从“新常态”到“更好的常态”，格芯揭秘数字化未来三大趋势

受到新冠肺炎疫情的影响，一年一度的格芯技术大会(GTC)今年采用虚拟会议形式举行。格芯首席执行官Tom Caulfield博士在致辞中表示，过去两年中，全球经历了巨大的转变，地缘政治的力量让人们认识并开始关注半导体行业的关键作用，尽管它暴露了世界各地供应链的优势和短板，但也让半导体行业突然之间成为各国政府工业、商业和外交政策的焦点。

“加速数字化未来”是2020年GTC大会的主题。之所以选择这一主题，Caulfield解释说虽然人们已经习惯了网上购物、网络搜索、社交媒体和在线娱乐，但疫情的爆发让我们前所未有地依赖着这个数字世界来抗击疫情、远程运营公司、维持经济运转、教育孩子，从某种意义上说，数字化几乎融入了我们生活的方方面面。

“我们不得不接受这样一个事实，就是这不是一场短期危机，它将是一个长期的过程，且影响深远。”Caulfield认为随着这场危机的发展，人们开始意识到自己所生活的世界和生活的方式将发生重大改变，大家几乎都在以一种怀旧或伤感的方式开始谈论“新常态(new normal)”，只不过或早或晚而已。

社会数字化转型的三大趋势

不过，在演讲中，Caulfield使用了“更好的常态(better normal)”一词来描述后新冠疫情时代的世界，而不是“新常态”。这种“更好的常态”是指社会和企业利用广泛普及的能力扩展和改进数字化基础设施，对数字技术的态度会从此前的“渐进式采用”转变为“变革性采用”，这不仅是半导体行业的发展良机，也是使命。

他列举了自己在这一进程中看到的三大趋势和一大阻碍：

• 平顺的网络，关键特点包括低功耗连接、通过片上嵌入式非易失性存储器实现的安全性、以及网络协议的通用标准。

全天候、不间断、7X24小时安全智能化连接，无处不在。从家到办公室，再到餐馆，或者穿行于机场之时，消费者始终在线。为实现这一点，所有设备都启用了虚拟安全卫士和数字助理，安全卫士在后台运行，以确保连接安全。

“平顺的网络”、“低功耗连接”、“嵌入式存储器安全”、“完全标准化网络”，消费者无需浪费时间搜索网络连接、输入密码和认证密钥、一切都是自动、平顺进行的。虚拟安全卫士可连接至安全网络，并可拒绝未知或不良网络，它可以自动管理更高层级的安全功能，保护交易安全；而这种平顺的网络让数字助理最终得以实现，这位“助理”可随时回答问题，预测需求，远远超出了“Hey Siri”或“Alexa”的功能，这就是事实。

• 虚拟化部署的普及，关键支持技术包括：用于计算、存储、连接的高速骨干网络；基于人工智能的数据压缩；低延迟、高可靠性；3D定位

网络功能虚拟化就是一个非常好的例子。在这些领域，数据从接入点传输至云端进行处理，NFV(网络功能虚拟化)能够以明显更低的成本和功率大幅提升网络带宽和速度。同时，鉴于虚拟化网络的灵活特性，部署新服务所需的时间和精力得以缩减，因为新功能将通过向用户进行软件“推送”而不是硬件升级的方式来实现。

另一个虚拟化的用例是采用数字双生技术进行全息呈现。例如，我们可以通过全息远程呈现，在图像中看到一家人共进晚餐的场景，Zoom、Google Meet和Webex类型的会议可以在新冠疫情期间挽救局面，人员虚拟化大大增强了交互和参与体验。但即使是一张小小的全息图，数据速率也需要达到500Gbps，且延迟在5-10msec之间，这对当前的技术提出了挑战。

• 分层人工智能，从设备到传感器，从边缘到云，无所不在。使得我们迫切需要基于人工智能的智能数据压缩、利用平顺网络收集所有数据和新型的计算架构。

“数据是一种新型黄金，但只有当我们将数据从一种原始、非结构化格式中提取出来，并利用它来获得见解、采取行动和做出决策时，才能找到金矿。”Caulfield说过去两年产生的结构化和非结构化数据的数量，比之前产生的所有数据都要多，但在所有收集到的数据中，仅有3%得到了利用。

他认为分层人工智能是从大量非结构化数据中提取价值的关键。通过解析数据来提取重要信息，然后压缩数据以提高计算和存储的传输效率，我们需要的数据压缩功能在效率上大约是通过仿生学研究估计的人脑工作效率的100,000倍。除了数据解析和压缩功能，分层人工智能还需要全新的计算架构，例如神经拟态计算或神经脉动计算。

但巨大阻碍也随之而来，那就是无法在全球产生足够的电力来完成所需的所有计算，进而实现数字化转型之旅。如果不改变方向，矛盾就会出现，就如同房间里的大象。数据显示，2017年数据中心消耗的电能占总电能的3%，如果继续采用目前的低能效计算架构，到2040年，由数据中心主导的计算将消耗全球生产的100%的能源。

当然，全球的所有能源生产并不只是用于计算，但关键点在于，这条路并不具有可持续性，为避免前文所说的电力短缺，半导体行业必须采用创新方案去解决功耗加速的问题，并使“能耗曲线趋平”，格芯也为此做出了有益的尝试，例如：

• FD-SOI AI解决方案/低功耗逻辑和SRAM等新计算架构在采用12LP+脉动阵列解决方案后，较之使用传统IP模块微缩至7nm的方案，功耗不到前者的二分之一。

• 光学网络-通过使用GF 45nm硅光解决方案，数据传输的功耗降低了一个数量级以上。

• 基于SOI的解决方案可节省客户端至边缘连接的功耗，例如，22FDX RF可将输出功率提高大约2倍，并将总功耗降低20%。

“更好常态”下的重新思考

格芯全球高级副总裁Americo Lemos在随后的演讲中称，过去一年内发生的众多事件印证了两个非常明确的事实：首先，在“更好的常态”里，技术将比以往任何时候都要占据更大和更重要的位置，人们也将更加依赖硅的力量来保持日常的联系、安全和生产；其次，即使互联互通程度不断提高，开展国际业务也将比我们有生之年的大部分时间更加困难，尤其是在科技行业。

格芯全球高级副总裁Americo Lemos

在他看来，在以分裂为特征的大环境下，随着全球对半导体需求的增长，技术在许多方面将变得更加本土化。换句话说，就是本地问题需要本地解决方案——解决亚洲本地问题所需的创新与欧美或非洲所需的创新是不同的。

供应链的变化同样重要。Americo 曾在SEMICON CHINA 2020上发表主题演讲时指出，“不能再依靠持续自由和开放的商品贸易成为了当前的首要变化”。这意味着，企业必须要做好在一个更加分散的世界中运营的准备，而不是像过去习惯的那样，在对每个人都开放的全球市场中运营。也就是说，让一个国家或地区作为关键物资的唯一主要来源不再那么具有商业优势，反倒可能是一种运营弱点。

他在接受《电子工程专辑》采访时表示，格芯在11年前就提出了打造“全球晶圆厂”的口号，覆盖全球的运营范围现在成为了服务客户的一大关键优势。例如新加坡和德累斯顿工厂既可以生产40nm NVM工艺，也可以生产专为高密度数字、高性能模拟和电源功能定制的55nm BCDLite技术；8SW RF前端模块解决方案在美国和新加坡的晶圆厂都有量产。无论是在技术创新还是供应灵活性方面，这些平台都体现了格芯的技术差异化。

其次，不能再依赖自由和开放的技术跨境流动。因为知识产权的流动日益受限，一些地方的许可技术也日益受限。

第三，由于相互竞争的创新中心之间的分歧越来越大，业界现在有可能面临两个或更多的独立平台，包括5G、人工智能、自动驾驶汽车等领域的标准化，这与迄今为止所建立的一切全球性、开放性的标准尺度背道而驰。

平顺和无处不在的网络、智能手机的创新和AIoT设备的爆发，被Americo视作格芯在中国乃至全球市场最需要把握的机遇。

例如5G互联正在推动中国社会的数字化，而新冠疫情加速了这一趋势，从工作到家庭、教育、银行甚至医疗，许多使用案例的网关都是通过移动设备实现的。通过GF拥有的Celluar/Wi-Fi连接解决方案、OLED屏幕显示驱动程序、摄像头ISP、触觉感应、电池管理等技术解决方案，能够为移动设备提供更丰富、更具沉浸式的体验，以及更长的电池寿命。

而根据IBS最近的研究，物联网市场规模预计将从2019年的510亿美元增长至2030年的2500亿美元。其中，高达80%的数据将在边缘生成并进行处理，这就要求边缘设备能够快速、智能和低功耗的处理带有AI能力的数据，作为格芯创新的核心，FDX、FinFet和SiPh产品正扮演着“关键先生”的角色。

在GTC 2019上，格芯推出了由15个平台、14个应用程序、1000多个IP构建的“创新方程式”，并由此缔造出超过万种带有格芯特色的专业应用方案。在过去的一年里，方案家族的成员规模又得到了进一步的拓展。

Dialog将其导电桥接RAM(CBRAM)技术授权给格芯，允许其在22FDX平台上使用该非易失性阻性RAM(ReRAM)技术即为代表性案例之一。Dialog经过生产验证的专有CBRAM技术是一种低功耗NVM解决方案，旨在支持物联网、5G连接、人工智能(AI)等一系列应用。CBRAM具备低功耗、高读/写速度、低制造成本以及对恶劣环境的耐受性，因此特别适合消费电子、医疗以及部分工业和汽车应用。此外，CBRAM技术还能为这些市场的产品所需的先进技术节点提供高性价比的嵌入式NVM。

“中国已经利用其数字基础设施成功应对了新冠肺炎疫情危机，并向世界展示了什么是‘更好的常态’。”Americo强调说，在当前的经济复苏阶段，中国政府加速服务、教育、医疗、消费等行业数字化转型的速度会越来越快，而在全球经济数字化转变进程中，中国也将发挥更多关键作用。