（文/程文智、周凯扬、李宁远、李诚）2021年已然结束，2022年已经拉开帷幕，在2022年半导体产业的什么技术会影响这一年的商业发展，又会有哪些技术会改变半导体产业的市场格局呢？<电子发烧友网>根据最新的市场信息，以及我们对未来技术发展的观察，总结出了2022年最值得期待的半导体产业十大技术趋势。根据我们的判断，它们是：半导体工艺、RISC-V、第三代半导体、DDR5、6G（包括卫星通信在内）、Micro LED、AI ISP、 屏下摄像头、先进封装、硅光芯片。
Micro LED显示技术对芯片的需求量，往往以是以万级甚至十万级单位计算。作为一项门槛极高的技术，Micro LED芯片目前仍存在许多技术难题。其中巨量转移依然是困扰行业进入量产环节最大的困难，也就如何把几百万甚至上千万颗的Micro LED芯片，从小小的几寸晶圆上面，转移到Micro LED显示屏的驱动基板上去。目前市场上的巨量转移技术主要有静电、磁力、辅助材料的粘力，以及几何定位四种方式。前三种利用排斥与吸引的作用力转换，或辅助材料粘力的提升与消除来实现批量芯片的吸附、对位与释放；后者则通过把芯片切割成几何异形，再混入到流体中，不断冲涮蚀刻有同样几何形状空穴位置的基板，让芯片填满基板上的空穴来完成巨量转移环节。在Micro LED技术发展技术路径上，基板技术、Pick & Place和巨量转移各有优势，但是现阶段针对MiniLED来说，Pick & Place更为成熟，后续会往基板技术和巨量转移发展。
ISP内部包含 CPU、SUP IP、IF 等设备，事实上这已经能将ISP看作是一个 SOC，可以运行各种算法程序，实时处理图像信号。而在ISP之上的AI ISP，这个用于智能终端的新一代智能图像处理引擎，突破了传统ISP图像处理的极限。高算力无疑是AI ISP永不会变的方向之一。视觉行业的特点要求能够对高分辨率、高帧率的视频应用AI进行实时调优，因此对芯片算法、算力的要求只会越来越高。特别是要求在端侧算力环境下，利用更高的算力高效实现AI ISP功能，将获得相比传统ISP更优的效果。基于深度学习的智能降噪技术发展也是不可忽视的一大助力。去噪一直是ISP的重要功能，传统的NR技术采用多级时域或空域滤波，且滤波器设计融合了多种异构类型，收益已逐渐降低。基于神经网络深度学习的降噪技术能显著提升信噪比，越多越多技术厂商也将其是为下一个发展方向。
硅光芯片作为采用硅光子技术的光芯片，是将硅光材料和器件通过特色工艺制造的新型集成电路。电子芯片的发展逼近摩尔定律极限，难以满足高性能计算不断增长的数据吞吐需求。硅光芯片用光子代替电子进行信息传输，可承载更多信息和传输更远距离，具备高计算密度与耗的优势。在400G光模块已经进入全面商用部署，800G光模块稳步推进样机研制与标准制定的背景下，1.6Tb/s光模块无疑是下一阶段发展的重点。提升光互联速率，增加互联密度是展现硅光技术的超高速、超高密度、高可扩展性的首要任务。
6G时代的全新生态首先会对芯片工艺提出挑战。100Gbps速率、亚ms级时延以及各种对计算能力的极致应用都对通信能力和计算能力提出了更高的要求。6G时代的芯片制程工艺因此必须向1nm甚至更低的节点迈进。同时6G终端不可避免的走向高集成化，高复杂化，低功耗化。这些要求离不开系统级芯片与系统级封装。只有借助半导体芯片制程工艺来实现终端系统功能集成才能在成本和周期、效能等方面满足要求。与此同时，6G芯片需要各种关键器件的也必须踏上新的发展方向。这些必须通过新材料和全新物理机制来实现才能从根本上解决传统器件在物理层面所受到的限制。因此，碳化硅、氮化镓、氧化镓等新材料的工艺突破也是6G技术发展中必不可少的一环。
半导体工艺在2021年迎来了重大的突破，首先是手机SoC的全面5nm化，接下来开始推进先进制程的是HPC与AI芯片。台积电、英特尔和三星等厂商均在今年订购了多台EUV光刻机，用于5nm的产能扩张以及后续制程的准备。然而目前EUV技术并不算成熟，其产量和良率与过去DUV相比仍有一定差距。此外，扩建先进制程的工厂建设周期并不短，成本却异常高。尽管各国各地区政府已经投入了一大笔资金，先进制程的产能仍在缓慢推进中，2022年的供应局面仍然有待观察。光刻机制造商ASML仍在研发下一代高NA的EUV光刻机，但预计要2024年以后才会正式投入使用，届时我们才会真正迈入2nm或是20A之后的时代。2021年可以说是3到5nm先进制程普及的第一年，2022年我们将见证首批4nm芯片的陆续面世。与此同时，7nm及之前的成熟制程受到产能影响仍然吃紧，但在扩大产能的热潮过去后，更低的流片和生产成本势必会为IoT等市场带来新一批机遇。
对于RISC-V这一架构来说，2021年可以说是意义非凡的一年。加入RISC-V基金会的公司和组织增长了130%，已经投入市场的RISC-V核心数量也预计在20亿以上，且这个数字将在2022年和2023年再翻一番。RISC-V也在2021年迎来了15项新规范，进一步增强了该架构在虚拟机、ML推理等工作负载上的表现，为RISC-V用于汽车、工业和数据中心等场景提供了更多的机会。小到DSP，大到千核的AI加速器，半导体业界已经开始注意到RISC-V的扩展性潜力，陆续推出了诸多RISC-V芯片。这种趋势在国内更为显著，毕竟RISC-V基金会中四分之一到三分之一的厂商都是国产公司。在这之前，从未有过任何开源框架达到如此庞大的影响力。开源生态对这一开源架构充满了好感，从Linux基金会近来的紧密合作就可以看出。尽管在高性能核心上，RISC-V与ARM或x86仍有一定的差距，但在头部IP公司的努力下，毋庸置疑的是，这个差距正在日渐缩小，未来基于RISC-V的手机和笔记本或许已经离我们不远了。而对于渴望更快进入市场的初创或小型半导体公司来说，RISC-V成了低成本高潜力的不二之选。
在疫情的进一步推动下，人工智能的场景和需求持续增加，需要处理的数据量也呈现爆发的态势，算力的增长成了解决该问题的最直接途径。除了利用更先进的工艺来提高晶体管密度和PPA以外，异构计算也起到了极大的作用，而要想实现异构计算，必然离不开先进封装技术。首先就是逻辑、存储和I/O芯片的集成封装和Chiplet的设计，为了追求更大的带宽和更低的延迟，越来越多的芯片设计厂商都在尝试先进的2.5D和3D封装技术。所有代工厂商也在持续演进旗下的先进封装技术，比如台积电的CoWoS=S/L和SoIC、英特尔的Foveros和三星的X-Cude都在2021年公布了未来的路线图。在行业看来，单单依靠摩尔定律是无法持续推动半导体创新的，先进封装成了EDA、代工厂和IP厂商们主推的另一条蹊径。玩转了先进封装的芯片设计公司很有可能更快地实现弯道超车。
近年来第三代半导体产业备受关注，尤其是在电力电子领域，第三代半导体已成为电力系统高效、高速、高功率密度的代名词。随着“碳中和”目标日期的日益临近，具有耐高温、高频、高压和高功率密度的第三代半导体正式切入新能源赛道，推动绿色能源产业的发展，并有望成为绿色经济的中流砥柱。在汽车电气化、网联化、智能化快速发展的推动下，车用半导体市场需求进一步扩大，高功率密度、高电能转换效率的第三代功率半导体开启了快速“上车”模式。同时，受益于能源革命，储能产业也迎来了发展的上升期。受绿色能源产业的影响，第三代半导体也进入了黄金的发展周期。随着衬底产能的释放、材料价格下降、晶圆良品率提升和产线规模的扩大，进一步降低了第三代半导体与硅基器件的价格差距。乘着新能源产业发展的东风以及成本的不断下探，在未来第三代半导体将会迎来巨大的发展。
英特尔第12代Core处理器的发布，正式拉开了DDR5存储器发展的序幕。DDR5是DDR4的迭代，具有更高的频宽，峰值数据传输速率最高可达8.4Gbps，与DDR4相比传输速率提高了超过50%，同时DDR5也由DDR4的4个Bank群组提升至了8个，8倍的突发存取长度也从8倍提升至了16倍，综上所述，可以说DDR5在很多方面与DDR4相比，性能至少提升两倍或以上。2021迎来了DDR5的商用元年，并且不少内存企业也陆续发布了DDR5内存产品，不过目前属于DDR5发展的初期，在同等的内存规格中，DDR5的价格甚至高出DDR4近一倍的价格，前期市场渗透率堪忧。此前Omdia也对DDR5作出了相关的市场预测，随着生产技术的进步与生产良率的提高，预计到2021年底，DDR5的市场份额占1.1%，而DDR4的占比超过一半，达到了51.5%。预计到2022年DDR5占比会提升至10.7%，2023年超越DDR4，但与DDR4的市场份额差距不大，直至2024年DDR5才能站稳脚跟，取得压倒性的胜利。
手机全面屏时代已经到来，但目前市场上都手机还都以刘海屏、水滴屏、打孔屏为主，仅有中兴AXON 30、小米Mix4等少数做到了真正的全面屏手机，之所以真全面屏手机还未能成为主流的最大影响因素，就是屏下摄像头技术限制的问题。水滴屏、打孔屏、刘海屏的设计，让本应显示画面的区域，因摄像头的存在而略显突兀。随着人们的审美不断提升，推广屏下摄像头技术，发展真全面平已成为了手机产业的主要发展趋势。大胆预测，2022年屏下摄像头产品将会迎来产业的爆发，将手机产业推向一个新的高度。不过由于屏下摄像头方案成本较高的原因，屏下摄像头技术前期主要会分布在中高端手机应用中，相信在不久的未来，屏下摄像头技术将会在手机行业中全面普及。
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