我國科學(xué)家研制出 首個(gè)全模擬光電智能計(jì)算芯片 商用芯片的3000余倍

• 李波 2023年11月3日 來源：中研普華集團(tuán)、央視財(cái)經(jīng)、中研網(wǎng) 1270 83
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經(jīng)長期聯(lián)合攻關(guān)，清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)芯片的物理瓶頸，創(chuàng)造性提出光電融合的全新計(jì)算框架，并研制出國際首個(gè)全模擬光電智能計(jì)算芯片(簡稱ACCEL)。經(jīng)實(shí)測，該芯片在智能視覺目標(biāo)識(shí)別任務(wù)方面的算力可達(dá)目前高性能商用芯片的3000余倍，為超高性能芯片的研發(fā)開辟全

經(jīng)長期聯(lián)合攻關(guān)，清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)芯片的物理瓶頸，創(chuàng)造性提出光電融合的全新計(jì)算框架，并研制出國際首個(gè)全模擬光電智能計(jì)算芯片(簡稱ACCEL)。經(jīng)實(shí)測，該芯片在智能視覺目標(biāo)識(shí)別任務(wù)方面的算力可達(dá)目前高性能商用芯片的3000余倍，為超高性能芯片的研發(fā)開辟全新路徑。

該成果近日發(fā)表于《自然》雜志上。清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長戴瓊海院士表示，ACCEL未來有望在無人系統(tǒng)、工業(yè)檢測和人工智能大模型等方面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

目前團(tuán)隊(duì)僅研制出特定計(jì)算功能的光電融合原理樣片，亟需進(jìn)一步開展具備通用功能的智能視覺計(jì)算芯片研發(fā)，以便在實(shí)際中大范圍應(yīng)用。

《廣州開發(fā)區(qū)、廣州市黃埔區(qū)促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展辦法》今日發(fā)布，文件提到，鼓勵(lì)發(fā)展大硅片、光掩膜、電子氣體、光刻膠、拋光材料、高純靶材、光芯片等高端半導(dǎo)體制造材料，支持清洗設(shè)備、光刻機(jī)、刻蝕設(shè)備、離子注入、沉積設(shè)備、封裝設(shè)備(劃片機(jī)、減薄機(jī)、引線鍵合機(jī)、倒裝鍵合機(jī)及貼片機(jī)等)、檢測設(shè)備(測試機(jī)、探針臺(tái)等)以及單晶生長爐、外延生長爐等設(shè)備、關(guān)鍵零部件及工具國產(chǎn)化替代。

對(duì)當(dāng)年產(chǎn)值首次達(dá)到2000萬元、5000萬元、1億元、3億元、5億元、10億元的集成電路裝備、材料、零部件類企業(yè)，經(jīng)認(rèn)定，分別給予20萬元、50萬元、100萬元、200萬元、300萬元、500萬元的扶持，同一企業(yè)按差額補(bǔ)足方式最高扶持500萬元。

半導(dǎo)體材料行業(yè)概況

半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能(導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間，電阻率約在1mΩ·cm～1GΩ·cm范圍內(nèi))、可用來制作半導(dǎo)體器件和集成電路的電子材料。

自然界的物質(zhì)、材料按導(dǎo)電能力大小可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三大類。半導(dǎo)體的電阻率在1mΩ·cm～1GΩ·cm范圍(上限按謝嘉奎《電子線路》取值，還有取其1/10或10倍的;因角標(biāo)不可用，暫用當(dāng)前描述)。在一般情況下，半導(dǎo)體電導(dǎo)率隨溫度的升高而升高。

半導(dǎo)體材料可按化學(xué)組成來分，再將結(jié)構(gòu)與性能比較特殊的非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體單獨(dú)列為一類。按照這樣分類方法可將半導(dǎo)體材料分為元素半導(dǎo)體、無機(jī)化合物半導(dǎo)體、有機(jī)化合物半導(dǎo)體和非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體。

科學(xué)家們表示，最新研究有望讓人造皮膚、智能繃帶、柔性顯示屏、智能擋風(fēng)玻璃、可穿戴的電子設(shè)備和電子墻紙等變成現(xiàn)實(shí)。昂貴的原因主要因?yàn)殡娨暀C(jī)、電腦和手機(jī)等電子產(chǎn)品都由硅制成，制造成本很高;而碳基(塑料)有機(jī)電子產(chǎn)品不僅制造方便、成本低廉，而且輕便柔韌可彎曲，代表了“電子設(shè)備無處不在”這一未來趨勢。

從半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)鏈來看，上游為原材料，包括金屬、合金、碳化硅、氮化鎵等。中游為基體材料、制造材料和封裝材料，基體材料主要用于制造硅晶圓或化合物半導(dǎo)體;

制造材料主要是將硅晶圓或化合物半導(dǎo)體加工成芯片所需的各種材料;封裝材料是包裝和切割芯片時(shí)使用的材料。下游為集成電路、半導(dǎo)體分立器件、光電子器件和傳感器等。

半導(dǎo)體材料市場發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查

以前的研究表明，碳結(jié)構(gòu)越大，其性能越優(yōu)異。但科學(xué)家們一直未曾研究出有效的方法來制造更大的、穩(wěn)定的、可溶解的碳結(jié)構(gòu)以進(jìn)行研究，直到此次祖切斯庫團(tuán)隊(duì)研制出這種新的用于制造晶體管的有機(jī)半導(dǎo)體材料。有機(jī)半導(dǎo)體是一種塑料材料，其擁有的特殊結(jié)構(gòu)讓其具有導(dǎo)電性。

在現(xiàn)代電子設(shè)備中，電路使用晶體管控制不同區(qū)域之間的電流?？茖W(xué)家們對(duì)新的有機(jī)半導(dǎo)體材料進(jìn)行了研究并探索了其結(jié)構(gòu)與電學(xué)屬性之間的關(guān)系。

制備不同的半導(dǎo)體器件對(duì)半導(dǎo)體材料有不同的形態(tài)要求，包括單晶的切片、磨片、拋光片、薄膜等。半導(dǎo)體材料的不同形態(tài)要求對(duì)應(yīng)不同的加工工藝。常用的半導(dǎo)體材料制備工藝有提純、單晶的制備和薄膜外延生長。

在單晶襯底上生長單晶薄膜稱為外延。外延的方法有氣相、液相、固相、分子束外延等。工業(yè)生產(chǎn)使用的主要是化學(xué)氣相外延，其次是液相外延。

金屬有機(jī)化合物氣相外延和分子束外延則用于制備量子阱及超晶格等微結(jié)構(gòu)。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金屬等襯底上用不同類型的化學(xué)氣相沉積、磁控濺射等方法制成。

根據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2016-2018年全球半導(dǎo)體材料市場規(guī)模逐年增長，2019年市場規(guī)模下降至521.4億美元，同比下降1.1%。隨著半導(dǎo)體需求持續(xù)增長，2020-2022年全球半導(dǎo)體材料市場規(guī)模快速上升，2022年達(dá)到727億美元，同比增長8.9%。

受益于5G、人工智能、消費(fèi)電子、汽車電子等領(lǐng)域的需求拉動(dòng)，全球半導(dǎo)體材料市場規(guī)模呈現(xiàn)波動(dòng)向上的態(tài)勢。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年CMP拋光材料占半導(dǎo)體材料市場比重達(dá)到7%。

在2022年全球半導(dǎo)體材料市場規(guī)模占比中，半導(dǎo)體硅片占比達(dá)到33%，在所有半導(dǎo)體材料中占比最高。此外，氣體占比14%，光刻膠及其輔助材料占比13%。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年半導(dǎo)體材料市場發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查及供需格局分析預(yù)測報(bào)告》顯示：

20世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命;20世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息時(shí)代。

超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設(shè)計(jì)思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。

納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強(qiáng)大的新型器件與電路，深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對(duì)抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

從區(qū)域分布情況來看，在全球的半導(dǎo)體材料市場中，中國臺(tái)灣和中國大陸分別位列前二，分別占比23%和19%，主要是由于部分材料國產(chǎn)化替代率的提高和半導(dǎo)體材料隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)同步向中國轉(zhuǎn)移。

但中國大陸整體產(chǎn)品仍集中在中低端半導(dǎo)體材料上，在高端半導(dǎo)體材料方面仍然有很大的發(fā)展空間，國產(chǎn)替代任重道遠(yuǎn)。

伴隨著國內(nèi)半導(dǎo)體材料廠商技術(shù)水平和研發(fā)能力的提升，中國半導(dǎo)體材料市場規(guī)模提升速度高于全球。2016-2022年國內(nèi)半導(dǎo)體材料市場規(guī)模由68億美元提升至129.8億美元，CAGR達(dá)到9.7%。

根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)顯示，2021年我國半導(dǎo)體硅片市場規(guī)模達(dá)119.14億元，同比增長24.04%，在全球市場中所占比重提升至13.2%。中國大陸的市場規(guī)模有望達(dá)到138.28億元，市占率將進(jìn)一步提升。

南大光電是一種微型電子器件或部件，是典型的知識(shí)密集型、技術(shù)密集型、資本密集和人才密集型的高科技產(chǎn)業(yè)。

一季度公司整體業(yè)績較去年同期有所下跌，但與2022年四季度相比均有所上升，分別環(huán)比增長23.64%、406.50%。這主要是得益于公司及時(shí)調(diào)整策略，在一季度扭轉(zhuǎn)去年四季度下降的趨勢。

隨著人工智能、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、5G、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新興市場的發(fā)展，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)步擴(kuò)張。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2019-2022年，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)銷售額保持逐年增長的趨勢，從4123億美元增長到5741億美元。

2023年第一季度，受市場周期和宏觀經(jīng)濟(jì)逆風(fēng)影響，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)銷售額達(dá)到1195億美元，較上年同期減少21.3%，這是自2019年一季度以來同比下降的最大降幅。

半導(dǎo)體材料行業(yè)市場未來發(fā)展空間及趨勢預(yù)測

未來在國家政策的推動(dòng)、集成電路領(lǐng)域國產(chǎn)替代加速、行業(yè)技術(shù)升級(jí)等多重利好加持下，半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化進(jìn)程將進(jìn)一步加速，國內(nèi)半導(dǎo)體材料企業(yè)有望受益，未來行業(yè)發(fā)展空間巨大。

中研普華利用多種獨(dú)創(chuàng)的信息處理技術(shù)，對(duì)市場海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、整理、加工、分析、傳遞，為客戶提供一攬子信息解決方案和咨詢服務(wù)，最大限度地降低客戶投資風(fēng)險(xiǎn)與經(jīng)營成本，把握投資機(jī)遇，提高企業(yè)競爭力。

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  2023-2028年半導(dǎo)體材料市場發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查及供需格局分析預(yù)測報(bào)告

  半導(dǎo)體材料行業(yè)研究報(bào)告中的半導(dǎo)體材料行業(yè)數(shù)據(jù)分析以權(quán)威的國家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用宏觀和微觀相結(jié)合的分析方式，利用科學(xué)的統(tǒng)計(jì)分析方法，在描述行業(yè)概貌的同時(shí)，對(duì)半導(dǎo)體材料行業(yè)進(jìn)行細(xì)化分...

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