随着5G网络在许多地区的加速部署，为半导体行业提供了一个新的庞大市场机遇。整个行业都在蓄势待发，加紧各种创新技术的研发。其中，尺寸更小、密度更高的存储技术也正是其中的重要一环。本文中，美光科技的移动业务部总经理Raj Talluri和读者分享了他对5G时代存储工艺演进的观点和看法。
过去一年，随着5G无线网络在许多地区的加速部署，使电信设备供应商和支持5G的手机制造商获益。这种势头还有望在今年持续为芯片制造商提供一个有利可图的新市场。
像内存芯片和存储阵列等领域的领先半导体和组件供应商正专注于5G扩展带来的机遇，设计和制造能够在新运营频段工作的无线设备。与前几代蜂窝技术相比，新设备还将能够处理和存储更多的数据。
芯片行业资深人士——美光科技移动业务部总经理Raj Talluri表示：“5G的推出对我们和整个半导体行业来说都是一件大事。”
美光和其他芯片制造商面临的挑战将是为两个不同类型的市场寻找解决方案：满足网络基础设施供应商的需求，同时为消费者开发智能设备和新应用。新技术将使这些创新成为可能，因为数据传输速率将比之前支持的速度快200倍。
到目前为止，大部分焦点都集中在高端手机所需的增强功能上。但可以说，更大的机会是满足由5G促成的新兴行业的需求——比如大肆宣传的物联网和工业物联网。两者都催生了多种应用，例如自动驾驶汽车、互联医疗保健、机器与机器间的通信，以及从农业到智慧城市等各种应用中无处不在的智能传感器。
实现这一切的是5G NR(新无线电)标准，它开辟了从sub-GHz频率到28-41GHz频段的更多频段。这些频段的频率大大提高了可靠性且延迟超低。
例如，能够以更高速率发送和接收数据的射频IC通常基于III-V族化合物半导体材料，例如在150nm晶圆上生产的氮化镓和砷化镓。5G的兴起，代表了大部分半导体行业迄今为止的重大机遇。
存储器工艺
满足需求将需要另一轮扩展，尤其是对于存储设备。根据咨询公司埃森哲的一份报告，5G需求将驱动基线内存需求的增加，以处理大量数据。
埃森哲报告中建议的一种新型芯片策略是使用嵌入式硅为5G平台增加价值。芯片制造商还可以发现更大的系统级机会，即利用定制和差异化的芯片组合，在5G市场中占据更大份额。
随着新应用的出现，IC制造商还必须提高相关技术的专业知识和能力。MEMS、传感器和柔性显示器等领域既是技术挑战，也是机遇。这些要求包括改进的性能、更高的可靠性和器件的大批量制造能力。
因此，半导体行业必须考虑不断发展的投资重点，例如放弃对传统器件的增量改进。
进入5G领域，芯片公司必须考虑其设备支持的潜在用例，同时确定数据驱动应用的新客户群。越来越多的5G芯片创新者将不再是传统的ODM或OEM。事实上，芯片制造商最终可能会绕过传统的产品设计公司和制造商，而直接与消费者打交道。
当然，不断增长和多样化的客户群将对芯片制造商的运营结构产生重大影响，尤其是在营销和销售方面，而且对开发产品和创建新器件类别也有影响。
好消息是，半导体行业之前已经成功应对技术、创新、营销和制造挑战，而如今再次显示出发展的迹象。
根据去年底的更新数据，全球移动供应商协会(GSA)报告称，上一季度宣布的部署5G设备的供应商数量增加了16.4%，最新数量已达到1,154个。其中，大约800个已可商用。GSA估计现在有22个已公布SIM卡尺寸标准；它还发现已有167家设备制造商准备或即将推出支持5G的新设备。
该列表包括：194款室内和室外使用的固定无线接入设备，其中大约一半已经可用；160款模块；74款工业/企业路由器/网关/调制解调器；21款笔记本电脑；25款平板电脑；11款车载路由器/调制解调器/热点；八款USB终端/加密狗/调制解调器；以及36款“其他”设备，从无人机和头戴式显示器到机器人、摄像机、家庭基站/小型蜂窝、中继器，甚至是支持5G的自动售货机。
GSA认为，现在有645款设备已声明支持在6GHz以下频段运行的独立5G，其中381款可商用。
另外，Gartner预测，到2024年，用于5G的芯片数量和射频前端模块可能会翻一番。这意味着到2023年底，半导体收入将从2018年的几乎为零大幅增长至315亿美元。
更多千兆字节
美光是内存和存储设备的领导者之一。“移动连接领域的机遇，特别是5G，正在以前所未有的方式推动创新，并进入真正有前途的应用领域，”美光的Raj Talluri说道。
RajTalluri of Micron Technology
Talluri 预计，到2025年，闪存出货的数据容量将增加三倍，而成熟的DRAM业务将增加一倍。他认为2021年出货的智能手机的平均内存密度为5.2GB，该公司声称其模型已证明，每台设备的内存密度到2025年时将增加到约9GB。
对于内存，针对特定应用优化的DRAM可能会满足现有和未来的5G需求。其中包括用于传统计算需求的DDR版本、用于移动设备的低功耗DDR和用于高性能应用(如AI和游戏)的超宽带宽版本的图形DDR。
新兴的行业标准互连Computer Express Link与使用嵌入式多媒体卡和通用闪存接口的存储相结合，也将支持这些应用。
Talluri还预测对LPDDR5等高带宽、低功耗存储器的需求将不断增长，以满足数据量大的移动设备的需求。
“我们已经着手进行新一代的升级-LPDDR6，它应该具有更高的速度和更宽的带宽，”他补充道。
去年11月，美光宣布联发科是智能手机芯片制造商中首家验证其LPDDR5X DRAM的公司，并配置在其最新的Dimensity 9000 5G芯片组中。“其他厂商将会跟随，”塔鲁里说，“我们正在与这里的所有主要参与者合作，例如高通和三星。”
在存储方面，美光继续扩展基于Talluri所描述的“突破性176层NAND技术”的设备，该设备已于去年11月开始出货。
新的内存将单元垂直堆叠在多个层中，以在更小的空间内存储更多数据。该设备还用作边缘和云部署的构建块，针对的是数据中心、汽车和移动应用程序。
其他内存制造商也在开发需要定制生产线的3D NAND技术。
尽管半导体在支持5G无线技术方面取得了进步，但Talluri和其他人提醒说，新兴用例的全面铺开还需要一些时间。
需要新颖的整体方法来支持新的应用，以向具有使用习惯的智能手机用户提供引人入胜和真实生活体验。为了吸引消费者，芯片制造商必须以新的方式设计处理器、存储器、内存和显示器等硬件。同时，需要与传感器开发商和其他厂商更紧密的合作，以开发一个同样满足网络运营商、云服务提供商、OEM和应用开发商的5G生态系统。
如果成功，5G有望成为半导体行业的巨大新收入来源。
(参考原文：semiconductor-sector-poised-to-grasp-5g-opportunity ）
本文为《电子工程专辑》2021年4月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订
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