ICT融合趋势下的半导体技术和市场发展趋势

丰德伟

摘   要：随着科学技术水平的快速进步和经济市场需求不断扩大，信息技术与通信技术以及网络技术得到了广泛的推广与应用。芯片是电子产业和工业设备的灵魂，在市场需求和现代工业生产推动下，信息与通信技术产业，即ICT产业与半导体产业的发展产生的交互影响，对于半导体芯片产业的发展也起到了更多的推动作用，ICT产业本身是我国半导体产业的核心市场发展方向，而半导体芯片的研究发展又推动了信息技术与通信技术的快速融合。所以，通过ICT产业的整体现状和发展趋势可以看出，半导体技术和市场未来的发展必然会朝着芯片整体架构软件的定义化、低能耗等方向迈进。

关键词：ICT产业;半导体芯片;融合趋势下;市场发展趋势

半导体技术的历史可以追溯到19世纪30年代，由电子学之父法拉第首先发现的半导体现象。经过长达百年的演变和研究，逐渐实现单元素的半导体材料的选定和应用。发展到现代，半导体技术已经在多领域实现了广泛应用，主要是指以半导体材料进行组件和集成电路制作的技术，其命名是源于元素周期表里按照导电性分类所划分的导体、半导体与绝缘体的性质分类。所以，半导体技术产业又被称为电子产业。目前，半导体技术应用最为广泛的领域是集成电路，在手机、电脑、电气设备、家用电器和信息产品当中都有集成电路，发挥各种控制功能，类似于人类的大脑和神经网络。

1    当前半导体技术市场的发展历程

半导体产业是国家发展工业设备和各种电子产品、信息技术产品的基础支柱型产业，是各种工业设备、计算机、电子产品、网络通信产品、汽车电子产品、电气设备等多项领域集成控制技术的核心部分。我国的半导体技术市场一直较为落后，根据不完全统计，全球半导体技术产业市场规模已经逐渐达到4 500亿美元，我国在其中的进口占比高达50%。我国的半导体技术产业一直处在国际发达国家芯片企业的压制之下，在很大程度上制约了我国半导体技术产业、信息产业的发展[1]。

早在20世纪中期，从世界上第一个三极管发明之后，电子工业就将其作为主要目标进行创新发展，并由此引发了信息技术的开发热潮。经过30年的研究，在半导体技术推动下设计出的集成芯片开始呈几何倍数速度发展，集成芯片的性能和用途方面开始集中在信息技术市场，在市场和经济的刺激下，集成芯片开始进入摩尔时代。

半导体产业一直是现代信息科技发展的基础，也是世界上公认的现代科技的支柱型产业。全球市场中半导体产业的发展在规模上始终保持着稳定的增长速度，我国由于人口基数较大，而且市场需求也在不断增长，使得我国的半导体产业发展规模也在不断地提升，但在产值上却仍无法与世界发达国家相比，尤其在全球市场当中的规模仍然不乐观[2]（见图1）。

从这一统计占比数据可以看出，我国的半导体技术市场的规模发展仍然有着很大的提升空间，这其中所面临的挑战难以想象，其历程的艰辛可见一斑。

2    关于ICT产业技术概述

2.1  ICT产业技术概念

简单来说，信息通信技术（Information and Communications Technology，ICT）是属于信息与通信相结合而形成的新的技术领域，其核心在于利用信息技术与通信技术设备实现个人或企业接入达到使用标准的产业技术。随着信息化、智能化技术时代的到来，人们对于ICT技术的应用也越来越广泛。在当前的市场发展趋势和人们对于信息技术与网络端技术的需求不断增大形势下，电子信息设备和通信产业都得到了更大的发展机遇，将与物理世界相关联的虚拟世界展现在人们的面前。在IT和CT技术行业的发展下，所有的电子设备和信息设备都开始实现强大的计算功能。在联网技术的支持下，数字虚拟世界进一步得到完善，并将虚拟世界与物理世界之间的联系逐渐加深，呈现出不断融合的趋势[3]。

2.2  ICT产业类型

事实上，电子信息产业的发展离不开超大规模的集成电路技术的支持。从21世纪初开始，整个电子信息产业发生了巨大的变化。在IT和IC产业达到相匹配发展水平时，以个人电脑为核心的IT设备得到了快速的普及，IT产业呈现了爆发式的增长。发展到现代，电子产品和信息化设备走入了人们的家庭，智能手机、平板电脑、笔记本电脑已经逐渐成为人们生活中必不可少的辅助设备，并且在网络平台支持下逐渐实现了普及，同时，在ICT产业融合趋势下，也衍生了多种类型的ICT产业。

2.2.1  物联网技术

物联网是以信息技术和网络技术为基础，通过局部网络或通信技术，将传感器、控制器以及相关机械设备、人员及物资通过全新的渠道和方式联系在一起，形成人与物质、物质与物质之间的相互关联。利用信息化和远程管理控制系统以及智能化的网络平台，通过智能感知、识别技术与通信感知技术将网络当中的各种类型资源进行融合，使其成为覆盖一定城市范围的网络。物联网技术主要是由移动终端网络平台以及通信技术和云计算技术共同组成。在现代智能手机和移动客户端設备，将人与网络联系在一起，通过相关软件和大数据分析进行全国工业生产力的大规模激发，使得人们的生产生活更为便利，也更为快速，同时也更为清洁和安全，在省略多层中间商的基础上，使人们的生活和商品交易也实现了附加成本的节省[4]。物联网技术的核心主要包含了感知技术和识别技术，通过各类传感器和指纹识别系统，利用通信网络技术平台和大数据处理技术针对获取和收集的海量信息进行整理和分析，并从中挖掘出具有价值的内容。物联网的大规模推广和全面超过移动互联网以及个人电脑的强大功能为半导体技术市场的推广和发展提供了巨大的商机。

2.2.2  基于网络的信息通信技术

基于网络的信息通信技术已经不算是一种全新的概念，人们生活中已经逐渐普及了网络的信息通信。从定义上讲，网络通信属于较新的网络创新架构，是实现网络虚拟化的表现形式，同时也体现出了ICT产业技术的大部分特性，也是ICT产业技术发展的基础和前提。通过网络流量的灵活控制，将网络变成了渠道并付之于智能化。在强大的功能支持下，逐渐将网络的智能从硬件转移到了软件，用户可以不用进行硬件设备的更新就能够实现网络新功能的下载和应用，极大地增强了用户的使用体验。同时也简化和整合了部分控制功能，让网络硬件设备变得更加安全、稳定，还相应地降低了运行的成本，节省了大部分设备更新的成本投入，具有极高的经济性，且在厂商的不断努力下，国内逐渐可以实现对商业芯片和服务器技术的集成化，例如现在已经不断推广的5G通信。

对于我国的ICT产业来讲，自主研发的5G通信系统不仅是对3G和4G的延伸，同时也是我国ICT产业崛起的标志性特征。从技术角度来说，5G系统是依靠互联网对更大容量数据需求所产生的主要驱动力，我国人口数量急剧增长，对网络容量也造成了一定的影响。基于物联网的智能电网和智能家居以及智能城市等相关部分的通信业务和数据服务不断增长也成为我国国内ICT产业对5G网络研究的巨大助推力[5]。

2.2.3  网络和信息安全

随着网络平台技术的大范围覆盖，网络和信息的安全也成为人们逐渐重视的话题，相对而言，目前我国公共设施基础服务部门以及市场当中的各行各业都基本实现了信息化建设。其对信息和网络设备的应用逐渐涉及了更多的重要信息和商业机密，其中所蕴含的巨大经济价值驱使着人们开始利用网络和信息进行经济利益的获取。所以，基于网络系统硬件、软件以及系统数据信息的保护，人们提出了对网络和信息安全的研究和推广。更多的人开始注重对自己的信息和所使用的网络系统以及系统中数据的可控、可信程度的关注[6]。从不同意义上说，网络和信息安全是ICT产业发展的重要组成环节，对其产业技术的研究和发展也有着极为重大的促进意义。

3    ICT融合趋势下的半导体技术和市场发展趋势

3.1  半导体芯片架构的软件定义化发展

对于ICT技术产业和半导体技术发展历程的描述看似毫无关联，但实际上，无论是信息技术还是通信技术或是相关的系统设备，都离不开半导体芯片的应用技术支持。无论是产品还是市场技术的发展，对于半导体技术而言，半导体芯片设计和功能以及相关的技术都需要进行不断的研究和开发，以适应和支持ICT产业的快速发展，如此才能跟上ICT产业不断融合的趋势，继续发挥其强大的作用和实际的功能。ICT产业的融合是从SDN开始的，并且在庞大的市场需求下得到了快速的发展，逐渐从软件定义存储发展到了软件定义无线电。从这一点上来说，ICT产业的融合是对原有应用的相关信息技术设备和通信网络进行技术研究和再优化，其最终目的是将ICT融合的架构形成基础通信硬件和专用的集成电路以及CPU[7]。半导体技术芯片与可软件化的ICT产品架构方面存在一定的相似度，按照当前的发展趋势来看，软件可定义的重构芯片架构已经逐渐成为发展的主流趋势，主要包括芯片组成部分的处理器、存储以及安全、通用的ICT功能模块、通用的标准接口等。

3.2  半导体封装的先进技术

半导体封装技术的先进性研究是未来发展当中结合半导体芯片尺寸以及功耗研究需求而得以配套研发的。但随着半導体制作工艺的进步，单纯缩减尺寸来提高芯片集成化程度、减小芯片面积一度出现了瓶颈。先进的封装技术需要不断发展变化才能够适应各种半导体新工艺和材料的要求，同时也是对成本和性能以及高集成度发起的挑战。随着芯片性能越来越高和其管脚数量越来越密集，传统的封装技术已逐渐无法满足其实际的需求，必须不断地进行研发和实际考量，才能够消除封装技术对半导体芯片制作工艺的阻碍[8]。

3.3  半导体技术的低功耗技术发展

按照当前智能化城市和生态文明城市建设的理念以及当前ICT技术产业融合的趋势和人们消费观念的影响，对智能化技术设备和相关智能通信技术设备的研究与推广将更加注重经济化和环保低功耗方向的研发，由此可以看出，半导体技术的未来发展趋势之一是结合低功耗技术。为了实现低功耗的数据交互，各个企业将会结合当前技术和ICT技术进行各种各样的通信技术研发。例如现在人们所熟悉的蜂窝无线通信技术，5G通信技术的研究和应用都在不同程度上实现了低功耗技术。通过不断减少设备之间的信令交互和简化设备接入方式以及研究设备连接网络的时间控制、延长设备休眠的时间等最大限度降低设备的功耗，实现对能源的节省和设备使用寿命的延长。对于半导体技术的低功耗技术发展研究，为实现芯片功耗的可控化，通常会采用时钟门控或多阈值设计、多电压设计、电源门控制、动态频率调整、动态电压频率调整、自适应电源调整等功耗技术，同时也要根据实际的设计基础和软件系统功能需求进行动态的调整，达到降低动态功耗的要求[9]。此外，还要注重半导体技术芯片的制作工艺和尺寸的降低以及核心电压的调整，使芯片功耗合理降低，目前很多品牌企业已经逐渐开始着手进行芯片的降低功耗研究。

4    结语

结合上述文章内容可以看出，半导体技术在ICT融合趋势下需要面对来自世界各发达国家的技术压制和市场挑战与技术挑战。但在ICT融合趋势下，也有更多的创新方向和待开发市场，尤其在市场需求和多产品技术融合刺激下以及通信技术功能的发展下所产生的跨界发展，也为半导体技术带来了更多的商机以及发展空间，目前对于半导体技术芯片的体积和封装技术、功耗方向、架构软件定义化的发展已经逐渐进入更高的领域，未来的发展趋势必然会带给世界更多的变化，尤其是国内通信技术、集成芯片的研究已经取得突破性的进展，5G技术已经开始进行大范围推广。虽然国际上在利益驱使下与国内市场发展的竞争会不断加剧，但相信国人的技术智慧必然会赶上世界水平。

[参考文献]

[1]缑伟.电子科学技术中的半导体材料发展趋势[J].计算机产品与流通，2019（2）：80-81.

[2]曹峻.碳化硅半导体技术和市场应用综述[J].集成电路应用，2018（8）：11-15.

[3]陈伟，丁李利，郭晓强.半导体器件辐射效应数值模拟技术研究现状与发展趋势[J].现代应用物理，2018（1）：3-9.

[4]冯昭奎.信息技术发展趋势与半导体产业增长点[J].国际经济评论，2018（4）：7，48-68.

[5]石春琦.2016年半导体存储芯片的市场发展趋势分析[J].集成电路应用，2017（10）：26-28.

[6]周泽恩.浅谈电子科学技术半导体材料发展趋势[J].中国化工贸易，2017（22）：65-66.

[7]付婧.浅谈电子科学技术中的半导体材料发展趋势[J].数码世界，2017（3）：112-115.

[8]王欣.电子科学技术中的半导体材料发展趋势[J].通讯世界，2016（8）：243.

[9]王晓明.ICT融合趋势下的半导体技术和市场发展趋势[J].中兴通讯技术，2015（4）：55-61.