第三代半导体SiC在人工智能中的应用

2017年全球半导体产业受到存储器价格上扬、虚拟货币高涨、数据中心与云端企业因应人工智能(AI)应用大幅采用绘图处理器(GPU)，以及电竞比赛普及等带动，整体营收及获利明显增长，展望2018年全球半导体产业规模仍将持续成长，尽管未必能够再现2017年两位数的增长幅度，但仍有不少科技发展将对半导体产业带来正面影响，包括10纳米制程、自驾车、5G、虚拟实境∕扩增实境(VR/AR)等，其中又以AI发展备受业界瞩目。

人工智能成新驱动力

2017年全球半导体行业发展势头十分强劲，在多方面实现了两位数增长。据最新的统计显示，2017年全球半导体市场总营收将会达到4111亿美元，相较2016年增长19.7%，预计2018年半导体市场有望继续创出新高。

2018年AI应用将进一步跨越各垂直领域范畴，并扩大影响半导体产业发展，不仅手机品牌大厂苹果(Apple)、三星电子(Samsung Electronics)纷在智能手机中导入AI功能，全球无人机商用市场亦将在AI驱动下呈现大幅增长，而举凡医疗、建筑等产业可望加速导入AI技术，借以提高效率与降低成本，这些都将带动英特尔(Intel)、NVIDIA、Cypress等半导体厂获利上扬。

全球半导体产业持续朝向AI与物联网(IoT)应用发展，带动半导体业者纷纷释出2018年业绩将强劲增长的讯号，由于AI芯片需要庞大的运算能力，以因应深度学习需求，使得市场对于强大的处理器需求攀升，透过采用NVIDIA GPU强化英特尔处理器运算速度，执行AI应用任务。

根据预测，2018年人工智能将可摆脱2017年可分析数据不足的窘境，增强的算法能力将促使语音、图像识别等技术不断突破，将进一步增加智能终端的附加价值，开拓更多元的智能化应用。

人工智能带来的挑战

从销售方面来看，2018 年由AI 带来的成长关键包含单一产品所搭载的半导体数量上升、主要的半导体产品平均价格提升以及新的应用终端稳定放量。

从应用面来看，车用、电动车或是先进驾驶辅助系统，引入越来越多的感测器与控制元件，语音助理带出新的智能家庭使用情境与产品需求。

此外，智能手机导入多样性的生物识别方案，对资料运算、存储与传输上的需求越来越高，也推升芯片升级需求，最明显的是包括前三大的智能手机品牌厂、五大中高端手机芯片供应商都提供与采用含AI 加速功能的IC 与应用套件。

另一方面，无论是从AI 导入或是工业4.0 的角度来看，新的生产模式，正在重塑各半导体公司对有效产能的定义。

拓墣产业研究院指出，AI 正从两种不同的路径影响半导体产业，一个是销售机会，包含新的应用带来新产品与新技术，像是更多的感测器、数学加速器、存储单元与通讯能力，落实服务、建设通讯骨干、并同步升级资料中心与伺服器。另一方面，则带来半导体产业生产方式的升级。

以智能汽车为例，智能汽车是车联网、自动驾驶、新能源技术融合的综合系统，集环境感知、智能决策、控制执行等功能于一体，集中运用了传感、通信、导航、处理、控制以及新能源等技术。多功能的实现需要借助多种类多数量的芯片。

随着芯片数量的逐渐增多，汽车中电子元件的数量也呈爆发式增长，随着而来的安全等方面的要求也与日俱增，这就迫使厂商在增加功能的同时重视汽车等安全性。

用全新的材料来替代原本的材料就成为势在必行的事情。

以材料的革新带动人工智能元器件的发明

SiC、GaN材料适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，能有效提高系统的效率，对发展“大智物移云”具有重要作用。

SiC和GaN 器件不会取代硅集成电路。2000 年度诺贝尔物理学奖获得者阿尔费罗夫即认为：“化合物半导体并非要取代硅，但它能做硅半导体做不到的事情”。

未来，SiC、GaN 和硅将在不同的应用领域发挥各自的作用、占据各自的市场份额。即便是电力电子器件，宽禁带半导体材料也不可能完全替代硅，缘于应用和市场还会细分，同时也要权衡材料与器件的成本和性价比。

以人工智能在汽车当中的应用为例，也就是智能汽车，也需要新的材料，尤其是SiC的支持。

在很多人工智能应用当中，随着人工智能在功能，功耗等方面提出更高的要求，SiC正在某些领域加快取代Si产品的步伐。

作为SiC功率元器件的领军企业的ROHM就曾表示，由于结构的不同，SiC相对于Si在晶圆尺寸方面具有天然的优势，其元器件尺寸可减小为硅产品的1/2。

此外，由于SiC可以曾受高频特性，无缘器件尺寸可减小为硅产品的1/10。另外，基于耐高温特性，SiC可以采用风冷形式，大幅度降低冷却系统体积。总体而言，在高温、高频、高压、热导率、衰减电场特性方面，SiC相对于Si产品实现了全方面超越，这也是行业对其热情不减的原因。

目前，ROHM在高压方面，SiC功率器件已经可达1700V，3300V-6500V样品也已经具备。未来，ROHM在SiC和GaN方面都将持续跟进，为用户提供全方位解决方案。

总结

汽车芯片引领全球半导体芯片市场增长。Gartner 数据显示，汽车芯片 2016 年全球产业规模达到 323 亿美元，占全球芯片产业的 9.5%，2010 年以来增速一直优于同期全球芯片市场的表现。

其中，随着人工智能等全新技术进入汽车领域，SiC、GaN 等新材料等应用将成为一种趋势，在满足人工智能应用等同时，保障整体的安全性，材料方面的突破是每个厂商都应当考虑的。

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