芯片如何持續(xù)為產(chǎn)業(yè)數(shù)字化注入“加速度”力量

當下，數(shù)智化浪潮席卷全球，與此同時，在雙碳目標的引導之下，各行各業(yè)持續(xù)加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型的步伐，作為基座技術(shù)的芯片如何持續(xù)為產(chǎn)業(yè)數(shù)字化注入“加速度”力量？

在2022新思科技開發(fā)者大會的高峰論壇上，《財經(jīng)》雜志執(zhí)行主編馬克作為論壇主持人，與新思科技中國區(qū)副總裁王小楠，紫光展銳代理CEO任奇?zhèn)?，緯景儲能?chuàng)始人兼企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展官陳攝軍 “論道數(shù)智化”，分享了不同領(lǐng)域如何看待“產(chǎn)業(yè)數(shù)智化”的發(fā)展，并共同探討了如何聚集多方創(chuàng)新力，推動技術(shù)發(fā)展和人類進步。

演講摘錄

馬克：在江波老師如此深邃地追問了人類的本源和創(chuàng)新的本質(zhì)之后，我們進而來討論一個落地的話題，就是產(chǎn)業(yè)數(shù)智化，也是當今經(jīng)濟的熱詞、關(guān)鍵詞。一方面，數(shù)字技術(shù)向各行各業(yè)擴張，另一方面，實業(yè)界也在提升自身的數(shù)智化程度。在這個過程中芯片其實是一種關(guān)鍵設(shè)備，它是我們數(shù)智經(jīng)濟發(fā)展的底層和基礎(chǔ)技術(shù)。過去幾十年，芯片的工藝持續(xù)演進，大家怎么看待這種趨勢呢，會無限延展下去嗎？

王小楠：隨著半導體技術(shù)不斷逼近它的物理極限，到了2納米、1納米之后的突破變得越來越難。另一方面，工藝持續(xù)演進帶來的性能增加和功耗降低也趨于飽和，先進工藝制造的性價比也是擺在我們面前的現(xiàn)實問題。我們現(xiàn)在考量芯片性能的提升，更多是從整個系統(tǒng)層面來看，包括硬件、軟件、整個芯片的架構(gòu)、生產(chǎn)制造的工藝如何能夠提升整體系統(tǒng)的性能，如何實現(xiàn)十倍、百倍、千倍性能的提升。

任奇?zhèn)ィ哼@個問題其實我上大學的時候就已經(jīng)在討論，當時還是1微米的技術(shù)，大家就覺得芯片很快會碰到物理極限，如今已經(jīng)到了1納米了，我們還在討論這個問題。確實，如果考慮到波粒二象性，現(xiàn)在集成電路賴以生存的經(jīng)典粒子模型就要切換到量子力學階段了。到這個階段以后，行業(yè)是不是就能碰到物理極限了，集成電路還會不會再走下去？對此我還是比較樂觀。未來可能會朝兩個方向去發(fā)展，一個是超越摩爾定律，通過一些新的架構(gòu)來延續(xù)摩爾定律的生命。另一個是工藝繼續(xù)朝前演進，朝著2納米、1納米不斷前進。從產(chǎn)業(yè)來講的話，晶體管是1947年發(fā)明的，集成電路大概是1959年開始發(fā)展的，這個行業(yè)經(jīng)過了幾十年的飛速發(fā)展。芯片技術(shù)作為最基礎(chǔ)的支柱產(chǎn)業(yè)，有非常強大的生命力。

馬克：謝謝兩位的精彩發(fā)言，您展示了兩個方向，一方面對于新技術(shù)的未來，我們永遠要打開想象的空間。另一方面，你們也給在座的開發(fā)者們吃了定心丸，摩爾定律還將向前演進。那么，摩爾定律演進到這種程度的時候后，會不會出現(xiàn)顛覆性的技術(shù)呢？比如大家都熟知的，燃油車被電動車給顛覆了，這種案例會不會在芯片領(lǐng)域重演呢？

王小楠：從技術(shù)路線來講，比如說為了增加更高的性能，大家在看量子計算、光計算這些新的領(lǐng)域，即便這些新的領(lǐng)域仍然需要芯片作為載體，提供這樣的性能。我相信技術(shù)會不斷演進，也會有顛覆性的技術(shù)給行業(yè)帶來從量變到質(zhì)變的發(fā)展，但是這些仍然需要一些物理載體實現(xiàn)這個技術(shù)，我們認為芯片仍然是不可或缺的一環(huán)。

馬克：那么，物理載體本身會不會替代，或者說芯片目前是以這樣一種物理形態(tài)存在的，它會不會換成一種新的物理形態(tài)存在？

任奇?zhèn)ィ喝绻驹谌祟悗浊甑陌l(fā)展來考慮這個事情的話，新的技術(shù)一定會出現(xiàn)。未來，我們依賴的硅基技術(shù)一定會被新技術(shù)取代，但是這要考慮到一個時間維度的問題。前幾年我有幸聽了胡正明教授的報告，當時他對這個問題的回答是至少還有100年的時間。一方面是給大家寬心，另一方面，我認為從一個新技術(shù)出現(xiàn)到它成為成熟的大規(guī)模工藝，成為傳統(tǒng)的基礎(chǔ)性工業(yè)來支撐整個社會的發(fā)展，大概需要百年的發(fā)展時間。從集成電路到現(xiàn)在差不多七十多年的時間，還有幾十年的周期。從這個角度講，大家倒是可以比較樂觀的。

馬克：百年大計，來日方長。我看過一個咨詢公司發(fā)布的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在16納米以上的先進工藝產(chǎn)能約占21%，當然大家對于如何定義成熟制程有一些區(qū)別，但是，在成熟制程占據(jù)這么大的市場情況下，我們?yōu)槭裁催€要擔心先進工藝的追趕？

任奇?zhèn)ィ宏P(guān)于先進制程和成熟制程，的確有不同的定義。在今天來看，28納米絕對是成熟制程，16納米以下算不算，的確有不同的定義。如果我們從芯片幾大類來看應該是比較清晰的。一類是以計算為主要驅(qū)動的，如CPU、GPU，包括現(xiàn)在手機里面的處理芯片。大家可能知道，現(xiàn)在手機處理器，也就是大部分人理解的手機的CPU，已經(jīng)超過現(xiàn)在桌面或者服務(wù)器的CPU，成為最先進工藝的使用者，這一大類在先進制程里面占了絕對主導。第二類跟芯片制程密切相關(guān)的是存儲，特別是dram存儲，因為它的存儲密度完全取決于工藝的先進性，所以dram存儲也是非常重要的先進工藝的驅(qū)動者。所以在先進制程中，計算和dram存儲已經(jīng)占了一大塊。還有一個存儲相關(guān)是閃存，以前的閃存已經(jīng)進行了十幾納米，隨著3D NAND出現(xiàn)之后，如果我們談工藝的話，對光刻的工藝相對來說要求不像平面那么高，可以講這不是十幾納米的工藝，很多時候不是靠工藝光刻來推動。還有一大類跟模擬芯片相關(guān)，這些絕大部分在成熟工藝上。因為模擬電路的微縮很難，也享受不了太多的好處。以前數(shù)字微縮有兩個驅(qū)動，一個是性能，另一個是成本，到28納米以下，成本的好處越來越少，所以現(xiàn)在采用先進制程絕大部分都是因為計算，因為數(shù)字電路的大規(guī)模需求，大概是這么一個情況。

王小楠：從市場角度來講，成熟工藝的產(chǎn)能也好，還有出貨量也好，都占主導部分，另外咱們?nèi)绻劦竭^去兩年缺芯片這個事情，其實很多缺少的芯片也是在成熟工藝上來制造的。舉個例子，就像過去兩年汽車這個行業(yè)因為缺芯導致很多車廠不能出貨，不是缺先進工藝下的如ADAS這方面的芯片，更多是控制車窗，控制安全氣囊這樣的MCU氣囊、或者是胎壓監(jiān)測等這些成熟工藝制造的芯片，這也是限制很多量產(chǎn)的原因。我們在國內(nèi)建了很多28納米以上的成熟工藝的晶圓廠，可能在今后兩年到兩年半的時間基本上都會投產(chǎn)，也能夠幫助國內(nèi)來增加在成熟工藝上的產(chǎn)能，像這些MCU、模擬芯片、這些能夠有更多的自主可控的，管理我們自己的供應鏈。

馬克：陳總談到過關(guān)于計算的問題，有一個別的解決之道，通過分布式計算突破計算的極限。

陳攝軍：我以前在其他領(lǐng)域，特別在銀行的核心計算領(lǐng)域，但是它有一些局限性。

馬克：所謂分布式計算，主要是通過堆積算力對嗎？剛才講到的兩個應用場景，一個是計算，一個是存儲，我知道您在能源領(lǐng)域很多年，現(xiàn)在能源領(lǐng)域尤其是電力行業(yè)也在提升自己的數(shù)智化，在這個過程中您有沒有感覺到缺乏高制程的芯片是個問題？

陳攝軍：我們?nèi)祟愐郧笆且曰茉礊榛A(chǔ)，這兩年逐步聚焦新能源的發(fā)展，特別是現(xiàn)在全球氣候問題，以及碳排放問題。2017年國家發(fā)改委提出發(fā)展儲能作為能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，所以能源的數(shù)字化對新能源的調(diào)劑和精準的監(jiān)控，是有著不可或缺的作用。我們現(xiàn)有（芯片）產(chǎn)能和技術(shù)水平，目前來說我們（能源行業(yè)）基本夠用，不需要特別高精尖的芯片，但是使用量會非常大，因為我們是做液流電池，需要控制到每一片電池，控制得越精準效率就會越高。

馬克：我想討論一下，剛剛大家談到成熟芯片領(lǐng)域的產(chǎn)能問題，既然技術(shù)已經(jīng)成熟了，為什么還是不能滿足市場需求呢？

王小楠：這里面有幾方面的因素，首先中國是全球最大的半導體市場，每年幾千億美金要采購這些芯片。當前，國內(nèi)有這么多半導體企業(yè)發(fā)展迅速，一方面是需要一定的時間來發(fā)展；另一方面，我們希望能夠在今后五年、十年或者更長的時間軸上完全能夠滿足我們國內(nèi)自己芯片的需要。從設(shè)計上面來講，其實我們在MCU這些領(lǐng)域跟國際先進水平已經(jīng)非常接近了，或者有些地方已經(jīng)是國際領(lǐng)先了。其他的比如像有些模擬的電路，我們還有一些差距，這個我們也在緊鑼密鼓地追趕中。從生產(chǎn)上面來講，成熟工藝上面我想已經(jīng)基本上達到技術(shù)上的自主可控。當然還有一些材料、儀器，因為半導體是一個很長的供應鏈，這些領(lǐng)域我們國家都在支持，都在投入，我相信在今后這些應該都可以滿足我們自己的需求。

任奇?zhèn)ィ何蚁霃膬蓚€方面回答這個問題，首先是對先進制程的需求，這方面實際上是依賴于我們的客戶或者是整個社會對這個的需求，包含兩方面，一個是剛才談到的計算和存儲。比如大家比較熟悉的手機這塊，以前就是發(fā)個短信，然后需要語音通信，看高清的視頻，后來超高清，現(xiàn)在是4K、8K的視頻。這意味著巨大數(shù)據(jù)量的計算和存儲，這都是幾何等級的增長，加上現(xiàn)在智能物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，海量的連接需求，海量數(shù)據(jù)出現(xiàn)，都給計算、存儲、傳輸帶來了指數(shù)級的增長。這種需求導致我們需要高端的制程才能解決這些問題，這是來自于需求本身。第二個依靠成熟的工藝做一些系統(tǒng)集成性的創(chuàng)新，比如Chiplet等新技術(shù)的出現(xiàn)，或者做系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計創(chuàng)新，能夠一定程度上緩解對先進制程的需求壓力。但是本質(zhì)上，只要物理實際的需求存在，那么對先進制程的依賴和追求就是永不停歇的，除非我們不追求8K的清晰度，看標清的就感到很滿足了，那是可以的，但事實上這是不可逆轉(zhuǎn)的，對先進制程的需求會持續(xù)存在。

馬克：先進制程的應用場景，剛才你說的高端智能機、高性能計算，剛才王總也說了大量其他的應用場景，從我們的身份證，到家電、汽車、到各種各樣的可穿戴設(shè)備，它們其實都不需要那么高制程的芯片。從企業(yè)的發(fā)展和投資這個層面來講，我就投那些非高制程芯片應用場景的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，是不是也是一條發(fā)展之路呢？

任奇?zhèn)ィ簞偛磐蹩傄蔡岬?，包括現(xiàn)在談的汽車電子，這塊都會集成成熟工藝，從投資和公司的角度來講，聚焦于這個領(lǐng)域發(fā)展的話是沒有問題的，也有非常好的發(fā)展前景。但是作為整個行業(yè)來講的話，有些領(lǐng)域的應用的確是對高端制程依賴性非常強，比如手機芯片，確實需要更先進的工藝去做，所以這些是根據(jù)應用領(lǐng)域來決定的。

馬克：我想問一下，從芯片需求方的角度，您覺得您的需求現(xiàn)在國內(nèi)市場能夠滿足嗎？

陳攝軍：在座各位可能對汽車缺芯比較敏感，其實新的事物，就像現(xiàn)在的能源從化石能源發(fā)展到新能源，新能源最大的問題是不穩(wěn)定，必須有大量的數(shù)據(jù)收集以及處理、反饋。新能源現(xiàn)在做的比較多的是有兩個案例，一個是源網(wǎng)荷儲，還有一個叫虛擬電廠，顧名思義虛擬電廠不是電廠，是把不同空間有效組合起來，借助它的高低差別進行有效調(diào)節(jié)利用。這里涉及到強大的運算，這些都是先進的市場，剛才兩位也講到了傳統(tǒng)或者我們已經(jīng)具備的工藝也需要擴產(chǎn)，也需要滿足這個市場大量的需求。其實除了電力行業(yè)之外，其他各種行業(yè)都會需要。

馬克：這個過程中也是兩個事，一個是計算，一個是算法，過去的電力調(diào)度，可能在電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)不需要那么復雜的算力和算法。

陳攝軍：過去技術(shù)沒這么發(fā)達的時候，我們都是人工來控制，現(xiàn)在可以采取（自動）控制的方法進行自動的操作，我們可以通過大量的數(shù)據(jù)分析采集來進行預測。

王小楠：剛才提到兩個方面，一個是數(shù)據(jù)的采集，這個實際上是需要很多傳感器之類的芯片，另外一個是計算，我們要做相應的預算分析，這個需要對收集的海量數(shù)據(jù)進行分析處理，這需要很大的算力，相當于在芯片里面既需要大量的成熟制程的芯片，同時又需要很大的算力，也就是剛才任總提到的高性能，用最先進工藝來做的CPU芯片，或者是AI芯片等這類處理芯片。

馬克：剛才您說的實際上在電力調(diào)度，是用數(shù)字化的技術(shù)重構(gòu)我們在整個電力調(diào)度體系，在這個過程中您覺得它需不需要用到剛才任總說的高制程芯片，還是成熟芯片就可以滿足這個算力？

陳攝軍：這個可能要跟傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度做一個區(qū)分，中國電網(wǎng)可能是全球最強大的電網(wǎng)，它有個好處——容錯性、容納性、消納性比較好。新能源的不穩(wěn)定性會對傳統(tǒng)電網(wǎng)造成沖擊，這兩年我們提出的虛擬電廠也好，源網(wǎng)荷儲也好，相當于把長江大河分開，通過小的補充盡量減少整個大電網(wǎng)的負擔，同時也提高本地的使用，發(fā)跟儲用在一體，它的整個輸送的損耗也比較少，最終達到節(jié)碳的效果。

馬克：我想了解，從硬件到軟件要落實這個思路是完全可以執(zhí)行的對嗎？

陳攝軍：對，是沒問題的，也是我們國家的戰(zhàn)略?？赡苄酒袠I(yè)大家都比較了解，儲能行業(yè)現(xiàn)在是能源行業(yè)中最熱的話題，2017年國家就提出了，今年也出了不少文件來探討儲能，而且是作為尖端、重點科技來進行討論的。麻省理工更是把長時儲能定義為未來的十大科技，這都是有公開新聞報道的。我們國家整個來說電量是夠的，是電力在某一個時間點不夠，無論是虛擬電廠還是源網(wǎng)荷儲，儲能是不可或缺的，是當中重要的調(diào)節(jié)池。我們國家去年向全球承諾3060計劃，碳在2030年達到排放的高峰，2060年達到中和，這是我們國家對外的承諾。目前，我們的電力體系已經(jīng)明確從傳統(tǒng)的電力體系，也就是化石能源，轉(zhuǎn)向新型的電力體系，也就是就是新能源+儲能，它的占比會由以前的10%左右，到未來可能達到的50%、60%，會對儲能本身的市場帶來巨大的變化。人類過去花了非常大的投入也沒有解決儲能問題，因為電其實非常難儲存，所以大家都在不斷探索的過程當中，我們在這方面布局還是比較早的。

馬克：回到我們的主題數(shù)智化，因為能源行業(yè)是非常大的行業(yè)，從電力行業(yè)來看它的數(shù)字化程度，從調(diào)度、儲能都是在大大提速，在我們電力數(shù)字化的過程中，從硬件到軟件，能不能滿足電力數(shù)字化的需求？

陳攝軍：基本能滿足，但是某些大量的運算、大計算可能會有一些瓶頸。

任奇?zhèn)ィ何疑晕硌a充一點，大家都知道5G現(xiàn)在是非常熱的話題，其實5G非常重要的一個作用就是智能的海量物聯(lián)網(wǎng)，這塊對剛才陳總談的能源數(shù)字化中有最關(guān)鍵的幾個問題，一個是實時的監(jiān)控，整個電力系統(tǒng)里面所有的用電、設(shè)備，都可以通過海量物聯(lián)，以5G的形式連在一個電力系統(tǒng)里頭。另外每天每個地方的數(shù)據(jù)都在實時收集、在存儲、在通過人工智能的方式進行大規(guī)模的分析，比如哪個地方缺電，哪個地方電會富余出來，歷史上怎么用電，就有這種數(shù)據(jù)模型出來，會有一個智能的調(diào)度基礎(chǔ)。還有一個非常重要的，如果出現(xiàn)瞬時的（斷電），某個地方突然出狀況了，需要電力切斷或者另外一個地方的電調(diào)過去，對移動通訊的要求非常高。非常高興的是5G現(xiàn)在的超時延的特性已經(jīng)能夠滿足電力系統(tǒng)的需求，這方面國內(nèi)很多公司，也包括我們展銳都可以提供這方面的芯片支撐整個能源數(shù)字化這方面的需求。它主要解決兩個問題，一個是海量的感知問題，另外就是瞬時決策的問題，時延要求非常高，另外就是大數(shù)據(jù)分析和人工智能決策。

王小楠：咱們一直在講數(shù)智化，一個是數(shù)據(jù)的采集，還有一個是計算和分析。像剛才任總也講到，現(xiàn)在通訊上面是非常重要的一個數(shù)據(jù)產(chǎn)生，通訊和數(shù)據(jù)中心也是一個能耗非常大的部分，大概預期到2025年左右，通訊、數(shù)據(jù)中心這些占全部電力消耗的20%，所以從能源的采集、儲存、傳輸使用，這些環(huán)節(jié)都需要更多的智能化。舉個例子，大家對AlphaGo都非常熟悉，其實Google最早在AI上的投入是用AI算法優(yōu)化其數(shù)據(jù)中心里面的制冷和數(shù)據(jù)分配，最直觀的結(jié)果是它能夠讓Google數(shù)據(jù)中心能耗降低30%。所以，數(shù)智化的前景其實非常廣闊，不僅僅是在能源，也在各個領(lǐng)域，但是需要更多的數(shù)據(jù)采集、傳輸，也需要計算，這些其實都是在座各位能夠做出貢獻的地方。

馬克：雖然高制程芯片的應用場景看起來不是那么多，但實際上它是決定整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，這方面還是不能放棄。在成熟制程的芯片上，其實現(xiàn)在基本上是可以滿足需要的，在產(chǎn)能上、良品率上等等還是需要進一步加強。我們都正在經(jīng)歷經(jīng)濟數(shù)智化的大潮，各行各業(yè)都在被數(shù)字技術(shù)改造，你們實際上是這個數(shù)智化過程中的基礎(chǔ)性設(shè)備和服務(wù)提供者，我們可以期待一個前景廣泛、波瀾壯闊、機會無限的未來。