)端到端的全面連接.端的數(shù)據(jù)處理能力得到提高，AI處理路徑縮短，而且AI處理延時(shí)更低。

5G的出現(xiàn)，讓AI變得無處不在，5G也會(huì)讓AI更加智能，5G延伸出的各行各業(yè)的應(yīng)用。大家看到一些應(yīng)用場(chǎng)景已經(jīng)發(fā)生在身邊，比如安防、人臉識(shí)別、人臉支付等一系列應(yīng)用。5G加上AI以后，可以賦能各個(gè)產(chǎn)業(yè)革命性的升級(jí)，導(dǎo)致社會(huì)變革。

紫光展銳從2014年開始做5G預(yù)研，今年2月份在世界移動(dòng)通信大會(huì)上發(fā)布了馬卡魯平臺(tái)，今年5月份和中國移動(dòng)聯(lián)合完成了1.2Gb-ps的下載速率測(cè)試，還有一兩個(gè)月就可以做完所有測(cè)試。紫光展銳基于馬卡魯平臺(tái)推出的第一顆芯片是春藤510，支持5G SA/NSA組網(wǎng)。

成都旋極星源信息技術(shù)有限公司CEO趙新強(qiáng)：NB-IoT產(chǎn)業(yè)競(jìng)速發(fā)展

5G并不是從開始就選中了NB-IoT。開始，3GPP專門為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)了CAT-0終端，稱為MTC（Machine-Type Communication），但帶寬還是20MHz，成本、功耗并沒有很好地解決，因此在R12嗣就被凍結(jié)，沒有后續(xù)的發(fā)展。之后在R13版本中，3GPP設(shè)計(jì)了CAT-M終端，帶寬縮小到1.4MHz，成本、耗電等問題得到較好的解決，已經(jīng)能夠滿足一些物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景的應(yīng)用，然而在R13中也凍結(jié)了eMTC的研究。

因?yàn)閑MTC仍然存在局限性，所以3GPP在R13中另起灶爐，設(shè)計(jì)出全新的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-IoT，砍掉所有不必要的功能，使NB-IoT具有無可比擬的成本優(yōu)勢(shì)，從眾多LPWA中脫穎而出。

截止到今年6月，全球超過50個(gè)國家、80家運(yùn)營商已經(jīng)邦署或者已經(jīng)開始運(yùn)營NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)。2017年6月，工信部發(fā)布了《全面推進(jìn)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的通知》，希望2020年底實(shí)現(xiàn)NB-IoT全國的普遍覆蓋，基站數(shù)量達(dá)到150萬臺(tái)，截止到今年6月基本實(shí)現(xiàn)了全國的覆蓋。

NB-IoT的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)是非常快速的，2016年6月NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)版本凍結(jié)后三個(gè)月，華為發(fā)布了首款芯片，又三個(gè)月，無錫電信在政府支持下啟動(dòng)了整個(gè)中國第一個(gè)NB-IoT商用網(wǎng)絡(luò)，截止到去年年底，NB-IoT模組價(jià)格已經(jīng)跌破了20元一個(gè)。

NB-IoT發(fā)展迅速主要有六大優(yōu)勢(shì)推動(dòng)：第一超低功耗，第二低成本，第三廣覆蓋，第四大連接，第五授權(quán)頻譜，第六安全性。

NB-IoT的應(yīng)用領(lǐng)域主要是和生活密切相關(guān)的應(yīng)用，如智慧城市、智能表計(jì)、智能安防、智能交通、智能水務(wù)、智能家居等。如智能垃圾筒，通過Gps和傳感囂檢測(cè)到垃圾筒滿到什么程度，傳到控制中心，然后輔助垃圾車的行駛路線，可以提高效率。像這樣的應(yīng)用未來將比比皆是。

北京清微智能科技有限公司首席技術(shù)官歐陽鵬：可重構(gòu)計(jì)算推動(dòng)AI靈活高能

清微智能是2018年7月份成立的一家新公司，定位是做一家可重構(gòu)計(jì)算芯片的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)。可重構(gòu)計(jì)算架構(gòu)體系是指提供以端側(cè)為基礎(chǔ)，并向云側(cè)延伸的芯片產(chǎn)品及解決方案。清微智能的技術(shù)來自清華大學(xué)，已經(jīng)做了十幾年的積累。2015年開始推出面向人工智能的芯片，今年6月份完成了量產(chǎn)。

可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)是新的架構(gòu)技術(shù)，目的是解決現(xiàn)有架構(gòu)對(duì)支撐AI、通用計(jì)算存在的不足。人工智能計(jì)算在從云端逐漸下沉到邊緣、設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，形成云端一體的智能。同時(shí)催生了深度學(xué)習(xí)芯片和AI芯片的發(fā)展。目前國內(nèi)有很多研究單位都在做這方面的研究，總體看國外做得比較好。來自斯坦福的某公司，獲得了谷歌5600萬美元的投資，這個(gè)公司就是基于可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)在做AI全棧式的軟件支持。還有wave Compuring，做云端服務(wù)器，現(xiàn)在他們也在往端上延伸擴(kuò)展。Xilinx也在做異構(gòu)、可重構(gòu)的結(jié)構(gòu)，包括推出了ACAP平臺(tái)系列。

可重構(gòu)計(jì)算不像FPGA、GPU、CPU，而是新的架構(gòu)技術(shù)?？芍貥?gòu)計(jì)算存在很多困難和挑戰(zhàn)。包括如何提高陣列的計(jì)算效率，對(duì)非規(guī)則不完美的程序如何提高效率，任意規(guī)模的程序如何切割等。可重構(gòu)計(jì)算不僅是硬件架構(gòu)，還有軟件工具，供開發(fā)者用。軟件框架或者軟件工具鏈上下兼容，如果原來是基于深度學(xué)習(xí)開發(fā)的，不用做任何改變就可以直接將自己的模型導(dǎo)人到我們的可重構(gòu)計(jì)算的CGI上執(zhí)行。如果原來采用通用程序，可以用CGI編譯器優(yōu)化。

面向5G，我們做了兩款產(chǎn)品。其中智能語音芯片TX210已量產(chǎn)，預(yù)計(jì)年底出貨1000萬片。

北京中科漢天下電子技術(shù)有限公司副總裁黃鑫：5G毫米波射頻前端技術(shù)復(fù)雜度成倍提升

目前，全球多個(gè)國家多個(gè)運(yùn)營商進(jìn)行了5G部署。我國現(xiàn)在已經(jīng)開始了5G大規(guī)模商用，今年6月份完成了5G頻段中6GHz以下頻段的分配。現(xiàn)在4G最高頻段是2.7GH2，原來用于LTE，現(xiàn)在分給中國移動(dòng)做5G頻段，中國電信的頻段是3.4GHz到3.5GHz，中國聯(lián)通的頻段是3.5GHz到3.6GHz的頻段，每個(gè)運(yùn)營商的5G帶寬都在100MHz以上。

現(xiàn)在全國有20多家手機(jī)射頻前端廠家，大部分廠家已經(jīng)開始了研發(fā)5G射頻前端芯片，射頻前端的芯片主要是以前端廠家為主，目前國內(nèi)射頻廠家方向主要集中在5Gsub-6GHz頻段?，F(xiàn)在sub-6GHz頻段技術(shù)門檻不是特別高，在這個(gè)頻段國內(nèi)研發(fā)水平跟國際水平相差并不大，主要是差距是一體化芯片的研發(fā)。而毫米波現(xiàn)在只有高通才有射頻前端的完整方案發(fā)布，在毫米波頻段我國的研發(fā)與歐美的差距較大。

sub-6GHz的關(guān)鍵技術(shù)上，一是超高線性輸出功率。中低頻段5G射頻前端的主流頻段包括n41、n77、n78、n79，工作頻率都在2.5GHz以上，需要輸出的線性功率相對(duì)較大;二是超寬帶寬線性化技術(shù)。5G的工作頻段一般都在100MHz以上，對(duì)PA的寬帶線性化要求較高;三是高集成度要求。5G手機(jī)需要往下兼容2G/3G/4G，射頻前端占用面積較大，為了節(jié)省空間，中低頻段5G射頻前端主要以PA+濾波器+Switch+LNA形式存在。

在毫米波射頻前端，近期高通宣布推出毫米波天線模塊QTMO52的最終版本。國內(nèi)手機(jī)芯片廠家目前只推出低頻段5G射頻前端及分立的天線方案，毫米波射頻前端及天線模塊由于有超高的集成度需求，不但要集成天線和射頻前端模塊，還需要集成毫米波收發(fā)器及電源控制芯片，設(shè)計(jì)異常復(fù)雜，因而還處于空白狀態(tài)。

相對(duì)于中低頻5G（sub一6GHz）射頻前端，毫米波射頻前端/模組需要集成天線陣列、上下變頻芯片及各類控制芯片，設(shè)計(jì)復(fù)雜度大大增加，需要復(fù)合型的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)才能完成。

Cadence公司亞太及日本地區(qū)技術(shù)支持總負(fù)責(zé)人張永專：以多種IP解決5G全網(wǎng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

4G和5G結(jié)合的基站，一種是中低頻的解決方案，還有一種是毫米波的解決方案，是一種中控式的無線接入網(wǎng)，通過光纖接入射頻接頭。從需求來看，從RF設(shè)計(jì)、光通信到高性能技術(shù)都有介質(zhì)上的需求。Cadence提供的高通信解決方案，符合了最新的標(biāo)準(zhǔn)。

在整個(gè)通信里，可以把電和光集合在同一個(gè)平臺(tái)，我們可以把電氣驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，包括所有相位分布圖、分析圖全部在一個(gè)平臺(tái)完成，這是5G網(wǎng)絡(luò)整合中需要做到的高自動(dòng)化、高整合的設(shè)計(jì)流程。

除了提供光通信的模型，我們還針對(duì)5G基帶提供數(shù)據(jù)，很多算法可以加速Q(mào)AM的解調(diào)跟調(diào)變技術(shù)，在降低整個(gè)功耗之時(shí)可以提升效能，而且整體面積相對(duì)來說變得更小，更有彈性。AI可以利用這個(gè)技術(shù)，在尋找路徑中找到最佳路徑給使用者。目前很多AI芯片里面都加入了這種特殊的5G功能。我們的芯片IP Cadence DNA100就可以做這樣的協(xié)助，它采用神經(jīng)網(wǎng)路的建構(gòu)模組，利用運(yùn)算引擎，可以讓功耗降到最低，面積最小，通過上層的軟件結(jié)構(gòu)，可以變得非常彈性，除了提供彈性做法，可以提供整個(gè)數(shù)字運(yùn)算、路徑尋找，使AI功能放在5G芯片里面。

Cadence還提供高速接口的IP，比如DDR、DDRx、CCIX等數(shù)據(jù)上的需求，基于所有異構(gòu)需求，可以讓接口和接口連接在一起。不僅如此，還提供高速的serDes，其中關(guān)鍵技術(shù)是120G serDes這些IP都用在5G基站里面。

在先進(jìn)工藝上，包括7納米工藝，Cadence第一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是把前后端結(jié)合在一起，因?yàn)樵粕嫌泻芏鄰?fù)雜的效應(yīng)，對(duì)持續(xù)性要求非常高，因此在芯片設(shè)計(jì)中要看到每個(gè)單元的物理位置，如果看不到，優(yōu)化結(jié)構(gòu)就不會(huì)做得好，前后端結(jié)合能夠解決這一問題;第二個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是結(jié)合了物理和電子特性，在后端布局布線過程中會(huì)把IR放在里面，IR一直在這個(gè)區(qū)域里面，如果同時(shí)有很多的電流啟動(dòng)，導(dǎo)致電卡突降不工作，繞線過程中就知道哪有IR，它會(huì)把電流抽取。因此，在7納米上我們做得非常理想，全世界將近100%的客戶都用Cadence的束式解決方案。

中興微電子有線產(chǎn)品中心規(guī)劃總工王志忠：高速接口與5G新特性是芯片設(shè)計(jì)兩大難題

5G網(wǎng)絡(luò)芯片面臨的挑戰(zhàn)，可以從兩個(gè)層面看，一個(gè)是基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)層面，另外一個(gè)是新需求層面。目前網(wǎng)絡(luò)速率不斷提高，56G到112G的高速接口都在設(shè)計(jì)或即將商用，這是大規(guī)格的芯片。在5G新性能中，還有低功耗、能力效率水平的提升等，因此提出了非常多的挑戰(zhàn)。新特性對(duì)芯片架構(gòu)也提出了技術(shù)上的難題，包括網(wǎng)絡(luò)切片、低延剛、高可靠性、高精度的時(shí)鐘等，海量連接帶來的是對(duì)密度或者查表的容量的挑戰(zhàn)。

PZB的設(shè)計(jì)可能難度越來越大，所以Gable互聯(lián)方案可能也會(huì)逐步應(yīng)用?？梢灶A(yù)見在5年內(nèi)，采用PAMB的200G技術(shù)也會(huì)逐步進(jìn)入大家的視野。

在大規(guī)模芯片設(shè)計(jì)上，因?yàn)橄到y(tǒng)越來越精簡，集成度越來越高，所有的接口、網(wǎng)絡(luò)處理器、CPU，包括背板的交換、路由，各種功能都集成在一起，_必然會(huì)導(dǎo)致芯片的規(guī)模越來越大。大芯片的挑戰(zhàn)會(huì)在哪里·一是良率，信號(hào)完整性、電源完整性挑戰(zhàn)都非常大。新的芯片里面經(jīng)常用2.5D封裝技術(shù)，如3Dmenory的合封，ASIC的分割，還有芯片尺寸比較大，需要做一些切分時(shí)，都會(huì)用到這種封裝技術(shù)，中間需要高速的接口互聯(lián)。二是芯片的帶寬越來越高，1T或者2T的移動(dòng)網(wǎng)交換芯片在業(yè)界看來并不是很高的速度，但緩存的帶寬發(fā)展并沒有那么快，所以才會(huì)驅(qū)動(dòng)了類似于HPM、GDDR技術(shù)的出現(xiàn)，中興微電子目前采用了不少這樣的設(shè)計(jì)方法。三是低功耗設(shè)計(jì)。

在5G的大連接中，MMTC海量的機(jī)器連接對(duì)芯片的設(shè)計(jì)帶來的影響，主要體現(xiàn)在接口層面，因?yàn)榻涌跀?shù)量非常多，有各種端口數(shù)量，包括邏輯端數(shù)量非常多，設(shè)計(jì)上主要是采用TDM的接口邏輯，和動(dòng)態(tài)接口緩存技術(shù)實(shí)現(xiàn)。海量的連接挑戰(zhàn)還表現(xiàn)在存儲(chǔ)上，查抄表的容量非常大，需要用2.5D封裝的memory，包括3D的memory技術(shù)。

Qorvo高級(jí)銷售經(jīng)理趙玉龍：NSA組網(wǎng)增加手機(jī)射頻前端復(fù)雜性

引用電影《蜘蛛俠》里面的一句話，“一個(gè)人的能力越大，那么它的責(zé)任越大”，這是蜘蛛俠叔叔跟他講的，我想來類比5G，你的能力越大，你面對(duì)的挑戰(zhàn)一定會(huì)更大。

從手機(jī)射頻前端來看，相比4G，5G編碼效率只高19.4%，更多的提升來自于頻率帶寬。

這類頻率的增加會(huì)帶來很多新的挑戰(zhàn)。

5G有兩種組網(wǎng)模式，一種是NSA，另一種是SA。從NSA方式看手機(jī)射頻，4G的EPC沒有變，數(shù)據(jù)流通過5G網(wǎng)絡(luò)傳，手機(jī)功能是附著4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，這意味著手機(jī)需要同時(shí)和5G、4G保持連接。這對(duì)手機(jī)的影響比較大，等于手機(jī)里面需要兩套獨(dú)立的系統(tǒng)運(yùn)作，在連接5G數(shù)據(jù)流的時(shí)候，要保持與4G網(wǎng)絡(luò)的同步。當(dāng)然未來是SA（獨(dú)立組網(wǎng)）的方式，它的控制、手機(jī)提網(wǎng)都是通過5G的，這會(huì)相對(duì)簡單，用同一個(gè)收發(fā)線機(jī)，可以同時(shí)支持2G、3G、4G、5G，大大減化手機(jī)射頻終端的架構(gòu)。

但參考從3G到4G的過渡，其間用了三四年時(shí)間，5G的過渡可能需要更長的時(shí)間，這就是組網(wǎng)對(duì)終端帶來的影響。