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廣皓天
目前，5G正進(jìn)入加速發(fā)展期。5G將深入各行各業(yè)，進(jìn)一步解決物與物的聯(lián)接問題，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。通信產(chǎn)業(yè)每10年發(fā)展一代。相比于之前的通信技術(shù)，5G業(yè)務(wù)需求已發(fā)生重大變化，這也使得通信芯片面臨新的挑戰(zhàn)。
首先，由于數(shù)據(jù)規(guī)模急劇增長，提升計算力成為發(fā)展5G的重中之重。5G海量物聯(lián)網(wǎng)的感知層、連接速率的提升和時延的降低，都將極大地驅(qū)動數(shù)據(jù)量增長。因此，通信芯片除了要具備通信功能外，還需要擁有強(qiáng)大的計算能力，以滿足云網(wǎng)融合下網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)深刻變革的需求。
其次，芯片設(shè)計復(fù)雜度不斷增加。5G通過復(fù)雜的編碼來實現(xiàn)頻譜利用率的提升，多通道、高頻率和大帶寬共同推動數(shù)據(jù)吞吐量的增加。5G多樣化的應(yīng)用場景、對兼顧低功耗的訴求都使得芯片設(shè)計變得非常復(fù)雜。
最后，受益于5G網(wǎng)絡(luò)，面向邊緣計算的高性能處理器和光器件發(fā)展前景廣闊，但國內(nèi)芯片供應(yīng)鏈仍有不足，產(chǎn)業(yè)規(guī)模商用和產(chǎn)品性能方面與國外企業(yè)仍有較大差距。
挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，5G發(fā)展在帶來挑戰(zhàn)的同時，也推動了國內(nèi)半導(dǎo)體創(chuàng)新進(jìn)步。
半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展趨勢
5G帶來的巨大的存儲市場需求，使中國成為全球大的半導(dǎo)體消費市場。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是我國科技核心支撐產(chǎn)業(yè)，而具有高功率密度、高效率和低功耗優(yōu)勢的氮化鎵(GaN)電子器件，被稱為“第三代半導(dǎo)體”核心，是實現(xiàn)5G通信、萬物互聯(lián)的關(guān)鍵要素。
第三代半導(dǎo)體技術(shù)在導(dǎo)熱率、抗輻射能力、擊穿電場、電子飽和速率等方面優(yōu)點突出，是固態(tài)光源和電力電子、微波射頻器件的“核芯”，在半導(dǎo)體照明、新一代移動通信、新能源并網(wǎng)、智能電網(wǎng)、高速軌道交通、新能源汽車等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
全球第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局為美、日、歐三足鼎立，其中，美國擁有較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，尤其是在碳化硅領(lǐng)域，美國為全球獨大，歐盟的主要優(yōu)勢則集中在外延環(huán)節(jié)、襯底、器件環(huán)節(jié)，日本在設(shè)備和模塊開發(fā)等方面領(lǐng)先。
我國與美、歐、日等發(fā)達(dá)國家第一代和第二代半導(dǎo)體技術(shù)方面還存在較大差距，但在第三代半導(dǎo)體上，經(jīng)過十年來的努力，我國與這些國家的差距相對較小，同時國內(nèi)市場容量大，第三代半導(dǎo)體技術(shù)前景可期。
氮化鎵是一種商業(yè)應(yīng)用相對較新的寬帶隙復(fù)合半導(dǎo)體。它的功率效率、功率密度和處理更寬頻率范圍的能力，使其非常適合大規(guī)模MIMO基站。氮化鎵具有一些良好特性，能更好地支持電子產(chǎn)品輕量化。
● 擊穿電場強(qiáng)度高。這極大提高了器件的電流密度和耐壓容量，降低導(dǎo)通損耗。
● 帶隙寬、禁帶寬度大。這意味著氮化鎵可以實現(xiàn)高功率的應(yīng)用。
● 熱導(dǎo)率高。氮化鎵散熱性能優(yōu)異，器件集成度和功率密度高于傳統(tǒng)元器件。
● 電子飽和漂移速度快，可在更高的頻率下工作。
● 介電常數(shù)小，可降低集成電路的漏電電流，降低導(dǎo)線之間的電容效應(yīng)。
● 化學(xué)性能穩(wěn)定。
● 硬度高。
政策支持推動國內(nèi)產(chǎn)業(yè)繁榮
國家對于第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了持續(xù)不斷的政策方面的支持。早在2016年，國務(wù)院就推出了《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃的通知》，其中首次提到要加快第三代半導(dǎo)體芯片技術(shù)與器件的研發(fā)；2019年6月商務(wù)部及發(fā)改委在鼓勵外商投資名單中增加了支持引進(jìn)SiC超細(xì)粉體外商企業(yè)；2019年11月工信部印發(fā)《重點新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄》，其中GaN單晶襯底、功率器件用GaN外延片、SiC外延片，SiC單晶襯底等第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品進(jìn)入目錄；2019年12月國務(wù)院在《長江三角洲區(qū)域—體化發(fā)展規(guī)劃綱要》中明確要求加快培育布局第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，推動制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
政策支持下，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展。當(dāng)前，我國已經(jīng)形成了長三角、珠三角、京津冀、閩三角等多個第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集群，尤其是長三角和珠三角的實力相對雄厚，成為我國兩大國家第三代半導(dǎo)體科技創(chuàng)新中心。
以江蘇省為例，江蘇省“十四五”規(guī)劃將第三代半導(dǎo)體作為布局重點，并培育出了納微科技、英諾賽科、中科漢韻，以及華瑞微集成電路、蘇州能訊高能半導(dǎo)體等多家優(yōu)秀企業(yè)。
而在珠三角，第三代半導(dǎo)體技術(shù)同樣是廣東“十四五”規(guī)劃重點。廣東省明確將設(shè)立首期規(guī)模達(dá)200億元的半導(dǎo)體及集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金，支持半導(dǎo)體和集成電路領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，打造以廣州、深圳、珠海為核心的兩千億級芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)集群。其中，深圳作為國家級第三代半導(dǎo)體科技創(chuàng)新中心，目前已經(jīng)成立了第三代半導(dǎo)體器件重點實驗室等一批重要平臺，成為國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)品銷售、集散和設(shè)計中心。
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