半個(gè)多世紀以來(lái)，半導體一直是技術(shù)創(chuàng )新的核心，技術(shù)的進(jìn)步與半導體性能、能耗和成本的發(fā)展同步�，F在，隨著(zhù)對高性能計算 (HPC) 以及 5G 和 AI 應用的需求不斷增長(cháng)，對技術(shù)進(jìn)步的需求猛增，為半導體技術(shù)新想象的未來(lái)鋪平了道路，其中可以擁有無(wú)限可能實(shí)現。

為了理解這個(gè)未來(lái)，回顧過(guò)去 60 年是有意義的，當時(shí)人們發(fā)明了一種將許多晶體管放在同一個(gè)芯片上的方法——集成電路 (IC) 或微芯片。在隨后的幾年中，半導體技術(shù)通過(guò)不斷的小型化而進(jìn)步，這包括按照摩爾定律預測的那樣，集成電路上的晶體管數量每隔一年就會(huì )翻一番，該定律以美國工程師戈登·摩爾的名字命名。這種持續的進(jìn)步使我們的手機擁有比 1969 年阿波羅 11 號登上月球的現在古老的 70 磅重的計算機更強大的計算能力。

從成本到普遍性再到價(jià)值

半導體技術(shù)和集成電路的一個(gè)關(guān)鍵屬性是不斷降低每個(gè)功能的成本。隨著(zhù)時(shí)間的推移，這種持續的成本降低導致了半導體技術(shù)的普遍部署。例如，可視電話(huà)于 1970 年由 AT&T 首次商業(yè)化，但由于成本高昂，它的客戶(hù)不到 500 個(gè)。

35年前臺積電首創(chuàng )的純代工模式的誕生，幫助半導體技術(shù)大規模降低成本。在這種模式下，純代工廠(chǎng)運營(yíng)的半導體制造廠(chǎng)專(zhuān)注于為其他公司生產(chǎn) IC，而不是提供自己設計的 IC 產(chǎn)品。由于 IC 生產(chǎn)設施的建造和維護成本高昂，并且可能會(huì )大量消耗公司的資金，因此將這種生產(chǎn)外包給代工廠(chǎng)可以讓公司將資源集中在最終產(chǎn)品上。這使得無(wú)晶圓廠(chǎng)（僅限設計）行業(yè)蓬勃發(fā)展，并幫助實(shí)現了使遠程工作、在線(xiàn)學(xué)習、共享經(jīng)濟和娛樂(lè )流媒體成為現實(shí)的技術(shù)的大規模無(wú)處不在的部署。

COVID-19 及其帶來(lái)的封鎖成為技術(shù)創(chuàng )新的另一個(gè)轉折點(diǎn)，在一年內發(fā)生了超過(guò) 10 年的數字化，增加了對半導體的需求。根據麥肯錫公司的數據，按照目前的速度，到 2030 年，全球半導體年收入將增長(cháng)到超過(guò) 1 萬(wàn)億美元，直接貢獻 3 萬(wàn)億至 4 萬(wàn)億美元的全球電子產(chǎn)品增長(cháng)。然而，持續降低成本的承諾導致人們低估了半導體的價(jià)值。正如最近的半導體供應鏈挑戰清楚地表明，半導體無(wú)處不在，在現代社會(huì )中發(fā)揮著(zhù)寶貴而重要的作用。

打開(kāi)未來(lái)世界的大門(mén)

隨著(zhù)計算設備變得無(wú)處不在，通過(guò)全球網(wǎng)絡(luò )生成和通信的數據量（通常是實(shí)時(shí)的）呈指數級增長(cháng)。為了跟上這種增長(cháng)，高性能計算 (HPC) 變得至關(guān)重要，并且正在呈現爆炸式增長(cháng)。HPC 是高速處理數據和執行復雜計算以解決性能密集型問(wèn)題的能力。如今，HPC 已經(jīng)超越智能手機成為增長(cháng)動(dòng)力。根據Report Ocean的研究，它是半導體行業(yè)增長(cháng)最快的領(lǐng)域之一，預計到 2027 年，全球 HPC 芯片組市場(chǎng)規模將從 2019 年的 43 億美元達到 136.8 億美元。

虛擬世界與物理世界的融合將給社會(huì )互動(dòng)的方式帶來(lái)翻天覆地的變化，并將通過(guò) HPC 應用程序實(shí)現。除了由半導體制成的大量傳感器和執行器之外，虛擬世界和物理世界的這種集成還需要智能設備、可穿戴設備、物聯(lián)網(wǎng)等硬件，以及 5G、人工智能和大數據分析等技術(shù)，用于交流和理解信息, 和決策。對于這些應用中的每一個(gè)，半導體含量及其提供的價(jià)值都將迅速增加。

半導體將為越來(lái)越多的產(chǎn)品注入智能和新功能，從而提升這些產(chǎn)品的價(jià)值。例如，自動(dòng)駕駛汽車(chē)將通過(guò)先進(jìn)的芯片變得更加安全和節能，這些芯片允許執行復雜的軟件功能和分析。德克薩斯大學(xué)的研究估計凈能源減少 11% 至 55% 與美國當前的地面交通條件相比，基于這種預期的自動(dòng)駕駛汽車(chē)能源效率。社會(huì )也期待著(zhù)超出我們今天想象的新用戶(hù)應用程序。半導體提供的計算能力將推動(dòng)個(gè)性化和社區醫學(xué)以及疫苗和藥物發(fā)現。打擊社交媒體上的虛假信息需要更好的算法和計算能力來(lái)訓練人工智能模型。

例如，用于創(chuàng )建逼真的人類(lèi)質(zhì)量文本的最先進(jìn)的 AI 語(yǔ)言模型之一 GPT-3需要 300 zetta-FLOPS（超級計算機性能的衡量標準）才能在高性能計算云上進(jìn)行訓練。作為回報，這種 AI 語(yǔ)言模型所支持的能力令人印象深刻。GPT-3 最近被《紐約時(shí)報》的科技專(zhuān)欄作家 Kevin Roose 用來(lái)完成書(shū)評。

人工智能通常被認為是一種主要涉及軟件和算法的技術(shù)。然而，硬件技術(shù)打開(kāi)了通往虛擬世界的大門(mén)，讓我們能夠使用從人工智能中獲得的信息。因此，即使在虛擬世界中，物理也占據了中心位置。

共同的樂(lè )觀(guān)

隨著(zhù)半導體技術(shù)的進(jìn)步以滿(mǎn)足 5G 和 AI 時(shí)代的需求，能源效率已成為最重要的指標，不僅因為計算能力已經(jīng)因無(wú)法散熱而受到限制，而且因為全球計算能源使用的升級速度比任何其他應用領(lǐng)域。僅由于半導體技術(shù)，計算的能源效率一直在快速發(fā)展——每?jì)赡晏岣?2 倍——人們普遍樂(lè )觀(guān)地認為，技術(shù)將像過(guò)去 50 年那樣繼續像發(fā)條一樣發(fā)展。

這種經(jīng)常與摩爾定律混為一談的樂(lè )觀(guān)主義也許比“定律”本身更重要。正是這種行業(yè)和整個(gè)社會(huì )共同的樂(lè )觀(guān)態(tài)度，推動(dòng)了行業(yè)迎接挑戰，并使預言成為自我實(shí)現的預言。

在接下來(lái)的 50 年中，下一代可能會(huì )使用虛擬現實(shí)和增強現實(shí) (VR/AR) 作為他們與世界互動(dòng)的主要方式。今天的 VR/AR 頭顯平均重量超過(guò)一磅，電池壽命不到兩到三個(gè)小時(shí)，而且價(jià)格高昂，這讓我們想起了 25 年前的手機。要達到與當今手機相同的普及水平，VR/AR 設備需要提高 100 倍以上。這只能通過(guò)不斷進(jìn)步的半導體技術(shù)來(lái)實(shí)現。

未來(lái)幾十年將是半導體行業(yè)的黃金時(shí)代。

在過(guò)去的 50 年里，半導體技術(shù)的發(fā)展就像在隧道里行走。前進(jìn)的道路很明確，因為每個(gè)人都在努力遵循一條明確的道路——縮小晶體管�，F在我們正在接近隧道的出口。隧道之外還有更多的可能性：從材料到架構的創(chuàng )新使新路徑成為可能，以及由新應用定義的新目的地。我們不再受隧道的限制，我們現在擁有無(wú)限的創(chuàng )新空間。