4 月 24 日，三星電子宣布，將在未來(lái) 10 年內(nèi)（至 2030 年）在包括代工服務(wù)在內(nèi)的其邏輯芯片（主要指 CPU、GPU 等計(jì)算芯片）業(yè)務(wù)上投資 133 兆韓元 (約 1158 億美元 )，以期超越臺(tái)積電，成為全球第一大芯片代工廠，并維持對(duì)英特爾的領(lǐng)先，坐穩(wěn)全球第一大半導(dǎo)體廠商的寶座。

　　該筆投資將包含 73 兆韓元的國(guó)內(nèi)研發(fā)，以及 60 兆韓元的生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，預(yù)計(jì)將為每年平均投資 11 兆韓元。

　　知乎芯片話題優(yōu)秀回答者“Forever snow”（西南交通大學(xué)微電子系研究所博士、副教授、碩導(dǎo)、副系主任邸志雄）稱，業(yè)界普遍看好邏輯芯片的未來(lái)發(fā)展，三星、蘋(píng)果、華為、Xilinx、英偉達(dá)等公司紛紛投入巨資發(fā)展邏輯芯片，并陸續(xù)收購(gòu)有潛力的初創(chuàng)公司。面向數(shù)據(jù)中心以及云端高性能算力需求的異構(gòu)架構(gòu)邏輯芯片，在未來(lái)將面臨軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)、高效任務(wù)和資源調(diào)度、多芯片集群計(jì)算、高速互連等技術(shù)挑戰(zhàn)。

　　以下為知乎用戶“Forever snow”的回答全文：

　　一、邏輯芯片“芯芯”向榮的前景

　　雖然在過(guò)去的 2018 年晶圓代工行業(yè)整體產(chǎn)能略寬松，但是，近年來(lái)隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、5G 等新興應(yīng)用場(chǎng)景強(qiáng)勢(shì)崛起，給邏輯芯片的算力和能效比帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，挑戰(zhàn)即意味著誘惑，作者認(rèn)為如下兩個(gè)趨勢(shì)豐富了邏輯芯片在未來(lái)的美好愿景。業(yè)界普遍看好邏輯芯片的未來(lái)發(fā)展，三星、蘋(píng)果、華為、Xilinx、英偉達(dá)等公司紛紛投入巨資發(fā)展邏輯芯片，并陸續(xù)收購(gòu)有潛力的初創(chuàng)公司。

　　1、云端算力需求欲壑難填。

　　當(dāng)前，云端和數(shù)據(jù)中心已成為 CPU/GPU/FPGA 巨頭廝殺的修羅場(chǎng)，Intel、NVIDIA、ARM、Xilinx 等都期望研發(fā)超高算力的邏輯芯片來(lái)在未來(lái)的數(shù)據(jù)中心中獨(dú)占鰲頭。機(jī)器學(xué)習(xí)，人工智能（AI），深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)分析等新興云應(yīng)用創(chuàng)造了對(duì)更強(qiáng)大數(shù)據(jù)中心的需求，為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)中心必須采用新型架構(gòu)和專門的高性能和高能效比的算力芯片，傳統(tǒng)的 CPU 已經(jīng)難以應(yīng)對(duì)。為此，Intel、Xilinx、NVIDIA 在異構(gòu)分布式計(jì)算邏輯計(jì)算系統(tǒng)領(lǐng)域各顯神。

　　2018 年 10 月，Xilinx 推出了 ACAP 架構(gòu) FPGA，該架構(gòu)整合了硬件可編程邏輯單元、軟件可編程處理器、以及軟件可編程加速引擎的計(jì)算平臺(tái)；NVIDIA 與 2019 年 3 月宣布收購(gòu) Mellenox，以增強(qiáng)其 GPU 在數(shù)據(jù)中心的競(jìng)爭(zhēng)力；Intel 先后將 Altera、eASIC、Omnitek 收入麾下，并于 2019 年 4 月宣布推出 Agilex FPGA，結(jié)合了基于 Intel10 納米制程技術(shù)構(gòu)建的 FPGA 結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新型異構(gòu) 3D SiP 技術(shù)，將模擬、內(nèi)存、自定義計(jì)算、自定義I/O ，英特爾 eASIC 和 FPGA 邏輯結(jié)構(gòu)集成到一個(gè)芯片封裝中。

　　面向數(shù)據(jù)中心以及云端高性能算力需求的異構(gòu)架構(gòu)邏輯芯片，在未來(lái)將面臨軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)、高效任務(wù)和資源調(diào)度、多芯片集群計(jì)算、高速互連等技術(shù)挑戰(zhàn)。

　　2、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)算力需求強(qiáng)勁，通用計(jì)算漸行漸遠(yuǎn)，可定制計(jì)算方興未艾。

　　除傳統(tǒng)的云端算力需求外，IDC 去年發(fā)布的《中國(guó)制造業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)預(yù)測(cè) 2016-2020》報(bào)告中顯示，邊緣計(jì)算將成為下一個(gè)熱點(diǎn)，未來(lái)有超過(guò) 50% 的數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)分析、處理與儲(chǔ)存。到 2020 年將有超過(guò) 500 億的終端與設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，未來(lái)超過(guò) 50% 的數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)分析、處理與儲(chǔ)存，邊緣計(jì)算所面對(duì)的市場(chǎng)規(guī)模非常巨大。根據(jù)思科全球云指數(shù)的預(yù)估，到 2019 年，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的 45% 將會(huì)在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、及分析，而全球數(shù)據(jù)中心總數(shù)據(jù)流量預(yù)計(jì)將達(dá)到 10.4ZB。到 2020 年， 連接到網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線設(shè)備數(shù)量將達(dá)到 500 億。[本段文字引用自 Weisong Shi, Jie Cao, Quan Zhang, Youhuizi Li and Lanyu Xu, Edge Computing: Vision and Challenges, IEEE Internet of Things Journal, Vol. 3, No. 5, October 2016, pp. 637-646.]

　　通過(guò)這些數(shù)據(jù)可以得出兩個(gè)結(jié)論：（1）未來(lái)以物聯(lián)網(wǎng)等為代表的新興應(yīng)用勢(shì)必再次引爆集成電路的需求。（2）依托物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的邊緣計(jì)算將無(wú)處不在。智能家居、智能交通、智慧城市、無(wú)人駕駛等越來(lái)越多的應(yīng)用服務(wù)計(jì)算都將在本地的局部邊緣完成計(jì)算和處理，而不再通過(guò)云端服務(wù)器完成。從“云”和“邊緣”的角度來(lái)看，處于邊緣環(huán)境中心的計(jì)算設(shè)備必須具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理能力、高效的數(shù)據(jù)壓縮能力、完備的安全防護(hù)能力，這樣才能確保安全、高效地完成本地邊緣環(huán)境中的高速實(shí)時(shí)計(jì)算，同時(shí)借助有限的網(wǎng)絡(luò)以更高傳輸效率與“云”中大型計(jì)算設(shè)備進(jìn)行通信。

　　因此，以物聯(lián)網(wǎng)為依托的未來(lái)邊緣計(jì)算場(chǎng)景具有如下的特點(diǎn)：極具差異化的邊緣環(huán)境、更高更快更強(qiáng)的邊緣處理設(shè)備。差異化的邊緣環(huán)境，將將導(dǎo)致基于通用 CPU 的計(jì)算將無(wú)法滿足差異化的功能和算力需求，有可能將引導(dǎo)芯片設(shè)計(jì)趨于可訂制化計(jì)算，甚至在邏輯芯片設(shè)計(jì)方法學(xué)中出現(xiàn)如下設(shè)計(jì)理念：在差異化中尋求最大公因子，積累 IP，沉淀快速重構(gòu)軟件方法學(xué)，通過(guò)搭積木當(dāng)方式快速完成差異產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和芯片與服務(wù)的部署。

　　3、航天航空等特殊領(lǐng)域也面臨新的算力需求，邏輯芯片為人類探索太空助力。

　　以平方公里射電陣（Square Kilometre Array，縮寫(xiě)為 SKA)為例，SKA 是一個(gè)巨型射電望遠(yuǎn)鏡陣列，僅 SKA 一期，每秒產(chǎn)生的觀測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)模為 160TB，一年觀測(cè)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)規(guī)模為 300PB。因此，如何實(shí)時(shí)處理和分析如此巨大的數(shù)據(jù)，已經(jīng)成 SKA 項(xiàng)目面臨的問(wèn)題。當(dāng)前，參與的科學(xué)家采用了 FPGA 作為算力核心芯片。

　　二、欲變軌超車的中國(guó)邏輯芯片行業(yè)

　　2018 年，“中興事件”將中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的窘境推到前臺(tái)，隨著“中國(guó)制造 2025”的實(shí)施，我國(guó)正在從“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”轉(zhuǎn)型，引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新”的技術(shù)路線已難以滿足高質(zhì)量發(fā)展需求，中國(guó)高鐵、5G 通信、人工智能等領(lǐng)域必須走自主創(chuàng)新的中國(guó)技術(shù)路線。。2018 年，集成電路再次被寫(xiě)入政府工作報(bào)告，位列實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展第一位

　　當(dāng)前，大陸在邏輯芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，RISC-V 和 AI 風(fēng)頭無(wú)二，各個(gè)地方政府分別推出了支持 RISC-V 處理器和 AI 芯片的優(yōu)惠政策。2018 年全球 25 家 Fabless 半導(dǎo)體初創(chuàng)公司融資排行榜中，共有 7 家中國(guó)公司入圍，其中寒武紀(jì)更是成為全球人工智能領(lǐng)域第一個(gè)獨(dú)角獸。

　　同時(shí)，依托我國(guó)在全球整機(jī)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，整機(jī)廠商陸續(xù)進(jìn)入邏輯芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域。2018 年 8 月 14 日格力電器 10 億元注冊(cè)集成電路全資子公司——珠海零邊界集成電路有限公司，正式將芯片產(chǎn)業(yè)作為未來(lái)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。中興事件期間，阿里全資收購(gòu)了擁有國(guó)產(chǎn)自主可控處理器技術(shù)的中天微，2018 年 9 月 19 日，阿里巴巴宣布成立的芯片公司“平頭哥半導(dǎo)體有限公司”，同時(shí)還投資了寒武紀(jì)、Barefoot Networks、深鑒科技、耐能（Kneron）、翱捷科技（ASR）等知名芯片初創(chuàng)公司。阿里巴巴認(rèn)為半導(dǎo)體芯片在阿里生態(tài)中處于上游，是平臺(tái)構(gòu)建的基礎(chǔ)，沒(méi)有芯片，不僅云計(jì)算、金融、物聯(lián)網(wǎng)等難以開(kāi)展，阿里平臺(tái)上沉淀的海量數(shù)據(jù)的價(jià)值更無(wú)法充分挖掘。

　　此外，在邏輯芯片的晶圓代工領(lǐng)域，中芯國(guó)際的 14 納米 FinFET 技術(shù)研發(fā)正在順利推進(jìn)，預(yù)計(jì)于 2019 年內(nèi)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。隨著摩爾定律節(jié)奏放緩，14nm 節(jié)點(diǎn)的突破，將證明中國(guó)的晶圓代工水平邁入全球中高端水平，受益于此，國(guó)產(chǎn)邏輯芯片將可能更上一層樓，受到更多高端智能設(shè)備的青睞。

　　背景知識(shí)：

　　一、什么是邏輯芯片？

　　所謂的邏輯（logic）芯片，通常主要是跟模擬（analog）芯片、射頻（RF）芯片對(duì)比來(lái)說(shuō)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，我們身處的自然界是一個(gè)模擬信號(hào)的世界。我們每時(shí)每刻聽(tīng)到的聲音、看到的景象、觸摸到的凹凸感，以及周圍環(huán)境和物體的溫度、濕度等等，都是模擬信號(hào)。還有，諸如物體（飛機(jī)、汽車等）移動(dòng)的軌跡等，也是模擬信號(hào)。除此以外，電磁波、微波等人體無(wú)法感知的信號(hào)，也是模擬信號(hào)。

　　邏輯芯片，顧名思義，其理論基礎(chǔ)就是數(shù)字邏輯代數(shù)，“0”和“1”就是邏輯芯片的一切，0-1 只表示兩種不同的邏輯“假”或“真”，并無(wú)大小量綱。鑒于模擬信號(hào)無(wú)法存儲(chǔ)，自然界的聲音、圖像、溫度、濕度、運(yùn)動(dòng)軌跡等模擬信號(hào)被采樣和量化后，便轉(zhuǎn)化成了數(shù)字0/1 信號(hào)的編碼，我們就可以使用存儲(chǔ)將這些編碼存儲(chǔ)下來(lái)，即使過(guò)若干年，也能完整的重現(xiàn)。如錄音筆、數(shù)碼相機(jī)等。更為重要的是，這些存儲(chǔ)的信息，還可以進(jìn)行信息提取、壓縮和處理等。可以說(shuō)，數(shù)字信號(hào)及其相關(guān)學(xué)科是使得現(xiàn)代生活變得如此便捷和豐富多彩的重要科學(xué)基礎(chǔ)和技術(shù)手段。而處理這些0/1 信號(hào)的芯片，就是我們所說(shuō)的邏輯芯片。

　　在生活中，大部分電子設(shè)備都同時(shí)搭載了邏輯芯片和模擬芯片。以手機(jī)為例，邏輯芯片主要包括 CPU、ISP、音頻編解碼器等，其主要負(fù)責(zé)數(shù)字信號(hào)的邏輯運(yùn)算。邏輯芯片工藝比較統(tǒng)一，目前大多已經(jīng) SoC 化，手機(jī)中大部分邏輯芯片都集成到了幾個(gè)核心芯片中。其工藝制程緊緊跟隨摩爾定律，尤其是應(yīng)用于高性能計(jì)算的處理器，幾乎每款高端產(chǎn)品都使用了當(dāng)前最先進(jìn)的工藝，如華為海思的麒麟 980。模擬芯片主要包括 RF 收發(fā)器、功率放大器、電源管理芯片、PLL 等，工藝各異，每塊芯片的功能相對(duì)都比較單一。除非有極低功耗和極高性能的需求，模擬芯片一般不要求先進(jìn)工藝，但是工藝線各具特色，目前業(yè)界大部分公司仍然用 0.18um/0.13um 等。

　　二、邏輯芯片產(chǎn)業(yè)格局

　　當(dāng)前，邏輯芯片的產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)高度專業(yè)化的格局，形成了 IDM（集成設(shè)計(jì)與制造）、Fabless（無(wú)晶圓設(shè)計(jì)）、IP Vendor（IP 供應(yīng)商）、Foundry（晶圓代工）等細(xì)分領(lǐng)域。Intel 和三星是當(dāng)今少有的幾家 IDM 公司，即同時(shí)擁有芯片設(shè)計(jì)部門與晶圓制造廠。Intel 在前幾年開(kāi)放了晶圓產(chǎn)線，希望吸引其他 fabless 公司共享其先進(jìn)的工藝以獲得新利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，但運(yùn)營(yíng)情況不佳。三星的晶圓廠除制造本公司的芯片外，還有代工業(yè)務(wù)，但是外部代工收入占比較少。

　　（1）IDM 與晶圓代工領(lǐng)域

　　盡管三星在晶圓制造、芯片設(shè)計(jì)兩個(gè)方面同時(shí)面臨臺(tái)積電、蘋(píng)果、高通等強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，但是依然保持了極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。據(jù)知名市調(diào)機(jī)構(gòu) Gartner 發(fā)布的 2018 全球半導(dǎo)體市場(chǎng)營(yíng)收?qǐng)?bào)告顯示，2018 年三星電子全年?duì)I收 759 億美元，以 15.9% 的市場(chǎng)份額力壓 Intel 排名榜首，同比 2017 年增長(zhǎng) 26.7%。

　　TrendForce 發(fā)布的最新研究報(bào)告顯示，2019 年第一季度，三星位列晶圓代工營(yíng)收榜單第二名，超越了 globalfoundry、UMC 等一系列對(duì)手，僅次于該領(lǐng)域的王者臺(tái)積電。

　　（2）Fabless 領(lǐng)域

　　2019 年三月，DIGITIMES Research 發(fā)布了 2018 年全球前 10 大 IC 設(shè)計(jì)公司排名，其中美國(guó)占 6 家：博通、高通、英偉達(dá)、AMD、Marvell、Xilinx (賽靈思)；中國(guó)臺(tái)灣 3 家：聯(lián)發(fā)科技、聯(lián)詠科技(Novatek)、瑞昱(Realtek)；大陸只有華為海思入圍，排名第5，距離亞洲第 1 的 MTK 只有一步之遙。得益于華為長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)芯片設(shè)計(jì)的高研發(fā)投入，海思的營(yíng)收增長(zhǎng)率一騎絕塵。

　　責(zé)任編輯：haoguan

總結(jié)

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