人工智能及其应用深刻影响电子元器件产业未来

伴随着人工智能时代的加速到来，各应用领域对电子元器件的需求将呈爆发式增长。据著名市场研究与咨询机构Tractica 预测,由AI软件应用所带来的直接或间接收益将从2016年的14亿美元提高至2025年的598亿美元，见图1。如此巨大的市场前景必将重塑电子元器件产业的发展格局。其中，可以预见的未来趋势包括高性能计算从云端转移到边缘，数据处理能力的提升带来对新型存储方案、架构的持续需求，智能移动设备广泛应用后对器件性能和功耗的要求提高等。另外，由人工智能、机器学习和人机交互所创造的新产品和新服务，5G技术所带来的无限互联能力，区块链所带来的新型安全范式也会深刻影响电子元器件产业的未来发展。

图1 全球市场中人工智能的收入：2016年～2025年（预测）（来源：Tractica）

欧洲的未来必须依靠强大的欧洲电子元器件与系统（ECS）产业来塑造。这是用系统性思维看待电子元器件及其价值链的相互关联与作用。这里的系统，既指由软硬件所集成的传统意义上的系统，又同时包含以电子元器件为基础由下至上发展，最终拓展到应用层面的产品与服务相融合的生态系统。该报告指出，到2030年，数字化、自动化、人工智能将会为全球GDP带来13万亿美元的增长。思考如何形成一个涵盖从电子元器件、软件设计技术与工具，到软硬件模块，再到智能产品和系统，最终服务于不同应用的多层级产业生态系统是运用系统性思维发展电子元器件产业的关键。

以应用领域为主线分析电子元器件产业的机遇与挑战。该报告指出过去很长一段时间，微电子产业的发展主要是由摩尔效应及同产业并行发展的软件产业所驱动。任何的性能需求，如功能、成本、能耗等www.cechina.cn，都可以通过器件的小型化来解决。因此，产业技术发展的路线图同应用路线图极大程度上是相互独立的。伴随着尺度效应接近物理和经济上的极限，技术路线图和应用路线图变得更加相互关联。

图2 库梅定律（Koomey’s Law）

持续的欧洲数字化是利用研究、发展和创新来创造有益于公民、企业和社会的市场产品和服务的巨大机遇，也是迫切的需求，涉及整个ECS价值链的广泛研究和创新主题，从设备、材料、生产技术、封装和装配技术、嵌入式软件到体系结构和设计工具、建模和模型库，以及整个不同级别抽象的完整功能块，包括智能系统集成和复杂的信息物理系统，甚至包括飞机、汽车、机器人生产设施网络和ECS制造集群等系统之系统，还包括智能家居解决方案（智能城市和智能电网），低功耗、高性能数据和计算中心。如果欧洲要在内部维护这些关键技术和能力，就必须认识到数字社会带来的机遇和威胁。

由应用领域所带来的技术机遇主要包括，超越CMOS时代的量子计算、储备次计算等新计算范式控制工程网版权所有，以及以未来高性能、超低能耗器件为目标的新材料、工艺技术、新型纳米器件的架构等。同时，对于欧洲电子产业发展的主要挑战，包括贸易保护主义、缺乏行业领导者、技术型人才不足等。

图3 电子元器件的异构集成领域与传统的PCB和晶片级技术融合（来源：Fraunhofer-IZM）

该报告介绍了五种新的商业模式范例。

1、一切皆服务：新商业模式和互联网经济。从IT领域开始，用按使用付费的系统（也称为“一切皆服务”或XaaS）取代所有权的趋势正在进入现实世界。

2、更快和更短的创新周期。面临的挑战是如何应对不断缩短的上市时间，以及延长的“在市时间”等不利需求www.cechina.cn，这直接影响了对技术要求的定义。但是这些挑战是可以解决的www.cechina.cn，例如，提供可升级的ECS，以便在现场进行后期调整。

3、改善信任和安全性的新交易机制：区块链。区块链具有使整个经济领域创新的潜力。例如医疗机构及人寿保险公司等正在争先恐后地确定，如何利用区块链改善维护健康记录、执行交易，以及与利益相关者互动的方式；在新的智能分布式能源网络中实现交易和微交易；以及无现金经济：虚拟货币和加密货币。

4、纵向整合和领导力。超大型企业通过在整个价值链上建立客户锁定，来垂直扩展活动范围。例如，在消费电子产品领域，已经掌握了完整价值链（从芯片设计到零售或互联网商店到最终用户应用）的公司取得了很大的成功，由于创造了生态系统并锁定了完整价值链的客户，从而能够对经济危机保持更大的弹性。“虚拟垂直整合”的愿景鼓励市场领导者在新兴技术发展的基础上，为成功的商业创新定义条件，反之亦然，以协调技术平台的开发（从硬件和制造到系统设计和软件工程）。在组织层面上，横向专业化的欧洲行业细分的子集，应朝着垂直生态系统努力。基于该假设，战略研究议程强调对标准化活动做出贡献并制定适当新标准的重要性，因为标准是可伸缩性和互操作性功能的重要推动者。设计环境的开发同样重要，可以有效覆盖整个价值链上的ECS设计过程。

5、当消费者变成产消者。新技术使消费者能够成为他们使用的服务和产品的共同设计者和参与者。在健康方面，患者可以提供一级的自我诊断。由于YouTube等社交媒体平台的出现，数字内容的消费者已发展为专业产消者。安装太阳能电池板的业主既是电力公司的客户，也是电力公司的供应商。公司甚至可以转向最终客户来寻求新产品的设计。但是，这种趋势要求在设计产品时考虑到现场的个性化。例如，在智能电网及新的储能解决方案中，新兴的宽带隙半导体和集成技术是实现这些新型电气架构的关键推动因素。再例如，超低功耗传感和数据处理功能的开发，结合新的能量收集技术CONTROL ENGINEERING China版权所有，可以创建在整个生命周期内都具有自主能源的系统，即有能力生产自身所需消耗的全部能量。这将对许多应用领域产生深远影响，如卫生领域可能使用终生植入式装置。

该报告分别针对交通与智能出行、健康与福利、能源、数字工业、数字生活等五个应用领域，归纳了电子元器件产业同各领域的关联、面临的主要挑战、发展时间线、以及不同领域之间的融合。同时，从系统和组件的架构-设计-集成，互联互通性，安全性、保密性和可靠性，计算和存储，电子元件和系统的工艺、设备、材料、生产等五个技术因素，探讨了未来产业发展的技术路线图。

在当前新冠肺炎全球蔓延的大背景下，逆全球化势力同贸易保护主义形成双重叠加，势必对我国高端制造业的发展形成冲击。作为有效防范、化解外部风险，增强我国自身供应链韧性和弹性的重要抓手，推进高端芯片等在内的先进电子元器件国产化任重而道远。借鉴该报告的思路并结合我国电子元器件产业发展现状，可以从技术和产业政策的角度研究探讨并制定我国电子元器器件与系统的战略研究议程。在技术层面，一方面应该充分发挥我国在人工智能、5G技术、量子通信等应用端的先发优势，拉动电子元器件产业加速发展，迅速补齐材料制备、器件设计、装备研发等关键链条环节的短板；另一方面更需要大力支持科研院所、企业以及国家级科研平台在新型存储器件、类脑芯片等前沿领域的自主创新，通过原创性科技成果，持续推动电子元器件产业向价值链高端攀升。在产业政策方面，应该加强区域间协调，差异化发展电子元器件产业，各自结合自身产业基础形成各具特色的发展方向，整体规划产业链布局形成全链条式闭环系统。