从ISSCC 2021论文看未来技术发展趋势

本文转自：芯思想 ChipInsights

ISSCC2021年（国际固态电路会议）将在2021年2月13日到22日举行。不过由于疫情的原因，ISSCC2021将在线上举行，这也是ISSCC第一次在线上举行。

ISSCC2021整体情况

据ISSCC 2021远东区副主席许云翔博士介绍，ISSCC2021共收到580篇论文，比去年下滑了7.8%，可能和今年的新冠疫情有关。

许云翔博士同时强调，虽然投稿数量下降，但投稿论文的质量有了提升。ISSCC2021共录用202篇论文，录用率达33.6%。许云翔博士进一步指出，ISSCC 2021论文的12个技术分类中，论文数量比较多的是高速网络、5G、Wi-Fi、影像应用和机器学习。从这几个领域可以看到技术发展的方向，有线传输的论文数量占比从ISSCC2020的6%提高到9%，这主要是云端数据中心火热带来的结果；机器学习方面的论文数量占比也从ISSCC2020的3%提升到7%，可以看到行业对这个技术的关注。

从论文来源看，全球共有15个国家和地区有论文录用。其中远东有中国大陆、中国澳门、中国台湾、韩国、日本、新加坡；北美有美国、加拿大；欧洲有荷兰、比利时、瑞士、德国、意大利、奥地利、法国。从国家和地区的投稿数量来看，ISSCC往年论文大户美国、日本、中国台湾、韩国的论文都在下滑，分别减少35篇、15篇、12篇、9篇；只有中国大陆和新加坡的投稿数量有所增加，其中中国大陆增加19篇，而新加坡实现翻倍，从13篇增加至27篇。

从论文录用率来看，日本投入21篇，入选12篇，录用率达57%，高于整体录用率23.4个百分点；美国投稿174篇，录用75篇，录用率达43%，比整体录用率调出9.4个百分点。而韩国、中国台湾新加坡的录用率分别是30%、26%和26%，均低于整体录用率。

在投稿数量前五名中，中国大陆由于投稿数量有所上升，但录用文章不多，导致录用率成为前五名中最低的。中国大陆在ISSCC2021投入稿84篇，较上年65篇增加19篇；录用数量为22篇，比上年23篇减少1篇；录用率26%，较上年的35%下降了9 个百分点。

许云翔博士表示，ISSCC2021论文来自工业界的数量有61篇，整体占比进一步降低，从上年的34%下滑至31%；从地域来看，远东的工业界发挥出色，有29篇入选，北美工业界有26篇（其中华为加拿大贡献2篇），而欧洲工业界仅仅有3篇入选。而来自高校的数量达128篇，占比则有所上升，从62%上升至66%；另有6篇来自科研院所。

从投稿机构来看，共区有41家机构贡献2篇以上论文，其中工业界有10家公司，分别是美国的英特尔、IBM、ADI、Inphi，韩国的三星、SK海力士，中国台湾的联发科、台积电，日本的索尼，加拿大的华为。来自欧洲的IMEC是唯一一家贡献2篇以上论文的科研院。而贡献2篇以上论文的高校有30所，其中远东13所，北美13所，欧洲4所。中国占比1/6强，包括清华大学、北京大学、电子科技大学、澳门大学以及浙江大学。

从ISSCC2021录用论文的数量来看，美国依然是全球最大的论文贡献大国，共录用75篇，较上年增加4篇；韩国位列第二，共录用30篇，较上减少5篇；中国（大陆、香港、澳门）保持第三的位置，共录用22篇论文，较ISSCC2020减少1篇。中国台湾和日本各有12篇录用，并列第四。 

远东地区论文情况

根据ISSCC2021的数据显示，远东地区入选ISSCC2021的论文数量达82篇，其中韩国入选30篇，排名远东地区第一；中国（大陆、香港、澳门）入选22篇，排名第二，其中大陆20篇，澳门2篇；中国台湾和日本各有12篇入选，并列第三；新加坡入选7篇，排名第五。

远东地区入选2篇论文以上的机构有18家，包括5家公司，和13所高校；5家公司分别中国台湾的联发科、台积电；韩国的三星、SK海力士；以及日本的索尼。13所高校分别是中国的清华大学、北京大学、电子科技大学、澳门大学以及浙江大学；中国台湾的台湾清华、台湾交大、台湾大学；韩国的韩国先进科技学院、延世大学；新加坡的南洋理工大学、新加坡国立大学；日本的东京工业大学。

许云翔博士也介绍到，远东地区表现比较强的领域包括影像光学传感器和内存，其中影像光学传感器（Session 7 Image and Range Sensors）领域全球共入选9篇，有7篇来自远东地区；存储器领域的入选论文共16篇，分布在4个Session，来自远东区的有12篇，分别是Session 16 Compute In-Memory、Session 24 Advanced Embedded Memories、Session 25 DRAM、Session 30 NVM，远东地区在4个Session各入选3篇。究其原因，是因为影像光学传感器和内存领域内全球最强的企业三星、索尼、SK海力士和台积电都位于远东地区。

中国大陆论文情况

ISSCC2021年，中国大陆（内地、香港、澳门）共投入84篇，较上年65篇增长19篇；录取22篇论文，较上年23篇减少1篇，录取率为26%，较上年的35%下降9个百分占。其中内地录取 20篇，澳门录取 2篇，香港为0。

22篇论文涵盖了10个技术分类，包括模拟设计（ANA，5篇）、电源管理（PM，3篇）、数据转换器（DC，3篇）、无线传输（WLS，3篇）、机器学习和人工智能（ML，3篇）数字系统（DAS，2篇）、数字电路（DCT，1篇）、前瞻技术（TD，1篇）、射频技术（RF，1篇）以及存储（MEM，1篇）。需要说明的是，在数字系统（DAS）分类中，有一篇来看中国百度公司的特邀论文。这一成绩体现了当前中国在集成电路技术领域的稳固上升，产学研并进、百花齐放的良好发展势头，同时也证明了我国在集成电路领域的国际认可度及影响力正在不断提升。

从最近5年的情况来看，中国论文趋势有几个大大变化：一是入选论文数量持续增加，从ISSCC2017的11篇增加到ISSCC2021的22篇；二是涵盖的技术领域数量持续提升，由ISSCC2017的6个增加到ISSCC2021的10个；三是中国大陆论文数量大幅增长，从ISSCC2017的1篇增加到ISSCC2021的20篇；四是首次入选的第一机构数量持续增加，今年有3家，分别是浙江大学、南京低功耗芯片技术研究院有限公司、华东电子工程研究所（中电科38所）；五是连续2年有产业界的论文入选，ISSCC2020是重庆线易电子科技公司，ISSCC2021是南京低功耗芯片技术研究院有限公司。

更多详情参阅《中国集成电路在ISSCC2021的芯进展》。

技术发展趋势

 北京大学黄茹院士、清华大学刘勇攀教授、复旦大学的徐鸿涛教授、澳门大学罗文基教授、复旦大学徐佳伟教授、清华大学张沕琳教授、澳门大学路延教授、清华大学邓伟教授分别就存储器、机器学习、无线传输、数据转换器、模拟技术、前瞻技术、电源管理、射频等八大技术分类的论文和趋势进行了介绍。

 1、存储

ISSCC2021上，存储共有16篇论文入选，分为四个Seesion，分别是存内计算（Seesion 16：Compute-In-Memory）、先进嵌入式存储（Seesion 24：Advanced Embebded Memories）、动态随机存取存储器（Seesion 25：DRAM）和非易性存储（Seesion 30：Non-Volatile Memory），每个Seesion的4篇论文中有3篇来自远东地区。

存内计算有3篇来自中国台湾（台湾清华2篇、台积电1篇），1篇来自德州奥斯汀大学。先进嵌入式存储有1篇来自中国科学院微电子所，1篇来自德国IBM，1来自台积电，1篇来自三星的关于3nm GAA SRAM；DRAM方面，2篇来自三星分别关于16Gb LPDDR5、HBM2的工作，另外2篇分别是SK海力士和镁光关于8Gb GDDR6的工作；NVM方面，韩国三星、韩国SK海力士、日本铠侠（原东芝存储部门）都是关于TLC的工作，而英特尔则是关于QLC的工作（不知道这会不会成为英特尔关于存储论文的绝唱）。

黄茹院士表示，总的来说，高密度、高带宽和低功耗是存储产业的共同追求。而在NVM 方面，行业趋势是减少外围电路。

中国虽然在存储领域有2篇入选，但都是高校（东南大学，ISSCC2019）和研究院（中科院微电子所）贡献。工业界似乎还没有做好写论文的准备。

2、机器学习

在ISSCC2021上，机器学习领域论文投稿数量从ISSCC2020的24篇提升到46篇，录用文章也从ISSCC2020的7篇提升到13篇，刘勇攀教授介绍说，13篇入选论文所做的都是面向神经网络的推理、训练和应用方面的研究，面向的情景也是覆盖语音和图像应用的服务器端和边缘端。

机器学习领域的13篇论文分为2个Session，从云到端的机器学习处理器（Session 9：ML Processors From Cloud to Edge）的9篇论文来自远东5篇、北美3篇、欧洲1篇，有6 篇来自高校，3篇来自工业界；深度神经网络的存内计算（Session 15：Compute-In-Memory Processors Deep Neural Networks）的4篇论文来自远东2篇、北美2篇，均来自高校。

中国大陆有3篇入选，均来自清华大学，1篇在Session 9；2篇在Session 15。

除了2个Session外，还有3个机器学习相关的环节，分别是重点芯片发布（Session 3：Highlighted Chip Releases）、处理器（Session 4：Processors）、存内计算（Session 33：Compute-In-Memory）。比如英伟达的论文是介绍如何设计一个高效的神经网络加速器。

在重点芯片发布（Session 3）有1篇来自百度的有关AI处理器论文；在处理器（Session 4）有1篇来自电子科技大学的关于AI处理器的文章。2个Session均归属数字系统分类。

刘勇攀教授表示，AI芯片的发展方向主要集中应用、存内计算和制造技术三个方面。

3、无线传输

无线传输领域，共收到68篇论文投稿，录取论文24篇，录取率为35.3%。其中远东录取8篇，北美录取11篇，欧洲录取5篇。24篇文章分属四个Session，包括sub-6Ghz（Session 6，3篇）、毫米波（Session 14）、超宽带（Session 21）和太赫兹技术（Session 22）。

中国大陆在毫米波（Session 14）领域共有3篇论文入选，分别来自清华大学、东南大学、华东电子工程研究所。 

4、数据转换器

罗文基教授表示，数据转换器领域总投稿数量为43篇，共录用了14篇文章，收录率为32.6%。

14篇文章文章分两个session，分别是Continuous-Times ADCs and DACS（session 10）和Discrete -Times ADCs（session 27）。

数据转换器领域远东区共有6篇论文入选。中国大陆的清华大学、北京大学和澳门大学为session 27贡献了3篇，中国台湾的联发科为session 27贡献1篇；韩国的三星为session 10贡献了2篇。

数据转换器的发展趋势是：一是增加多个高性能连续时间A/D转换器；二是下一代无线通信高性能D/A转换器的技术趋势；三是结合先进技术，持续追求转换效率的极限，从1997年至2020年的15年间转换效率提升了1000倍。

5、模拟电路

ISSCC2021模拟领域共收到投稿39篇，投稿数量有所下降，共录用12篇论文，其中有一篇是来自中国大陆的北京大学，位于session 5。

12篇论文共分2个session，分别是模拟接口（session 5：Analog Interfaces）有8篇；模拟技术（session 23：Analog Techniques）有4篇。

徐佳伟教授表示，从趋势上看，模拟设计主要围绕精度、温度和参数这三个方向发展。

6、前瞻技术

前瞻技术领域（Technology Directions）共录用了14篇论文，分为低功耗和安全物联网的创新（session 12：Innovation in Low-power & Secure IoT）、用于量子计算的Cryo-CMOS（session 13：Cryo-CMOS for Quantum Computing）、生物医学器件，电路和系统（session 18：CBiomedical Devices, Circuits, and Systems）、新兴应用的光学系统（session 19：Optical systems for Emerging Applications）4个session。

前瞻技术入选的论文有9篇来自北美，中国大陆的北京大学有一篇入选session 12。

7、电源管理

电源管理领域共有59篇投稿，录取了18篇，共分为两个session，分别是DC-DC转换器和高压、GaN和无线充电。

18篇论文共分为两个session，分别是DC-DC转换器（session 17）、和高压、GaN和无线充电（session 33）。中国大陆的浙江大学、东南大学和中国科技大学为session 33有贡献了3篇文章。

session 17的主席是来自西安交通大学的耿莉教授。

8、射频

射频领域有69篇投稿，录用了22篇，分为四个session，分别是高性能压控振荡器（session 20：High Perfoormance VCOs）、太赫兹电路和前端（session 23：THz Cicrcuits and Frontends）、射频功放和前端技术（session 26：RF PA and Frontends Techniques）、频率合成器（session 32：Frequency Synthesizers）。

射频领域是中国大陆的入选大户，今年同样有5篇入选，电子科技大学雀屏2篇，澳门大学、清华大学和北京大学各1篇。

session 26的主席是来自复旦大学的徐洪涛教授；session 32的主席是来自清华大学的邓伟教授。 

9、数字电路/数字系统

虽然没有对数字电路/数字系统进行点评和分析。但我们可以看到，数字电路（DCT）、数字系统（DAS）各有1篇入选，数字系统（DAS）还有一篇来自百度的特邀论文。

在数字电路（DCT）领域，可喜的是，中国大陆在低功耗领域取得突破，南京低功耗芯片技术研究院有限公司十年磨一芯，依托东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心在2010年启动的低功耗芯片的研究成果，进行二次开发，最终在ISSCC喜结硕果。

在数字系统（DAS）领域，电子科技大学贡献了1篇关于可重构的AI处理器。特邀报告也是关于AI处理器的。

射频技术（RF）、数据转换（DC）、电源管理（PM）三大领域是中国在ISSCC中的传统论文贡献大户，在ISSCC2021继续高歌猛进，分别入选5篇、3篇、3篇。中国大陆在机器学习（ML）和无线传输（WLS）两大领域的研究，未来将成为中国大陆后继论文大户。

责编：Luffy Liu