5G應用將成為半導體產業的新「金雞母」

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20224月號

 

 

 

 

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