5G應用將成為半導體產業的新「金雞母」
2022-04-27
作者
John Walko，EE Times特約記者
過去一年，隨著5G無線網路在世界許多地區加速部署，讓電信設備供應商與5G手機製造商因此獲益；此趨勢可望在未來一年繼續為晶片業者提供利潤豐厚的市場新商機。
在過去一年，隨著5G無線網路在世界許多地區加速部署，讓電信設備供應商與5G手機製造商因此獲益；此趨勢可望在未來一年繼續為晶片業者提供利潤豐厚的市場新商機。
包括記憶體與儲存陣列領域的領先半導體業者和零組件供應商，也聚焦於5G市場擴大帶來的商機，著手設計、製造能夠在新頻率運作的無線裝置；相較於前幾代的蜂巢式通訊技術，那些新裝置還要能處理並儲存更多資料。
晶片產業老將、美光(Micron)行動事業部門總經理Raj Talluri就表示：「5G的推出對我們公司和整個半導體產業來說都是一件大事。」
Micron和其他晶片製造商面臨的挑戰，會是為兩個不同市場類別尋找解決方案：在滿足網路基礎設施供應商需求之同時，也要為消費者開發智慧裝置與新應用。而能以比過去快200倍的速度傳輸大量資料的技術，將實現更多的創新。
到目前為止，大部分焦點都集中在高階手機所需的強化功能；但可以說，更大的商機是滿足由5G促成的新興需求——例如當紅物聯網(IoT)和工業物聯網(IIoT)，兩者都催生多種應用，如自動駕駛車輛、連網醫療照護、機器對機器通訊，以及從農業到智慧城市等各種應用中無處不在的智慧感測器。
實現這一切的是5G NR標準，它開放了從sub-GHz頻率到28~41GHz的更多頻段；這些頻率大幅提高了可靠性和超低延遲。而能以更高速率傳送和接收資料的射頻IC，通常會以三五族化合物半導體(III-V compound semiconductor)材料為基礎，例如氮化鎵、砷化鎵。5G的崛起到目前為止也代表著半導體產業一個子領域的重大商機。
記憶體製程微縮
滿足5G應用需求也會需要又一個回合的半導體製程微縮，特別是記憶體元件。根據顧問機構Accenture的報告，5G需求將帶動對基線(baseline)記憶體需求的增加，以處理大量資料。該報告建議的一種創新晶片策略，是使用嵌入式晶片為5G平台增加價值。晶片製造商還可以探索更大的系統級商機，利用專屬、客製化的晶片組合，來掌握更大的5G市場佔有率。
隨著新應用的出現，IC製造商還必須提高相關技術的專業知識和能力。如微機電系統(MEMS)、感測器和軟性顯示器等領域，既是技術挑戰也是商機。相關需求包括提升性能、更高的可靠性，和更大量生產元件的能力。因此，半導體產業必須考慮不斷演變的投資優先性，例如放棄傳統元件漸進式改良的模式。
投入5G領域競爭，晶片業者必須考量元件的潛在應用案例，同時判斷來自新興、資料驅動應用的客戶群。越來越多5G晶片創新者將不再是傳統的ODM或OEM，實際上，晶片製造商最終可能會繞過傳統的產品設計業者與製造廠商，而直接跟消費者打交道。
當然，一個不斷成長、多樣化發展的客戶群，也將對晶片製造商的營運模式產生重大影響，特別是在行銷和業務方面，但產品開發與新元件類別的創建也包含在內。好消息是，半導體產業先前已經成功因應技術、創新、行銷和製造方面的挑戰，如今正展現再次進化的跡象。
市場研究機構Gartner預測，到2024年，5G晶片與RF前端模組出貨量將成長一倍；這意味著到2023年底，5G相關半導體營收將從2018年的幾乎為0，大幅增加至315億美元。
更多記憶體容量需求
從記憶體與儲存元件領導供應商的角度，Micron的Raj Tallur在接受《EE Times》訪問時指出，「行動連結性領域的商機，特別是5G，正在以前所未有的方式推動創新，並進入真正具潛力的應用領域。」
Talluri預測，到2025年，快閃記憶體出貨的總資料容量將增加三倍，而成熟的DRAM業務則將增加一倍。他估計，2021年出貨的智慧型手機所搭載之平均記憶體密度為5.2GB，而該公司透過建模分析預測，每台裝置的記憶體密度到2025年時，將增加到約9GB。
在記憶體方面，針對特定應用最佳化的DRAM可以滿足現有和未來的5G需求；包括針對傳統運算需求的DDR、用於行動裝置的低功耗DDR，和支援AI、遊戲等高性能應用的超寬頻寬版本DDR。新興的產業標準互連介面CXL (Computer Express Link)結合採用eMMC (embedded Multi-Media Card)、UFS (Universal Flash Storage)介面的儲存裝置，也能支援這些應用。
Talluri也預測，市場對於如LPDDR5等高頻寬、低功耗記憶體的需求將持續成長，以因大資料量行動裝置的需求；他補充指出：「我們已經著手進行必要的下一代升級，即LPDDR6，將具有更高的速度和更大的頻寬。」
Micron在2021年11月宣佈，聯發科(MediaTek)是第一家完成驗證其LPDDR5X DRAM的智慧型手機晶片業者，並將採用於其最新的Dimensity 9000 5G晶片組。「其他廠商將會跟進；」，Talluri表示：「我們正在與所有主要手機晶片業者合作，如Qualcomm與Samsung。」
在儲存應用方面，Talluri表示Micron持續擴展以該公司在2021年11月推出的「突破性176層NAND技術」為基礎的元件；該新型產品將記憶體單元以多層形式垂直堆疊，能在更小的空間儲存更多資料。該元件也能支援邊緣和雲端運算相關應用，鎖定資料中心、汽車和行動應用。而也有其他記憶體製造商正在開發需要客製化生產線的3D NAND技術。
但儘管半導體在支援5G無線技術方面有所進展，Talluri與其他產業人士也提醒，新興使用案例的正式起飛還需要一些時間。要有新穎、整體化的方法來支援新應用，才能為已經習慣智慧型手機的使用者提供具吸引力、日常實用的體驗。
為貼近消費者，晶片製造商必須以新的方式打造處理器、儲存裝置、記憶體和顯示器等硬體，同時也會需要與感測器開發商與其他廠商之間更緊密的合作，發展一個也能滿足網路營運商、雲端服務供應商、OEM與應用程式開發商的5G生態系統。一旦成功，5G就會成為半導體產業的一個龐大的營收新來源。
(參考原文：Semiconductor Sector Poised to Grasp 5G Opportunity，by John Walko)
本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2022年4月號
