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2020年半導體技術9大趨勢展望

2019年是全球半導體行情最壞的時代,同時也是最好的時代。正所謂大浪淘沙、沉者為金,在經過了一輪市場洗禮之后,如今依舊留在戰場上的,必定是擁有核心競爭力的勝出者。

一、2020 年,新技術領域測量的重要性將會更加凸顯。

2020年,5G相關的先進應用將呈現爆炸式增長。這些新的應用需要使用更高的頻率,尺寸也更加小巧。為了支持這一增長,測量領域會有三大發展趨勢:

(一)針對設計和仿真、OTA性能測試、天線系統以及測量的新課程與新實驗將被納入核心的工程專業課程。

(二)新的測量技術(包括硬件、軟件和校準)將得到發展,并成為主流產品不可或缺的一部分。

(三)新的電子產品和解決方案的開發人員將會采用不同的工具、技術指標和術語來描述和驗證他們的設計成果。

此外,更多的新技術、新應用將會普遍通過軟件方式來實施,這在聯網應用和基于位置或導航的智能手機的應用中尤為明顯。因此,軟件對軟件的測量將會激增,而軟件工具鏈之間的互操作性更會成為重點。新的標準和認證體系將被創建出來,影響產品的開發過程,并且對的營銷策略產生影響,以確保消費者了解以軟件為中心的產品的優缺點。 

AI領域,實施人工智能體系結構的專用處理器(如 GPU 和芯片)將會大量涌現。這些人工智能架構決定了網絡如何處理和傳送信息,并確保信息的安全性、隱私性和完整性。量子計算和量子工程在2020年仍將處于積極宣傳的階段,但隨著量子位元數量的增長,從一開始就擁有對量子系統進行控制、測量和糾錯的能力顯得越發重要。

可以預測到,隨著測量與計算機操作融為一體,有利于實現實用量子計算機的設計人員需要掌握相關測量技術和技巧,能讓量子計算邁入主流。

二、連接數據孤島,為數據開發帶來新思路。

眾所周知,領先的企業會收集數據,但通常是把數據存儲在一個個獨立的功能模塊之下,例如研發設計、生產前驗證、制造、運營和服務等。

來到2020年,企業將開始采用現代云架構連接數據孤島,例如本地部署的私有云,或者AWS或Azure等公有云。通過將這些數據集中化,企業可以把整個開發過程的績效關聯起來,從早期設計、制造到現場部署,最后再回到設計。這將給企業帶來許多益處,包括快速收集和整理數據、更快地調試新產品設計、預見制造流程中存在的問題和提高產品質量。

為了獲得這些優勢,企業將在計算基礎設施上進行投入,并確定如何存儲數據(包括文件的位置和數據結構),以及選擇分析工具來遴選和處理數據,從而識別異常情況和并發現趨勢。此外,企業將改變工作方式,把注意力轉移到由數據驅動的決策上。

三、5G和數據中心。

5G是2020年不可或缺的元素之一。5G新功能將給網絡帶來承載壓力,數據中心和網絡將暴露出新的瓶頸。 

一是工業物聯網應用將帶來接入量的極大增加,而車聯網對時延提出了更嚴苛的要求。為了應對接入量的增加和滿足嚴苛的時延要求,邊緣計算將變得愈發重要。

二是越來越高的數據速率對數據中心提出了更高的要求。數據中心需要具備更快速的存儲設備、更快的數據總線和更快的收發信機。除了需要滿足速度和靈活性要求之外,能夠追溯客戶在整個網絡中的活動,從而實現應用盈利,將是升級到最新標準的主要驅動力。

三是2020年,先進的設計、測試和監控能力將確保網絡和產品達到預期的性能及容錯可靠性。為了構建未來的網絡基礎架構,芯片組和產品制造商、軟件公司、網絡運營商、云服務公司和國際標準組織之間的合作將變得更為密切。

四、5G走向成熟將面臨大量挑戰。

此外,5G涉及了多方面的技術變革,將帶來橫跨多個領域的新技術挑戰。

2020年行業的變遷體現為:從最初一小部分先行者試行5G網絡,擴展到5G網絡在全球的商業化,各大洲及許多國家的多家運營商都將擁有商業5G網絡。

具體來看,5G網絡的早期使用者規模將擴大,而那些在2020年開始啟用5G網絡的企業,將能夠迅速解決最初部署過程中遇到的問題。第二代設備和基站將推向市場,新5G標準持續演進,3GPP Rel-16版本將出爐。

此外,業界在2020年所面臨的關鍵技術挑戰將包括:確保3.5-5GHz中頻頻段的性能,在毫米波段實現移動通信,過渡到完全獨立組網(SA)的5G網絡,解決集中式 RAN 和移動邊緣計算(MEC)的架構分解和標準問題。

五、IoT的2.0版本——物的交互(Interaction of Things)。

隨著商用接受度的逐步提高,公共部門應用的增加以及行業部署的加快推進,物聯網將成為主流。來到2020年,“物聯網(Internet of Things)”將變成“物的交互(Interaction of Things)”。

屆時,我們會看到物聯網將從“許多設備連接到網絡”變成“物的交互網絡”,即許多設備之間可以高效地交流與協作,“智能”體驗的水平也會提高。

強大的設備之間能夠協同作業,從而快速、有效地執行相關操作,無需人工干預。這一轉變會在許多關鍵任務型應用中體現的淋漓盡致,如數字醫療領域的遠程機器人手術或智能出行領域的自動駕駛

在這些應用從 “物的交互網絡”中獲益的同時,新的解決方案也將被開發出來,以確保它們不受“物的干擾”,尤其是在通信故障和網絡干擾可能帶來毀滅性或危及生命的情況下。工業4.0應用和智慧城市應用亦是如此——正常運行必須得到保障。

六、數字孿生將成為主流,將為設計工程師帶來福音。 

2020年,數字孿生技術趨于成熟,并憑借其加速創新的能力而成為主流。為了充分發揮該技術的優勢,企業將尋求先進的設計和測試解決方案來無縫驗證和優化他們的虛擬模型和物理實體,以確保二者的一致性。 

七、2020年自動駕駛汽車仍在孕育中。

雖然當前車輛已具備主動巡航控制功能,但要實現全自動駕駛尚待時日。2020年,車載傳感器的數量和復雜程度將會增加,但全自動駕駛汽車需要更加普遍的5G網絡連接和更高級的人工智能技術。 對于這些領域的發展,預測如下:

  • 2020年,電動汽車或混合動力汽車的銷量占比將從個位數增長至兩位數,出貨量將是去年的三倍。

  • 第一個C-V2X網絡將在中國面世,但在 5G 第 16 版發布升級版標準之前,該網絡只會在 LTE-V 網絡上運行。

  • 傳感器和車載網絡技術將繼續快速發展,因此需要更快的車載網絡。2020年,將出現基于千兆以太網的車載網絡。大幅改進的傳感器技術使人工智能開發者能夠實現新的性能水平。

八、系統級設計、測試和監測將發生巨大的轉變。

互聯世界將改變性能、可靠性和完整性的評估方式。

傳感器系統連接到了通信系統,通信系統又與機械系統相連。2020年,為了充分發掘傳感器系統的潛力,必須采取新的系統級測試方法。 

目前,已有可用的雷達天線和雷達收發器模塊測試方案。然而,集成在汽車內的多天線雷達系統,需要采用不同的測試方法。而且數據中心、任務關鍵型物聯網網絡、汽車以及各種復雜的新型5G應用同樣如此。

2020年,電子行業將會重點關注系統級測試。系統級測試將被視為確保在互聯世界實現端到端性能、完整性和可靠性的最終的決定性步驟。

九、教育的重點將轉向培養下一代工程師。

學術界將與業界合作,以跟上技術發展的步伐,并將認證項目、行業儀器和自動化系統納入教學實驗室,從而為學生提供當前實際應用方面的培訓。

為了適應物聯網的新趨勢,大學的工程教育將采用綜合、全面、多學科的課程設置。并將結合基礎電子、網絡、設計工程、網絡安全和嵌入式系統等學科,同時更加重視技術對社會和環境的影響。

值得期待的是,在人工智能、自動化和機器人技術方面,大學將把認知科學和機電一體化等當前細分領域的課題納入必修課程。

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