2024年最熱的10家半導體初創公司
從Celestial AI 到Taalas,這些新創公司都在嘗試挑戰Nvidia 。 近兩年前,當世界意識到生成式人工智慧和實現該技術的強大晶片具有顛覆性的能力時,半導體行業受到了新的關注。雖然這種興趣的最大受益者是輝達,但各種新創公司都在尋求挑戰這家人工智慧晶片巨頭或尋找其他可以顛覆的領域。 雖然半導體初創企業面臨的風險仍然很高(其成本通常比早期軟體公司高得多),但它們可以從今年該行業可能增長20% 的預期中受益,部分原因是對人工智慧晶片的強勁需求。 這為Cerebras Systems、Hailo 和 Kneron 等AI 晶片初創公司提供了空間,它們可以從研究公司IDC 在12 月預測的預計支出增長中分一杯羹。其他希望顛覆AI 計算晶片設計方式的半導體初創公司包括Celestial AI、Eliyan、Rivos 和Tenstorrent。 以下是CRN迄今評選出的2024年最熱門的10家半導體新創公司,除了上述新創公司外,還包括MetisX、SiMa.ai和Taalas。 Celestial AI David Lazovsky,創始人兼首席執行官 Celestial AI 表示,其光子結構光學互連技術克服了延遲和頻寬瓶頸,為人工智慧計算的進步鋪平了道路。 這家總部位於加州聖克拉拉的初創公司今年3 月宣佈,已完成1.75 億美元C 輪融資,該輪融資金額“大幅超額”,由美國創新技術基金領投,其他幾家投資者也參與其中,其中包括AMD 的風險投資部門、三星以及大眾集團的控股公司保時捷。 同月,這家矽光子學初創公司表示,「目前正在設計光子結構光學晶片,作為技術採用的初始階段」。據Celestial AI 稱,這種將光學晶片整合到多晶片封裝中的技術正日益成為高效能處理器的常態,與「其他最先進技術」相比,它可以使封裝外頻寬提高25 倍。 Cerebras Systems Andrew Feldman,聯合創始人兼首席執行官 Cerebras Systems 正在利用其Wafer Scale Engine 晶片挑戰Nvidia 在AI 計算領域的主導地位,據稱該晶片可實現卓越的每瓦性能和「前所未有的可擴展性」。 今年3 月,這家位於加州桑尼維爾的初創公司發佈了第三代晶片Wafer Scale Engine 3,並稱其性能是上一代晶片的兩倍,而且「功耗和價格相同」。 WSE-3 由4 兆個電晶體組成,採用台積電的5 納米工藝,整合90 萬個AI 核心和44 GB 片上SRAM,16 位元浮點性能可達125 千兆次。 該公司今年的其他里程碑包括與醫療巨頭梅奧診所進行多年戰略合作,開發多模式大型語言模型來改善患者的治療結果和診斷,與人工智慧初創公司Aleph Alpha 進行多年合作,建構安全的主權人工智慧解決方案,以及為總部位於阿布達比的科技控股集團G42 奠基Condor Galaxy 3 超級電腦。 Eliyan Ramin Farjadrad,聯合創始人兼首席執行官 Eliyan 希望透過其NuLink PHY 互連技術打破晶片間頻寬障礙,幫助晶片設計師建構更強大的基於晶片的處理器。 這家總部位於加州聖克拉拉的初創公司3 月宣佈完成了一輪6000 萬美元的融資,由Samsung Catalyst和老虎全球管理公司(Tiger Global Management) 共同領投,並得到英特爾和SK 海力士的風險投資部門等其他投資者的支援。 今年早些時候,Eliyan 表示,它在物理層上推出了「性能最高」的解決方案,用於在單晶片架構中連接多個晶片,並且採用了台積電的3 納米製造工藝,每條鏈路的速度高達64 Gbps。 Hailo Orr Danon,聯合創始人兼首席執行官 Hailo 正在透過採用在成本和功耗效能最佳化方面處於領先地位的晶片來加速邊緣產生AI 工作負載,從而與Nvidia 展開競爭。 這家總部位於以色列特拉維夫的初創公司4 月宣佈,它從投資者那裡籌集了1.2 億美元,作為其C 輪融資的延伸,同時推出了新的Hailo-10 加速器,它可以為個人電腦和汽車資訊娛樂系統等裝置「以最小的功耗實現最大的GenAI 效能」。 例如,該公司表示,Hailo-10 可以以每秒最多10 個token 的速度運行70 億參數的Llama 2 模型,同時僅使用5 瓦的功率。對於Stable Diffusion 2.1 模型,該晶片還可以在相同的功率範圍內在5 秒內建立圖像。 Kneron Albert Liu,創始人兼首席執行官 Kneron 希望透過AI 晶片來削弱Nvidia 的影響力,該晶片旨在降低企業的伺服器成本,並在生成AI 方面降低PC 的價格和能耗。 這家總部位於加州聖地亞哥的初創公司於6 月宣佈推出其第二代「邊緣GPT」伺服器KNEO 330,該公司表示,該伺服器可將小型企業的AI 成本降低30%-40%。該伺服器每秒可執行48 兆次運算(TOPS),最多可同時連接8 個,並且支援大型語言模型和檢索增強生成精度,可與雲解決方案媲美。 Kneron 已從高通和富士康等投資者那裡籌集了1.9 億美元的資金,該公司還發佈了第三代神經處理單元( NPU ) KL830,旨在支援低成本的AI PC 以及支援AI 的物聯網應用。 MetisX Jim Kim,聯合創始人兼首席執行官 MetisX 旨在透過開發基於Compute Express Link ( CXL ) 技術的智慧記憶體系統,使資料中心「更聰明、更快速、更具成本效益」。 這家總部位於韓國首爾的初創公司5 月宣佈,已從多家投資者處籌集了4,400 萬美元的A 輪融資,並表示計畫在美國建立業務並於明年推出針對超大規模客戶的晶片。 該公司表示,已經完成了向量資料庫、巨量資料分析和DNA 分析等大規模資料處理用例的原型。該公司報告稱,此類原型的效能比傳統伺服器CPU 提高了一倍。 Rivos Puneet Kumar,聯合創始人兼首席執行官 Rivos 希望透過結合高效能RISC-V CPU 和資料平行加速器的晶片來撼動資料中心市場,以實現資料分析和生成性AI 工作負載。 這家總部位於加州聖克拉拉的初創公司由前Google、蘋果和英特爾工程師創立,今年4 月宣佈已從包括英特爾和戴爾科技集團的風險投資部門在內的多家投資者處獲得了超額認購的A-3 輪融資,籌資逾2.5 億美元。 該公司在2 月與蘋果達成訴訟和解後,宣佈獲得資金,並表示將用這筆資金推出首款矽片產品並擴大團隊。蘋果指控這家新創公司從這家科技巨頭挖走數十名工程師,竊取商業機密,而Rivos 則以不公平競爭為由對其提起反訴。 SiMa.ai Krishna Rangasayee,創始人兼首席執行官 SiMa.ai 希望利用強大而高效的晶片取代Nvidia 在邊緣生成AI 工作負載方面的份額,該晶片可以在一個「以軟體為中心」的平台上處理各種各樣的模式。 這家總部位於加州聖何塞的初創公司4 月宣佈已從投資者那裡籌集了7000 萬美元,其中包括戴爾科技集團的風險投資部門和Cadence 設計系統公司執行董事長Lip-Bu Tan。 該公司表示,將利用這筆資金繼續滿足客戶對其第一代機器學習系統單晶片(MLSoC) 的需求,該晶片專門用於電腦視覺,同時加快開發其第二代MLSoC,該晶片支援多模式生成AI 工作負載,包括語音、音訊、文字和圖像。 Tenstorrent Jim Keller,首席執行官 Tenstorrent 尋求透過銷售專用處理器與授權晶片技術供他人使用相結合的商業模式,在人工智慧計算晶片設計方面開闢一條新道路。 這家總部位於安大略省多倫多的初創公司於2 月宣佈,已與日本尖端半導體技術中心達成“多層次合作協議”,後者計畫利用Tenstorrent 的RISC-V 和小晶片技術開發其2 納米邊緣AI 加速器。該公司還將擔任該晶片的聯合設計合作夥伴。 根據The Information 6 月報導,這家新創公司去年籌集了由現代汽車集團和三星Catalyst Fund 領投的1 億美元融資,現在又在由三星領投的新一輪融資中籌集了至少3 億美元,這讓Tenstorrent 的估值達到了20 億美元。據報導,另一家韓國大公司LG 電子也在就此輪融資進行談判。 Taalas Ljubisa Bajic,創始人兼首席執行官 Taalas 試圖透過設計直接實現整個AI 模型的加速器晶片來顛覆Nvidia 的通用GPU 戰略,據稱這可以將成本降低多達1,000 倍。 這家總部位於安大略省多倫多的初創公司由Tenstorrent 創始人Llubisa Bajic 領銜,於3 月宣佈已籌集5000 萬美元的融資,並透露了其項目,即建立一個自動化工作流程,將所有類型的深度學習模型硬連線到晶片中。 Taalas 表示,由於這種設計方法,它能夠設計出一款包含整個大型AI 模型的晶片,「而無需外部儲存器」。據這家初創公司稱,該晶片設計預計將提供比小型GPU 資料中心更高的效能,這為其將AI 計算成本降低1,000 倍以上開闢了道路。 該公司表示,計畫在第三季流片首款大型語言模型晶片,並於明年第一季向客戶推出。(半導體材料與工藝裝置)
美智庫報告:中美戰略決戰-探索量子位元(第二部分:中國現狀與中美比較)
摘 要 近期,新美國安全中心(CNAS)發佈報告《量子位元的探索:評估中美在量子計算領域的競爭》,深入分析了量子技術的發展及其對國家安全的影響,特別是聚焦於美國和中國在該領域的競爭。 今天,我們將為大家分享報告的第二部分:中國現狀和中美比較。 中國現狀 中國將科技視為增強中國經濟和軍事實力、增強國家實力並成為全球「科技強國」的一種手段。 中國缺乏類似美國國家量子戰略的公開國家量子戰略。相反,中國透過一系列更廣泛的國家科技計劃和項目來推動量子技術研發。 例如,《“十三五”科技軍民融合專項規劃》突出強調了量子技術的重要性,啟動了量子通訊和計算的“大工程”,重點是“推動量子技術重大突破”,包括“擴建中國國家量子通訊基礎設施,研製通用量子電腦樣機,以及建造一個實用的量子模擬器。 第十三個五年國家科技創新計畫同樣優先考慮量子通訊和計算的進步,包括開發通用量子計算原型和實用量子模擬器。 麥肯錫(McKinsey & Company) 2022年6月的一份報告估計,中國已為量子技術預留了總計153億美元的資金,遠遠領先於歐盟的72億美元和美國的19億美元項目公共資金。 2022年威爾遜中心的一份報告同樣估計,中國在量子技術上投入了超過150億美元,但指出「對這些金額的精準性仍然存在疑問」。 《量子內幕》(The Quantum Insider)在2023年的分析報告中也估計,中國的國家投資為150億美元。如果精準的話,這意味著中國的國家資金佔世界公共量子支出的50%以上。 其他估算試圖捕捉中國每年的投資額,但同樣未能達成共識。 美國國會研究服務處(CRS)估計,中國每年用於量子技術研發的資金為2.44億美元。然而,正如蘭德公司最近的一項研究所觀察到的那樣,中國的量子專家報告了截然不同的數字。 在2019年11月的一篇學術文章中,通常被稱為中國「量子之父」的著名量子技術研究員潘建偉報告說,中國的量子技術研發支出明顯低於CRS的估計,2016年至2020年(截至2019年11月)總計8,400萬美元,2011年至2015年為9,800萬美元,2006年至2010年為3,000萬美元,1998年至2006年為125萬美元。 中國各政府機構和國家相關組織參與推動量子資訊系統的研發,包括科技部、工業和資訊化部、中國科學院和中國建設銀行。 國家相關國防實體--如中國航空工業集團公司和軍事科學院--也參與了量子研發工作,量子技術被納入中國更廣泛的軍民融合國家戰略。 例如,「十三五」科技軍民融合專項規劃突顯了量子計算和通訊項目。 但正如蘭德物理科學家愛德華帕克博士在最近的國會證詞中指出的那樣,中國「將量子技術融入作戰軍事系統的總體優先事項、計劃和時間表遠不如美國政府明確」。 中國已經建立了幾個合作研究所和項目,以探索量子技術的軍事應用,包括前線跨學科技術研究中心,北京資訊科學研究院,以及中國科技大學-中國船舶重工集團公司聯合量子實驗室。 但量子雷達--美國國防部認為「在科學上不切實際」--是唯一的軍用--儘管據報導中國已經成功開發了量子雷達原型,但其成功實施仍面臨著一些挑戰。 例如,目前尚不清楚中國是否能夠將量子雷達整合到現有平台中,或者量子雷達是否會提供足夠的優勢來證明中國的投資是合理的。 此外,中國的軍事附屬大學--包括中國人民解放軍軍事科學院和中國人民解放軍國防大學--「並不是中國量子科學公共研究的前沿」。 但總的來說,中國似乎在現階段的發展中優先考慮情報和民用應用。 與美國一樣,中國用於QIS研發的公共資金分佈在多個量子技術組成領域。 據《量子內幕》估計,中國目前將QIS研發資金的26%用於量子計算,22%用於硬體開發。 中國大部份子計算研究都是在合肥微尺度物理科學國家實驗室完成的。 中國在硬體研發方面的擴張方式在多種模式上都取得了成果。 據報導,中國擁有兩台量子電腦--基於光子學的九章2號電腦和基於超導的祖沖之2號電腦--它們的性能超過了Google的西卡莫爾量子電腦,這是一種54量子位元的超導處理器,能夠在200秒內完成一個經典電腦需要數千年才能完成的計算。 私營企業在中國量子技術生態系統中的作用不如美國企業在美國生態系統中的作用突出。 儘管如此,中國在量子計算方面的研究「已經開始涉及更高程度的私營部門參與和投資,這是受到量子電腦巨大商業潛力的推動。 中國的QIS生態 中美比較 儘管美國和中國的共同目標是在量子技術領域取得全球領先地位,但兩國在量子技術研發方面的方法卻存在巨大差異。美國採取行業主導、政府支援的方式。 美國量子產業包括既有成熟的科技公司,也有最近成立的初創企業,往往會推動創新和關鍵的發展里程碑。 在中國,量子技術的研發通常是政府主導和產業支援的。 中國的量子產業規模遠遠小於美國,而且中國的量子突破大多來自政府資助的實驗室和研究機構。 美國和中國都在追求各種量子計算模式,包括超導、捕獲離子、光子學和中性原子。 根據幾個技術指標——包括量子電腦的物理量子位元計數、相干時間和錯誤率——美國在除超導超導量子位元之外的每一種模式上都處於領先地位,中國在這一領域與美國大致相當。 美國已經開發了所有模式的高性能原型,並正在探索廣泛的應用,從科學發現和材料研究到物流和先進電子產品。 中國的技術進步主要侷限於超導量子位元和光子玻色子取樣,這是量子計算的一種非通用方法。 根據2023年2月QED-C的研究,美國也是量子計算專利申請的全球領導者。 在2010年至2022年期間,美國專利局收到了大約1,838件量子計算專利申請,而中國國家知識產權局僅收到908.183件。 在同一時間段內,在提交量子計算專利的前19個實體中,美國的實體數量最多。 在排名前19的專利權人中,有9人來自美國,5人來自中國。 在申請國際量子計算專利的前20名實體中,美國實體同樣佔據了主導地位。 在多個國家的專利局申請的國際專利更難獲得,通常是為高品質的專利保留的截至2021年,IBM擁有最多的國際專利族—401個。 另外9家美國實體被列入前20名國際專利權人名單。只有一家中國公司——阿里巴巴上榜,據報導,阿里巴巴於2023年11月終止了其量子計算研發工作。 研究出版物的數量和質量是評估一個國家在量子計算方面取得重大突破的潛力的其他指標。 中國的量子計算研究數量最多,約佔全球研究的22.8%,而美國排名第二,約佔全球研究的21.3%。 美國在量子研究品質方面領先世界,赫希指數(H指數)為92。 中國以52.186的H指數排名第二,綜合來看,這些指標顯示美國是量子計算的全球領導者,但面臨來自中國的激烈競爭。 儘管中國在整體技術進步方面落後於美國,但中國專家進行了大量與量子相關的研究,並得到了政府的高度支援。 中國顯然打算在量子計算領域超越美國。 供應鏈和勞動力 此外報告還描述了關於供應鏈和勞動力的內容,強調了美國在量子技術領域的競爭力依賴於兩個關鍵因素:一個安全、可靠的量子技術供應鍊和一個熟練、多樣化的量子技術人才隊伍。 在供應鏈方面,報告指出美國需要建立一個對外國供應商依賴有限的成熟量子技術供應鏈。 這涉及對現有供應鏈進行全面審查,識別關鍵輸入、檢測潛在的脆弱節點,並評估開發額外供應商的機會。 此外,報告建議利用財政激勵和科技中心計劃促進國內生產,同時監控國內外競爭對手的供應鏈,並建立國際論壇以協調與盟友和夥伴的供應鏈。 在勞動力發展方面,報告強調了培養量子技術人才的重要性,這包括設計量子技術、識別量子應用和確保技術負責任使用所需的人才。 報告建議美國政府、私營部門和學術界共同努力,透過開發流程來理解量子生態系統內的勞動力需求和技能差距,建立國家量子教育和勞動力發展中心,並與盟友和夥伴合作建立跨培訓和互惠研究交換計劃。 此外,大學和量子公司應合作開發行業特定的高等教育項目,並與K-12學校系統合作,為學生提供量子課程和實踐學習機會。 報告總結認為,美國在量子計算領域的領導地位並非不可動搖,中國在量子技術領域的快速發展對美國構成了潛在挑戰。 為了保持競爭優勢,美國必須迅速採取行動,透過加強供應鏈管理和培養強大的量子技術人才隊伍來確保其在量子計算領域的領先地位。 結 論 量子資訊系統是一個關鍵的新興技術領域,可能有助於塑造世紀的地緣政治。 量子計算是量子資訊系統中一個特別有影響力的子集,它有望透過大幅提高一系列行業的計算速度和處理能力來帶來巨大的經濟和軍事利益。 量子計算已成為中美戰略競爭的一個中心陣地。 美國和中國的戰略檔案表明,兩國都將量子視為具有戰略意義的技術,有可能大幅提升國家實力的經濟和軍事層面。 雖然美國和中國在量子技術方面有不同的優先事項,但最終都是為了達到量子技術研發的最前線。 美國計劃透過追求以科學為基礎的技術開發方法,支援私營企業,並建立量子勞動力來滿足不斷增長的領域的需求,從而提高其量子競爭力。 中國打算透過推動現有研究的界限,發展本土量子能力,消除對外國技術元件和材料的依賴來實現主導地位。 幾個關鍵指標--包括研發總支出、專利和研究出版品。美國目前在追求可擴展的容錯量子計算方面保持著對中國的優勢。 但這一領先優勢遠未穩固。中國顯然打算在量子計算方面超越美國,並且正在獲得實現這一目標的資源和技術。 報告最後得出結論,美國必須迅速採取行動,透過加強供應鏈管理和培養強大的量子技術人才隊伍來確保其在量子計算領域的領導地位。 同時,報告提出了一系列政策建議,包括進行全面的供應鏈審查、利用財政激勵促進國內生產、監控供應鏈、建立國際論壇協調供應鏈,以及發展量子技術人才,以應對中國在量子技術領域的競爭,並確保美國在全球量子計算領域的持續競爭力。 (稻香湖下午茶)
美智庫報告:中美戰略決戰-探索量子位元(第一部分:技術入門與美國現狀)
摘 要 近期,新美國安全中心(CNAS)發佈報告《量子位元的探索:評估中美在量子計算領域的競爭》,深入分析了量子技術的發展及其對國家安全的影響,特別是聚焦於美國和中國在該領域的競爭。 報告指出,量子資訊科學(QIS)和量子計算因其潛在的革命性影響而成為全球科技競爭的前沿。 美國需要製訂長期戰略來增強其在量子技術領域的競爭力,並確保技術發展與美國價值觀和利益一致。 報告提出了一系列關於供應鏈管理和勞動力發展的政策建議,強調了建立安全、可靠的量子技術供應鍊和培養熟練的量子工作力的重要性。 同時,報告比較了美國和中國在量子計算的優先事項、能力以及持續創新的潛力,指出儘管中國在某些方面取得了顯著進展,美國在多個量子計算模式中仍保持領先。 報告最後強調,為了確保美國在量子計算領域的持續競爭力,必須迅速採取行動,支援量子技術的發展,並建立全球量子生態系統,以利用技術的積極潛力並降低風險。 介 紹 美國和中國陷入了一場長期的地緣政治實力戰略競爭。一個關鍵的新興技術領域——量子資訊科學(QIS)——將在決定哪個國家獲勝方面發揮巨大作用。 科技是中美競爭的關鍵戰場。關鍵和新興技術——包括量子資訊系統、人工智慧、生物技術和半導體——是幫助各國促進其利益和最大限度提高其全球競爭力的工具。 正如國家安全顧問傑克·沙利文在2022年的一次演講中所承認的那樣,“科學技術的進步將決定21世紀的地緣政治格局。” 在QIS這個具有巨大經濟和軍事潛力的技術領域保持優勢,對美國來說尤其重要。多屆美國政府官員已將QIS確定為未來十年需要關注的領域。 量子技術可望支援醫療、金融和農業等行業的變革性進步。 量子電腦可以模擬複雜分子之間的相互作用,為更有效的藥物、診斷和疫苗鋪平道路。 它們還可以解釋金融數據和模型趨勢,極大地改善了投資組合優化、風險分析、欺詐檢測和資本組態。 量子電腦甚至可以在減緩氣候變化和促進永續發展方面發揮作用。 它們可以加速電池技術的改進,解鎖更環保的肥料製造工藝,並幫助解決電網優化問題。 現代生活的幾乎每個方面都將受益於量子電腦無與倫比的能力。 但量子電腦可能成為一把雙刃劍。 量子系統可以幫助提高軍隊和情報部門的精準性和殺傷力,使政府更容易識別和消除目標,或監視和鎮壓特定人群。 量子系統還可以幫助各國設計新武器,壓倒對手的防禦能力,或快速分析多個戰爭領域的資料。 許多新興技術都具有這種雙重用途的適用性,但量子技術的管理非常具有挑戰性——量子技術是一種相對較新的、快速發展的技術,其全部潛力尚未得到充分探索,甚至尚未被設想出來。 因此,量子技術的先發優勢是顯著的。 第一個掌握建造有用量子電腦流程的國家將不僅擁有強大的工具,第一個開發、擴展和整合量子技術的國家可以在建立市場主導地位、制定技術標準和製訂量子治理框架方面佔據上風。 量子技術有三個主要子集:量子計算、量子感測和量子通訊。 量子計算是其中的一個子集,迄今為止在美國獲得了最大份額的公共和私人資金,反映了它對美國國家安全的重要性。 可以說,這也是美國面臨最激烈競爭的細分市場。在QIS的三個子集中,量子計算擁有最多的競爭對手,最大的估計市場和全球最多的資金。 包括美國和中國在內,至少有17個國家製訂了支援量子計算研發(R&D)的國家戰略。 技術入門:什麼是量子? 20世紀的兩大進步——量子力學和資訊技術——在1980年代催生了量子資訊系統領域量子力學是物理學的一個分支,它描述原子和亞原子層級上的自然行為資訊技術包括使用所謂的經典電腦、數位通訊和相關裝置來大範圍地解決問題QIS透過利用「量子物理定律」來儲存、傳輸、處理和測量資訊,將這兩個領域結合起來。 從理論上講,QIS將提供克服經典資訊系統和技術的物理限制的能力,在一系列行業中開啟新的發現和創新。 量子計算是量子資訊系統的一個子集,它利用量子力學的定律來解決大型和複雜的問題,這些問題在經典電腦上是難以解決的。 量子電腦利用了幾種量子力學現象,使它們與經典電腦區別開來。 經典計算的基礎是二進位位,它們可以打開或關閉,只能存在於0或1的狀態中。 量子電腦基於量子位元,量子位元可以存在於多種狀態組合中。 這種現像被稱為疊加。疊加使量子電腦比經典電腦更強大。由於量子位元可以表示零、一或兩者的任意組合,因此量子位元的可能狀態數量遠遠超過二進位位元的可能性,從而使量子電腦具有更大的吸收、探索和處理資訊的能力。 然而,量子位元只能保持疊加,直到觀察,測量或不希望的環境幹擾發生,在這時,他們崩潰成一個單一的狀態。每個量子態都保持一定的機率,範圍在0到1之間。 量子干涉是指處於多重態疊加態的量子粒子相互作用的方式,是影響機率幅並使觀測或測量結果偏向特定態的一種方式。 干涉用於控制量子態、執行計算以及檢測和糾正計算錯誤。它還可以支援量子電腦計算速度的顯著提高。 想像一個「量子硬幣」闡明了疊加和乾涉的概念。傳統的硬幣只存在於兩種可能的狀態中的一種-正面或反面。 但是量子硬幣可以存在於這些經典態的疊加態中。當量子硬幣沒有被觀察或測量時,它可以是任何特定的正反組合。 一旦人們測量了量子硬幣--例如觀察拋硬幣的結果--量子硬幣就會坍縮成兩種狀態之一,正面或反面,干涉使觀察者能夠增加硬幣落在他們想要的結果上的可能性。 換句話說,干涉有助於對量子系統進行編程,使正確答案的可能性更大,錯誤答案的可能性更小。 糾纏是另一種獨特的量子現象,為量子電腦提供了無與倫比的能力和速度。 與具有獨立狀態的數字位元不同,糾纏量子位元以這樣一種方式相互關聯,即使被距離分開,一個量子位元的屬性也不能獨立於其他量子位元的屬性來描述。 糾纏的量子位元相互關聯,並作為一個連接的系統或單元發揮作用。 量子電腦缺乏通用功能,不會取代經典電腦進行廣泛的經典計算工作。 經典電腦將繼續在算術運算等簡單直接的任務以及網頁瀏覽、電子郵件通訊和文書處理等任務上優於量子電腦。量子電腦最適合特定應用。 他們預計將特別擅長解決優化,模擬和素數分解問題。 報告中提到了四種主要的量子計算模式,分別是: 超導量子位元(Superconducting Qubits):利用接近絕對零度溫度下冷卻的電路中的量子力學特性來建立固態量子位元。 離子阱量子計算(Trapped Ions):使用電磁場懸浮的帶電原子作為量子位元,透過光學和微波信號來操控它們的狀態。 光子量子計算(Photonics):基於光子或光的粒子作為量子位元,利用雷射束和精細拋光的玻璃來產生糾纏的光子狀態。 中性原子量子計算(Neutral Atoms):使用原子作為量子位元,透過真空室中的磁場和雷射來操控原子的電子能級。 這些模式各有優勢和挑戰,目前尚不清楚哪一種最終會實現具有實用價值的量子電腦。報告建議,為了確保在量子計算領域的競爭力,各國應該資助廣泛且多樣化的研發項目,涵蓋所有這些有潛力的硬體架構。 領先的量子計算模式的優缺點 美國現狀 美國的量子技術努力取決於兩項政策:量子資訊科學(國家量子戰略)和國家量子倡議(NQI)法案。 另外包括QIS勞動力發展國家戰略計劃,量子前沿報告和國家安全備忘錄-10(NSM-10)-補充了國家量子戰略和NQI,以推進美國在QIS的全球領導地位。 NQI最初於2018年頒布,闡述了美國執行國家量子戰略的計劃,並作為美國量子相關活動的藍圖。 NQI授權三個機構-國家標準與技術研究所(NIST),國家科學基金會(NSF)和能源部(DOE)-“建立中心和聯盟,並開展新的項目,以促進QIS的研發。”儘管NQI只針對NIST、NSF和DOE,但它是一個全政府項目,呼籲協調聯邦政府以及產業和學術界的QIS研發工作。截至2022年4月,共有23個聯邦機構參與了NQI。 根據國家量子戰略和NQI,美國政府已經「對基礎QIS研發進行了大量且持續的投資」。 美國政府的資助旨在促進幾種量子技術模式和應用的創新和探索。 因此,聯邦對量子技術的投資是廣泛而多樣的,跨越了幾個不同的機構和部門。 QIS研發支出的主要驅動力包括NQI法案所針對的三個機構-NIST、NSF和DOE-以及國防部、國土安全部和NASA。 另外,美國能源部透過建立五個國家量子資訊科學研究中心,幫助國家實驗室參與量子研發工作,其中包括: 由布魯克海文國家實驗室領導的量子優勢聯合設計中心(C2QA)專注於建構建立容錯量子電腦系統所需的工具; 由阿貢國家實驗室領導的下一代量子科學與工程(Q-Next),專注於如何可靠地控制、儲存和傳輸量子資訊; 由橡樹嶺國家實驗室領導的量子科學中心(QSC),專注於推進量子材料、傳感器和演算法; 由勞倫斯伯克利國家實驗室領導的量子系統加速器(QSA)專注於開發可擴展的量子系統; 由費米國家加速器實驗室領導的超導量子材料和系統中心(SQMS中心)專注於為下一代量子電腦開發超導材料和裝置。 能源部還資助了國家實驗室、大學和研究機構之間的各種量子研發合作。 例如,在2023年7月,美國能源部「宣佈為六個項目提供1,170萬美元的資金,以提高對量子計算是否、何時以及如何推進計算科學前沿的理解。 大學、研究機構和國家實驗室是美國量子技術生態系統的關鍵節點,不僅在技術開發方面發揮了關鍵作用,而且在擴大QIS培訓、教育和推廣方面也發揮了關鍵作用。 私營部門在推動美國量子技術創新和發展強大的量子技術生態系統方面也發揮了越來越重要的作用。由NQI資助的量子經濟發展聯盟(QEDC)-一個「旨在實現和發展量子產業」的利益相關者團體-截至2023年底,擁有182家企業成員。 美國的QIS生態系統 協調、監督和支援 美國眾議院和美國國會參議院、國家量子協調辦公室、科學和技術政策辦公室、量子資訊科學小組委員會、量子科學經濟和安全影響小組委員會、國家量子倡議諮詢委員會、美國國務院、聯邦調查局、美國專利和商標局 民用研發機構 美國國家科學基金會、美國能源部、美國國家標準與技術研究院、美國國家航空暨太空總署 軍事研發機構 國防部高級研究計畫局、陸軍研究辦公室、空軍科學研究辦公室、海軍研究辦公室、陸軍研究實驗室、海軍研究實驗室、空軍研究實驗室、國防部研究與工程部副部長辦公室 智慧研發機構 情報高級研究計畫活動、國家情報主任辦公室、物理科學實驗室、國家安全域、中央情報局、國土安全部 聯邦資助的國家實驗室 阿貢國家實驗室、布魯克海文國家實驗室、勞倫斯柏克萊國家實驗室、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室、費米國家加速器實驗室、洛斯阿拉莫斯國家實驗室、桑迪亞國家實驗室、橡樹嶺國家實驗室、太平洋西北國家實驗室 (稻香湖下午茶)
一文看懂第四代半導體,以及關鍵材料“氧化鎵”
第一、二、三、四代半導體材料各有利弊,在特定的應用場景中存在各自的比較優勢,但不可否認的是,中國在第一、二代半導體的發展中,無論是在宏觀層面的市場佔有率、企業佔位或在微觀層面的製備工藝、裝置製造等方面,中國與世界領先水準之間都存在著明顯的差距。 國內可能並且走在世界前沿的半導體材料或者能讓中國在半導體行業實現彎道超車並以此為契機助力中國經濟高品質發展的機會應該是對新型材料的研究與開拓,比如應用場景廣泛、波及產業眾多、產業佔位靠前的在功率、射頻等方面可以大放異彩的氧化鎵材料;其具備製備成本較低、相對環保、性價比更高、材料屬性優勢明顯、工藝製造精妙但成本相對較低優勢等特性。 在第三代半導體發展得如火如荼之際,氧化鎵、氮化鋁、鑽石等第四代半導體材料也開始受到關注。其中,氧化鎵( Ga2O3 )是國際普遍被關注並認可已開啟產業化的第四代半導體材料。 氧化鎵( Ga2O3 ) 在耐壓、電流、功率、損耗等維度都有其優勢,此前被用於光伏領域的應用,直到2012年開始,業內對它更大的期待是用於功率器件,全球80 %的研究單位都在朝該方向發展。 日本在氧化鎵研究上是比較超前的。 2012年日本報告了第一顆氧化鎵功率元件,2015年推出了高品質氧化鎵單晶基板、2016年推出了同質外延片,此後,基於氧化鎵材料的裝置研究成果開始爆髮式出現。 中國氧化鎵的研究則更集中於科研領域,產業化處理程序剛起步,但是進展飛速,今年中國科技部將氧化鎵列入“十四五重點研發計畫”,讓第四代半導體獲得更廣泛關注。 一個材料產業的發展,需要材料、裝置、模組、應用等多個環節形成完整循環。目前,第三代半導體材料已發展出完整的產業鏈,且朝著成本不斷降低的方向發展;而氧化鎵則仍處於一個研究繼續深入,產業化初步開始的階段。 氧化鎵想要獲得產業發展,需要至少3個要素: 一是材料成本降低,足以用於產業; 二是襯底、外延、裝置產業鏈發展完善; 三是,出現示範性應用。 先前,氧化鎵基板主要採用導模法(EFG法)進行生產,由於EFG法需要在1800℃左右的高溫、含氧環境下進行晶體生長,對生長環境要求很高,需要耐高溫、耐氧,還不能污染晶體等特性的材料做坩堝,綜合考慮性能和成本只有貴金屬銥適合盛裝氧化鎵熔體。但一方面銥價格昂貴,價格是黃金的三倍,6吋裝置需要幾公斤的銥,相當於一大塊黃金,光是坩堝造價就超過600萬,從大規模生產角度很難擴展裝置數量,另一方面,銥只能依賴進口,為供應鏈帶來很大風險。 值得關注的是,中國的深圳進化半導體,日本東北大學聯合C&A公司都報導了無銥工藝,從關鍵材料端角度讓低成本氧化鎵成為可能,也推動整個產業鏈的發展處理程序。 什麼是第四代半導體 第四代半導體我們其實叫超禁帶半導體,它分兩個方向,一是超窄禁帶,禁頻寬度(指被束縛的價電子產生本征激發所需要的最小能量)在零點幾電子伏特(eV),比超窄禁帶更窄的材料便稱為導體;二是超寬禁帶,如禁頻寬度在4.9eV的氧化鎵,以及更高的鑽石、氮化鋁等,當禁頻寬度超過6.2eV,基本上就是絕緣體。目前來看,超禁帶半導體將會是最後一代半導體,尤其是鑽石很早就被稱為「終極半導體」。 氧化鎵材料可以被用於什麼產品? 半導體材料的禁帶越寬,需要的活化能越大,才能將電子從一個束縛的電子變成自由電子,它對波長比較長的光吸收量很少,氧化鎵響應波長250~300nm,因此可以用於探測日盲紫外光,目前這個方向受到科研人員的廣泛肯定。不過我們團隊還是更熟悉功率應用,光伏應用就期待其他團隊來努力了。 日盲紫外線帶的光線無法穿透大氣層,會被大氣層直接吸收。一旦在大氣層中探測到這種光線,那麼它要麼來自閃電,要麼來自導彈,要麼來自戰鬥機,可以用該材料當作軍用光線探測器。此外,在電站、加油站等場景,故障早期出現電暈放電情況時也會發出這種紫外的光,如果狀況繼續惡化的,它就開始發熱並變成紅外線的光,相當於可以用氧化鎵防患於未然,不過能用做這種探測的材料還蠻多的,比如氮化鋁、碳化矽,氧化鎵在這個應用可能還需要進一步證明它的不可取代性,不像功率領域這麼簡單明了。 業界對氧化鎵的開發更多還是在功率元件上,基本上80%的研究單位都在朝著功率元件的方向發展。 氧化鎵具備什麼材料特性? 市場對於功率更高、損耗更低、成本更低、性能更好的裝置的追求是永無止境的。 氧化鎵製備工藝 高品質單晶材料的製備是後期有效應應用的基礎與前提,新型材料氧化鎵的製備工藝具有複雜但成本可控、精妙但工藝成熟等特點,為防止文章過於空洞,特以同為新型材料的碳化矽生產為對比,助讀者能有一個清楚的參照物做對比,不至於理解起來過於空洞,至於成本如何可控、工藝如何,讀者可在以下對比中可窺得一二。 (一)製備製程的方法對比 (1)碳化矽製備主流方法:PVT PVT法透過感應加熱的方式在密閉生長腔室內在2,300°C以上高溫、接近真空的低壓下加熱碳化矽粉料,使其昇華產生包含Si、Si2C、SiC2等不同氣相組分的反應氣體,通過固—氣反應產生碳化矽單晶反應源;由於固相昇華反應形成的Si、C成分的氣相分壓不同,Si/C化學計量比隨熱場分佈存在差異,需要使氣相組成依設計的熱場和溫梯進行分佈和傳輸,使組分輸運至生長腔室既定的結晶位置;為了避免無序的氣相結晶形成多晶態碳化矽,在生長腔室頂部設定碳化矽籽晶(種子),輸運至籽晶處的氣相組分在氣相組分過飽和度的驅動下在籽晶表面原子沉積,生長為碳化矽單晶。 以上碳化矽單晶製備的整個固—氣—固反應過程都處於一個完整且密閉的生長腔室內,反應系統的各個參數相互耦合,任意生長條件的波動都會導致整個單晶生長系統發生變化,影響碳化矽晶體生長的穩定性;此外,碳化矽單晶在其結晶取向上的不同密排結構存在多種原子連接鍵結方式,從而形成200多種碳化矽同質異構結構的晶型,且不同晶型之間的能量轉換勢壘極低。 因此,在PVT單晶生長系統中極易發生不同晶型的轉化,導致目標晶型雜亂以及各種結晶缺陷等嚴重品質問題。故需採用專用檢測裝置檢測晶錠的晶型及各項缺陷。 (2)氧化鎵製備主流方法: 依β-Ga2O3照晶體生長過程中原料狀態的不同,可將晶體生長方法分為:溶液法、熔體法、氣相法、固相法等。 熔體法是研究最早也是應用最廣泛的晶體生長方法,也是目前生長β-Ga2O3體塊單晶常用的方法。 透過熔體法可以生長高品質、低成本的β-Ga2O3體塊單晶,其中最常用的生長方法主要有兩種:提拉法和導模法。文章以導模法為例介紹,導模法(Edge-defined film-fed growth method)是一種重要的晶體生長方法,具有近尺寸生長、異形晶體生長、生長速度快、生長成本低等優點,是傳統提拉法(Czochralski method)的一種延伸和補充,實際操作中可以將傳統提拉法晶體生長爐改造後使用,常用於閃爍晶體材料、半導體晶體材料的生長。 導模法需要在坩堝中放置模具,晶體生長介面位於模具上表面。由於射頻線圈高頻電流的作用,使銥坩堝產生渦流而產生熱量。 高溫下,坩堝中的Ga2O3原料變成熔體,由於表面張力和浸潤作用,熔體沿著模具中的毛細管上升到模具上表面。 預先在籽晶桿上放置一枚籽晶,讓籽晶下降至接觸模具上的熔體表面,待籽晶表面稍熔後,提拉籽晶桿,使熔體在籽晶的誘導下結晶於籽晶上,最終生長出特定形狀的大塊單晶體。 (二)具體步驟與流程圖 (1)碳化矽製備流程 第一步原料生成,將高純矽粉和高純度碳粉依製程配方均勻混合,在2,000℃以上的高溫條件下,於反應腔室內透過特定反應工藝,去除反應環境中殘餘的、反應微粉表面吸附的微量雜質,使矽粉和碳粉依照既定化學計量比反應合成特定晶型和顆粒度的碳化矽顆粒。 再經過破碎、篩選、清洗等工序,製得滿足晶體生長要求的高純度碳化矽粉原料。 第二晶體生長,在2,300°C以上高溫、接近真空的低壓下加熱碳化矽粉料,使其昇華產生包含Si、Si2C、SiC2等不同氣相組分的反應氣體,透過固-氣反應產生碳化矽單晶反應源;由於固相昇華反應形成的Si、C成分的氣相分壓不同,Si/C化學計量比隨熱場分佈存在差異,需要使氣相組分依照設計的熱場和溫梯進行分佈和傳輸,使組分輸運至生長腔室既定的結晶位置; 第三晶錠加工將碳化矽晶錠使用X射線單晶定向儀進行定向,之後以精密機械加工的方式磨平、滾圓,加工成標準直徑尺寸和角度的碳化矽晶棒。對所有成型晶棒進行尺寸、角度等指標檢測。 第四晶棒切割在考慮後續加工餘量的前提下,使用鑽石細線將碳化矽晶棒切割成滿足客戶需求的不同厚度的切割,並使用全自動測試設備進行翹曲度(Warp)、彎曲度(Bow)、厚度變化(TTV)等面型檢測。 第五切割片研磨透過自有製程配方的研磨液將切割片減薄到相應的厚度,並且消除表面的線痕及損傷。使用全自動測試設備及非接觸電阻率測試器對全部切割片進行面型及電氣性能檢測。 第六研磨片拋光透過搭配比好的拋光液對研磨片進行機械拋光和化學拋光,用來消除表面刮痕、降低表面粗糙度及消除加工應力等,使研磨片表面達到奈米級平整度。使用X射線衍射儀、原子力顯微鏡、表面平整度測試儀、表面缺陷綜合測試儀等儀器設備,檢測碳化矽拋光片的各項參數指標,據此判定拋光片的品質等級。 第七拋光片清洗在百級超淨間內,透過特定配比的化學試劑及去離子水將清洗機內的拋光片清洗,去除拋光片表面的微塵顆粒、金屬離子、有機玷汙物等,甩乾封裝在潔淨片盒內,形成可供客戶開盒即用的碳化矽基板。 圖三、碳化矽製備流程圖 註:圖片來源於巨浪資訊 (2)氧化鎵製備流程 與碳化矽半導體材料製備步驟類似,Ga2O3晶體襯底片加工包括退火、定向、切割、貼片、減薄、研磨、拋光和清洗,製程如下圖所示: 圖四、氧化鉀製備製程步驟 註:圖片來源北京銘鎵半導體官網 (三)製備難易對比 方法並無絕對的好壞優劣之分,只是適用情況、工藝繁簡有別,不管何種工藝也無論工藝是否過時,它都承載著研究人員的心血與付出,在一定程度上都是科技發展的具體載體,接下來的對比只是為了說明氧化鎵的製備成本可控,並無定性的指明孰優孰劣的意思。 氧化鎵成本可控可以反映在以下幾個方面: 第一,相較於碳化矽必須達到2,300℃以上高溫、接近真空的低壓下加熱碳化矽粉料,使其昇華產生包含Si、Si2C、SiC2等不同氣相組分的反應氣體才能進一步生產,氧化鎵的導模法的實現條件就相對要求低了很多,其溫度要求低,而且不用使原料粉末昇華成氣體相對條件要求較低; 第二,相較於200多種碳化矽同質異構結構的晶型,且不同晶型之間的能量轉化勢壘極低的情況,氧化鎵的同質異構結構的晶體類型少了很多隻有幾種,這對於製備的可控性來說大大降低了難度,這也是為什麼氧化鎵的成本低於碳化矽的重要原因; 第三,相較於碳化矽製備的石墨坩堝等一次性損耗品來講,氧化鎵的坩堝雖然購置費用昂貴,但是可以實現循環利用,其平攤到每一次的製備成本當中是遠低於碳化矽的製備成本的,這又是氧化鎵成本低於碳化矽的一大原因。 (四)相對環保 眾所周知,在國家加強生態建設、碳中和、碳達峰的大環境下,材料製備無污染是一個比較值得關注的問題,氧化鎵相對比與第一二代半導體甚至是第三代是更環保的材料,如矽基製造中多個環節涉及環境污染,生產過程中將產生一定量的廢水、廢氣、固廢和噪音;碳化矽基板材料生產雖屬於重污染產業,但污染物廢水(主要包括酸洗清洗廢水、廢氣淨化廢水、倒角清洗廢水、研磨清洗廢水、機械拋光清洗廢水、生活污水等)、一般固廢(主要包括提純雜質、加工下腳料、生活廢棄物等)、危險廢棄物(主要包括廢研磨液、廢切削液、廢拋光液等)、廢氣(主要包括酸洗廢氣、乙醇清洗廢氣、有機廢氣等)、噪音等也存在,氧化鎵在這方面比第一二三代具備更環保的特色。 …………………………………… 下文關注氧化鎵國產替代。 我們都曾被一句「充電5分鐘,通話2小時」洗腦,又快又小的充電頭有誰不愛。 自從手機廠商在快充中用到了氮化鎵(GaN),這種第三代半導體材料幾乎成為快充標配。 在你剛用上氮化鎵製成的充電頭時,科學家與產業界便已瞄準更強的第四代半導體材料:氧化鎵(Ga2O3),它能創造出更強的充電頭。 目前國內超三分之二的半導體產品完全依賴進口,高端半導體材料更是遭遇卡脖子。但氧化鎵不同,這種新興材料在國內外均在產業化前夜,我們有突破和超越的潛力,因此值得重點關注。 本文關注氧化鎵國產替代。在本文中,你將瞭解到:氧化鎵是什麼,氧化鎵從製備到裝置,氧化鎵市場情況。 0 1 出生即巔峰 第四代半導體材料有不少“潛力股”,但其中氮化鋁(AlN)和鑽石仍面臨大量科學問題亟待解決,氧化鎵則成為繼第三代半導體碳化矽(SiC)和氮化鎵( GaN)之後最具市場潛力的材料,很有可能在未來10年左右稱霸市場。 氧化鎵有5種同分異構體,分別為α、β、γ、ε和δ。其中β-Ga2O3(β相氧化鎵)最為穩定,當加熱至1000℃或水熱條件(即濕法)加熱至300℃以上時,其他所有亞穩相的異構體都會被轉換為β相異構體。 [1] β相氧化鎵材料是目前半導體界研究最多,也是離應用最近的材料,目前產業化均以β相氧化鎵為主,下文討論內容也均指涉β相氧化鎵。 β相氧化鎵的熔點為1820 ℃,其粉末呈白色三角形結晶顆粒,密度為5.95g/cm3,不溶於水[2]。其單晶具有一定的電導率,不易被化學腐蝕,且機械強度高,高溫下性能穩定,有高的可見光和紫外光的透明度,尤其在紫外和藍光區域透明,這是傳統的透明導電材料所不具備的優點。 [3] 氧化鎵不同同分異構體具體參數,製表丨果殼硬科技 氧化鎵各同分異構體相互轉換關係,圖源丨《物理學報》[4] 氧化鎵天資卓越,材料屬性天生麗質,出生就註定能成為市場熱捧。它擁有超寬帶隙(4.2~4.9eV)、超高臨界擊穿場強(8MV/cm)、較短的吸收截止邊及超強的透明導電性等優異的物理性能。氧化鎵裝置的導通特性幾乎是於碳化矽(SiC)的10倍,理論擊穿場強是碳化矽的3倍以上。 不止如此,它的化學和熱穩定性也較為良好,同時能以比碳化矽和氮化鎵更低的成本獲得大尺寸、高品質、可摻雜的塊狀單晶。 第一代~第四代半導體材料特性對比,製錶丨果殼硬科技 氧化鎵對比矽、氮化矽和碳化矽,圖源丨《新材料產業》[5] 但材料領域從來沒有十全十美,也從來不存在單兵作戰。一方面,氧化鎵的遷移率和導熱率低,不及碳化矽和氮化鎵,可能受到自熱效應影響,進而導致設備性能下降;另一方面,實現p型摻雜難度較大,難以製造p型半導體,成為實現高性能元件的主要障礙。[6] 還好研究人員發現,當溫度由室溫升高至250℃時,氧化鎵製造的裝置性能不會出現明顯的衰退,實際應用中很少會超過250℃,並且氧化鎵元件可以非常小、非常薄,所以即使熱導率低,也可以非常有效地進行熱管理[7]。同時,業界已設計多樣的裝置構型,有效規避了p型參雜困難的問題,實現了良好的裝置性能。 雖然這兩個缺陷可以避免,但實際應用仍需進一步探討。 使用氧化鎵製作的半導體裝置可以實現更耐高壓、更小體積、更低損耗,因此它在光伏探測、功率裝置、射頻裝置、氣敏感測、光催化、資訊儲存和太陽能利用等都有潛在應用價值。目前為止,日盲紫外光伏偵測元件和功率元件(SBD、MOSFET)是氧化鎵商業化趨勢明朗的兩個領域。 0 2 製備是問題 既然優勢多多,那為什麼這條賽道還沒爆發?這是因為氧化鎵的路一直卡在大規模製備這一步,隨著研究深入和裝置應用明朗,產業化的路逐漸鋪平。 氧化鎵的研究主要以應用為導向發展,而從氧化鎵材料轉換為晶片,與碳化矽的「基板→外延→裝置」的產業體系類似。 氧化鎵材料研究史,製錶丨果殼硬科技 基板指的是半導體單晶材料製造而成的晶圓,在經過切割、研磨、拋等仔細加工後便是晶片製造的基礎材料拋光片;外延指的是拋光後的單晶基板上生長一層新單晶薄膜的過程,外延片相當於是半導體裝置的功能性部分;裝置就是能實現具體功能的某種晶片,晶圓先會經歷光刻、刻蝕、離子注入、CMP、金屬化、測試等工藝,再經歷切割、封裝等複雜工藝。 氧化鎵在這過程中,既可以充當基板材料,也可以充當外延材料。 不同種類晶圓優勢與應用,製錶丨果殼硬科技 資料來源丨公開資料 晶圓依直徑分為4吋、6吋、8吋、12吋等規格,晶片是從加工後的晶圓上切割下來的,但晶圓與晶片卻是一圓一方,因此只有晶圓越大才能切出更多完整的晶片。晶圓尺寸與製程也息息相關,目前14nm或更先進製程的晶片基本上都採用12吋晶圓製造,因為晶圓越大,基板成本就越低。 [8] 因此只有當氧化鎵被製成一定尺寸的晶圓,才能真正投入產業化,而且晶圓尺寸還要越做越大。 單晶生長 大尺寸高品質的β相氧化鎵晶圓生產非常困難,這是因為其單晶熔點達1820℃,高溫生長過程中極易分解揮發,容易產生大量的氧空位,進而造成孿晶、鑲嵌結構、螺旋位錯等缺陷,此外高溫下分解生成的GaO、Ga2O和Ga等氣體會嚴重腐蝕銥金坩堝。 [9] 氧化鎵單晶生長研究可追溯至10世紀60年代,製備方法主要包括焰熔法、提拉法、導模法、光浮區法、布裡奇曼法。 氧化鎵單晶生長技術狀況,製錶丨果殼硬科技 目前國際上走得最遠的是日本NCT公司,是全球氧化鎵基板的供應主力,該公司採用導模法成功生長最大6英吋氧化鎵單晶,而其它方法仍然無法製造產業所需的大尺寸襯底。 但導模法製造的氧化鎵患有嚴重的“貴金屬依賴症”,在製造過程中需要使用基於貴金屬銥(Ir)的坩堝。銥元素全球儲量稀少,每克銥的價格高達上千元,約是黃金價格的3倍,長晶設備中僅一個坩堝價格就超500萬元。 成本對國外產業來說已是核心問題,普遍會採取增大鑄錠尺寸、提高加工率、延長坩堝壽命來降低銥坩堝成本,更徹底的解決方案就是研究其他轉換路線。 這對國內產業來說更是棘手問題。雖然中國鎵元素儲量全球第三位,高純度氧化鎵原料儲備豐富,生長晶體能耗降低80%,成品率可達50%以上[10],但中國銥礦藏並不豐富,依賴進口,有斷供風險。更雪上加霜的是,坩堝易損壞且有使用次數限制。貴就造不起,高價造出來又壞不起,成了死循環。 [11] 不同氧化鐐晶體製備方法的優缺點對比,圖源丨《機械工程學報》[9] 國內進行氧化鎵單晶生長研究只有十餘年,成熟度和穩定性不如國外。中電科46所、西安電子科技大學、上海光機所、上海微系統所、復旦大學、南京大學、浙江大學等研究機構已開發出自主智慧財產權的生長技術,打技術壟斷,不過最高只能加工到4英吋襯底。 為了讓這項技術逐漸產業化,國內主要策略是減少貴金屬銥的使用,並推動無銥工藝的摸索研究,這種趨勢在產業化腳步加快之際越來越明顯:新創公司進化半導體宣稱,已開發出獨創的「無銥法」特色工藝,解決成本痛點[12];2022年5月,浙江大學杭州國際科創中心則宣稱,已發明全新的熔體法技術路線來研製氧化鎵體塊單晶以及晶圓,減少了貴金屬銥的使用,目前已經成功製備直徑2英吋的氧化鎵晶圓。 [13] 薄膜外延 外延生長是製備半導體裝置的核心製程之一,與裝置性能息息相關。當基板材料和外延材料均為氧化鎵時,此時的外延稱為同質外延,反之則稱為異質外延。 受限於氧化鎵單晶基板尺寸、品質、電學性能等因素,目前氧化鎵外延生長研究集中在異質外延,為數不多的同質外延也是基於最穩定和最強解理面的(100 )面襯底。 [14] 外延的分類,製圖丨果殼硬科技 目前用於氧化鎵的外延薄膜沉積技術包括分子束外延技術(MBE)、分子有機氣相沉積(MOCVD)、噴霧化學氣相沉積(mist-CVD)、鹵化物氣相外延沉積技術(HVPE)。 氧化鎵外延技術狀況,製錶丨果殼硬科技 參考資料丨《新材料產業》[5] 國際上兩個主流技術當道:NCT公司的EFG結合HVPE技術和IKZ研究所的Cz結合MOVPE技術。但在競爭過程中,由於EFG比Cz擁有更大的晶體尺寸,HVPE的外延沉積速率約為MOVPE的10倍,因此EFG結合HVPE技術路線成為了主流,並實現了產業化。 雖然國內氧化鎵體單晶製備技術已有顯著進步,但國內氧化鎵外延技術較為薄弱。中電科46所是國內氧化鎵技術較為領先的:2019年中電科46所用導模法製備了4吋氧化鎵晶圓,2021年12月又成功製備出HVPE氧化鎵同質外延片,突破了HVPE同質外延氧化鎵過程中氣相成核和外延層品質控制等難題,填補國內空白。 [15] 裝置應用 產出晶圓並不代表萬事大吉,還涉及許多問題。 由於氧化鎵晶體脆性較大、易解理屬性較強、斷裂韌性較低,傳統的遊離磨料研磨加工很容易在表面產生裂縫和凹坑等缺陷,晶圓的超精密加工,包括研磨、拋光等都會牽扯出一系列工藝研究,產業化過程將帶動整個鏈條。 [16] 在裝置應用上,氧化鎵生長單晶前期主要針對日盲深紫外線偵測器,2012年氧化鎵同質外延片應用至功率元件後,才正式開啟了產業化新紀元。 目前氧化鎵研究集中在肖特基勢壘二極體(SBD)和金屬-氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)兩種元件形態,透過增強元件結構,不斷刷新著擊穿電壓數值。 裝置發展上,日本入局較早,三菱重工、豐田、日本電裝、田村製造(與NICT合作成立NCT)、日本光波等企業早已介入氧化鎵的產業發展與佈局,發展態勢迅速。美國相對緩慢,Kyma公司2020年推出1吋氧化鎵晶圓。 [17] 國際公司/機構氧化鎵產業化歷史,製表丨果殼硬科技 國內氧化鎵元件屬中國電子科技集團公司第十三研究所的元件較為領先,其利用柵下熱氧化技術實現的增強型氧化鎵MOSFET元件閾值電壓達到4.1V,開關比達到108;所提出的雙層源場板結構可有效抑制氧化鎵溝道和氮化矽(SiN)鈍化層中的尖峰電場強度,裝置擊穿電壓超過3000V。 [5] 0 3 國內投融資開始湧動 氧化鎵是未來十年的生意,產業分析師表示,預計到2030年,全球氧化鎵及功率元件市場規模將達到98.6億元。 [18] 在產業化方面,國內才剛起步,但許多投資基金已經開始關注到氧化鎵的未來,尋求相關創業項目和創業團隊,推動國內氧化鎵發展。北京鎵族科技、杭州富加鎵業、北京銘鎵半導體、深圳進化半導體是目前在投融資市場較活躍的四家公司— 北京鎵族科技是國內入局比較早的一家公司,註冊成立於2017年年底,是國內首家、國際第二家專業從事氧化鎵半導體材料開發及應用產業化的高科技公司,是北京郵電大學的科學研究團隊科學研究成果轉化形成公司; [19] 杭州富加鎵業科技有限公司成立於2019年12月,是由中國科學院上海光機所與杭州市富陽區政府共建的硬科技產業化平台-杭州光機所孵化的科技型企業; [20 ] 北京銘鎵半導體是可實現國產工業級氧化鎵半導體晶片小批次供貨的中國廠家,該公司已開始佈局「氧化鎵」材料產業全鏈路; [21] 深圳進化半導體則稱預計在一年內實現2英吋β相的單晶基板的小批次生產和銷售,目前已有潛在客戶表達了聯合測試意願。 [12] 國內氧化鎵融資主要情況,製表丨果殼硬科技 根據《中國電子報》預測,輻射探測感測器晶片和功率校正、逆變、高功率和超大功率晶片是氧化鎵兩個主要方向,尤其是在超寬禁帶系統可用功率和電壓範圍方面會發揮重要作用,包括電力調節和配電系統中的高壓整流器、電動車和光伏太陽能系統等有利應用場景。 [22] 進化半導體公司CEO許照原在36氪訪談中表示,碳化矽用了40年時間發展,氧化鎵則僅用了10年,踩著碳化矽腳印前進的氧化鎵很有可能有類似的發展行徑:先在市場門檻較低的快充和工業電源領域落地,後在汽車領域爆發。 [23] 氧化鎵在十年內已取得重大進展,眼看離產業只差一步之遙,但針對材料製備和相關性質研究仍然不夠系統和深入,若想統治未來,掌握現在這十年是關鍵。 (半導體材料與製程裝置)
華為開發者大會2024:推出純血鴻蒙HarmonyOS NEXT 從內到外實現全端自研
純血鴻蒙今天終於問世! 華為余承東表示,純血鴻蒙從內到外實現全端自研,這是源自中國、自主可控的作業系統。 中國等這樣一個自己的「純血」國產操作系統,可以說等了30年! 在過去的幾十年間,微軟、Google、蘋果等巨頭始終霸佔作業系統,只要用電腦、手機,幾乎都離不開Windows、OS X、Android、iOS。 「缺芯少魂」一直是中國的痛,芯是晶片,魂即是操作系統。二者不自主,很容易受制於人。 紅旗Linux、深度Linux、銀河麒麟、統信UOS、華為鴻蒙、歐拉OpenEuler等國產作業系統無不步履蹣跚,曲折前行。 無奈解決技術問題容易,解決生態問題難。 倪光南院士曾深刻的指出:作業系統的成功與否,關鍵在於生態系統。需要能夠搭建完整的軟體開發者、晶片企業、終端企業、營運商等產業鏈上的各個主體。 而真正完成作業系統的全端研發,同時建立完善生態系統的,只有今天的純血鴻蒙。 01 華為純血鴻蒙實現全部自研 在今日下午舉辦的華為開發者大會2024上,華為常務董事、終端BG董事長、智慧汽車解決方案BU董事長余承東稱,純血鴻蒙HarmonyOS NEXT從內到外實現全端自研。 “鴻蒙是基於OpenHarmony打造的全場景智慧作業系統,這是一個源自中國、自主可控的作業系統。” 原生鴻蒙打破了行動作業系統兩極格局,實現作業系統核心技術的自主可控、安全可靠,為世界提供更優選擇。 余承東回顧了鴻蒙系統的十年發展歷程,並表示華為花了10年走完了歐美同行30年的路。 從作業系統內核,檔案系統,到程式語言、編譯器、程式框架,再到AI框架和大模型等等,實現了作業系統核心技術的全面突破,實現中國自主可控。 比較安卓和iOS,鴻蒙的定位還有很明顯的差異,iOS、安卓主要是為智慧型手機提供服務,而鴻蒙可以適用於各種「 智慧產品的服務」。 據悉,HarmonyOS NEXT可將整機效能提升30%,耗電量下降20%。 這意味著,新系統將進一步發揮麒麟處理器的潛力,整體系統流暢度、智慧化將有質的飛躍。 先前有消息稱,麒麟9000S和9010設備在升級HarmonyOS NEXT後性能得到釋放,流暢度將進一步提升。 02 TOP5000應用程式已加入鴻蒙生態 在華為開發者大會上,余承東宣布鴻蒙原生應用程式已進入全面衝刺階段。 截止目前,TOP 5000應用已加入鴻蒙生態,1500+應用已完成上架,許多領域已啟動鴻蒙原生應用開發,不斷注入新活力,鴻蒙拼圖加速成型。 據悉,純血鴻蒙不再相容於安卓開源應用,而是專注支援鴻蒙核心和系統的應用,新版將實現原生精緻、原生應用、原生流暢、原生安全、原生智慧、原生互聯等六大極致原生體驗。 03 純血鴻蒙先鋒用戶招募開啟 按照計劃,HarmonyOS NEXT將於今天開啟開發者和先鋒用戶Beta。華為Mate 60系列、華為Mate X5系列、華為MatePad Pro 13.2吋首批支援。 後續將在8月大幅推出Beta版本,機種包括Mate 60系列、Pura 70系列、Mate X5系列、Pocket 2系列、FreeBuds Pro 3系列、MatePad Pro 13.2吋、MatePad Pro 11吋2024款。 開發者及先鋒用戶招募具體機型如下: 04 華為Mate 70首度純血鴻蒙正式版 余承東宣布,今年第四季,鴻蒙NEXT將隨著華為Mate 70系列一起推出正式版系統。 屆時,華為Mate 70系列將會在第一時間體驗到鴻蒙NEXT,該系統不僅告別了對安卓應用的兼容,還帶來了更加流暢、智能化的操作體驗,深度優化了用戶界面,以個性化服務和便利操作為核心,更能滿足用戶的日常需求。 工業設計上,根據曝光的訊息,華為Mate 70系列延續了上一代的三孔螢幕設計語言,新品支援3D人臉辨識。 機身背部沿用了上一代的圓環鏡頭模組,但華為會融入新的設計元素,外觀更具辨識度和商務感。 純血鴻蒙的問世,讓中國人終於有了真正屬於自己的「純血」作業系統。 而搭載純血鴻蒙正式版的華為Mate 70系列,毫無疑問是今年最值得期待的手機。(快科技)
台積電新技術:長方形代替圓形晶圓!
6月21日消息,根據外媒報道,台積電在研究一種新的先進晶片封裝方法,使用矩形基板,而不是傳統圓形晶圓,從而在每個晶圓上放置更多的晶片。 消息人士透露,矩形基板目前正在試驗中,尺寸為510 mm 乘515 mm,可用面積是圓形晶圓的三倍多,採用矩形意味著邊緣剩餘的未使用面積會更少 報導稱,這項研究仍處於早期階段,在新形狀基板上的尖端晶片封裝中塗覆光阻是瓶頸之一,需要像台積電這樣擁有深厚財力的晶片製造商來推動設備製造商改變設備設計。 在晶片製造中,晶片封裝技術曾被認為技術含量較低,但它在保持半導體進步速度方面變得越來越重要,對於像英偉達H200 或B200 這樣的AI 計算晶片,僅僅使用最先進的晶片生產技術是不夠的。 以B200 晶片組為例,台積電首創的先進晶片封裝技術CoWoS 可以將兩個Blackwell 圖形處理單元結合在一起,並與八個高頻寬記憶體(HBM)連接,從而實現快速資料吞吐量和加速運算效能。 台積電為英偉達、AMD、亞馬遜和谷歌生產AI 晶片的先進晶片堆疊和組裝技術使用的是12 吋矽晶圓,這是目前最大的晶圓。隨著晶片尺寸的增加,12 吋晶圓逐漸變得不夠用。 消息人士表示,在一片12 吋晶圓上只能製造16 套B200,這還是在生產良率為100% 的情況下。根據摩根士丹利的估計,較早的H200 和H100 晶片可以在一片晶圓上封裝約29 套。(國芯網)
開啟AI PC時代!微軟Copilot+PC上市,搭載高通Snapdragon X ,起價999美元
微軟Copilot+PC到底有多強?第一波測評已經來了! 蘋果Mac的勁敵來了! 6月18日,微軟官方宣布第一批Windows 11 AI PC-全新的Surface Pro 與Surface Laptop上市,這是微軟推出的首批Copilot+ PC,正式開啟了AI PC的新時代。 微軟在上個月的發表會上,隆重介紹了這款專為AI體驗而設計的全新Windows PC。微軟OEM合作夥伴戴爾、宏碁、華碩、惠普、聯想等也將陸續推出Windows 11 AI PC,自6月18日起陸續上市。 微軟雄心勃勃地想憑藉這款新品彎道超車蘋果在PC市場的領先地位。根據微軟的測試,新Surface比配備M3晶片的MacBook Air效能高出58%。 微軟CEO納德拉在上個月的記者會上充滿自信地宣稱: 蘋果在Mac產品線上做得非常出色,但我們將超越他們。我們終於有了一款真正具有競爭力的產品。 有網友拿到微軟AI PC後,在社群媒體上興奮地宣告:再見Mac,你好Windows! 更有媒體將其類比為「PC屆的特斯拉」: 微軟Copilot+ PC有多強?第一波測評已經來了! 搭載高通Snapdragon X 起價為999美元 微軟首批Copilot+ PC 搭載高通驍龍® X Elite 和驍龍® X Plus處理器,較Surface Pro 9 的效能提高了90%,並採用客製化的高通Oryon™ CPU。 微軟號稱這批新品是“最快、最智能的Windows電腦”,採用由CPU、GPU 和可實現每秒超過40 萬億次運算(40+TOPS)的全新NPU 晶片構建的全新系統架構,能夠運行包括Cocreator(文字到圖像生成)、Windows Studio Effects(網路攝影機模糊)、即時字幕翻譯和Recall在內的Windows新功能。 微軟新品有亮鉑金、典雅黑、寶石藍和沙漫金等四款顏色,起價999美元起。 微軟對Copilot的定位是日常人工智慧伴侶,新款Surface配備Copilot 鍵,只需點擊Copilot 鍵即可啟動Copilot 應用程式。 其它配置方面: 全新Surface Pro 配備了超廣角高清前置攝像頭,配合有AI 驅動的Windows 工作室效果功能,即便是在人聲嘈雜的機場或火車站候機大廳中,用戶也可以藉助語音聚焦功能屏蔽環境噪音; 可供選配支援HDR 技術的OLED顯示器提供了更高的峰值亮度和更精準的色彩表現; Surface 超薄觸控筆3搭配全新的Surface Pro,也為使用者提供了更好的書畫體驗; Surface Pro Flex鍵盤3支援連結與分離使用; 微軟在上個月Microsoft Build 2024上發布了第一批Copilot+功能。 這些功能包括生成式AI 工具、第三方應用整合以及旗艦級的「Recall」功能。不過由於安全性和隱私問題,「Recall」功能引發了較大的爭議,微軟推遲了該功能的發布,不會出現在6 月18 日發布的Copilot+ 功能中。 Copilot+ PC 可以在裝置上運行生成式AI模型,還包含一些具有影像生成功能的工具和功能,包括照片應用程式中的Restyle Image 和Image Creator 以及畫圖應用程式中的Cocreator。 Copilot+ PC 的AI 功能也能提升Adobe Creative Suite、DaVinci Resolve Studio 和CapCut 等第三方創意應用的效能。 第一波測評已經來了! 微軟Copilot+ PC剛上市, 著名硬體網站Tom's Hardware就入手了一台15吋的Surface Laptop,搭載了驍龍Elite X CPU,並在部落格中分享了初步評測結果。 Cinebench測試:Surface完勝ThinkPad Cinebench是一款由Maxon開發的CPU和GPU效能測試工具。主要用於評估電腦處理器和圖形處理器的效能,尤其是多執行緒和單執行緒處理能力。透過Cinebench測試,使用者可以獲得一個量化的分數,用於比較不同處理器或系統的效能。 Tom's Hardware使用Cinebench 2024對搭載驍龍X Elite的Surface Laptop 15進行了20次連續測試,發現其在多核心CPU測試中的表現比搭載Core Ultra 7 155H的ThinkPad X1 Carbon高出72%: ThinkPad 的平均得分為537,第1 次運行的最低得分為466,第16 次運行的最高得分為585.9。第6 次和第9 次運行之間的得分急劇上升,此後得分從未低於548。 Surface Laptop 在第二次運行中獲得了最高分,達到947,第一次運行的最低得分為909。大多數運行都在910 到935 範圍內,因此搭載驍龍的筆記型電腦不僅速度更快,而且更穩定。 AI功能測評:離線應用程式和相容性不如人意 由於頗具爭議的Recall功能現已推遲,Windows 11中僅剩下三個僅限於Copilot+的獨家功能,這些功能包括Codesigner、集成在Windows Paint中的圖像生成器、實時字幕轉換加翻譯以及Windows Studio Effects。 Tom's Hardware評測後,對Studio Effects和Cocreator等Copilot+獨家功能的實際效用表示懷疑,特別是它們需要網路連線才能運作,這與擁有強大NPU的裝置預期的離線能力不符: Studio Effects:這是Windows 11中的新功能,提供了一系列網路攝影機特效,使用本機處理器而非雲端來處理特效。特效包括自動構圖、肖像光效、眼神接觸、背景特效和創意濾鏡。然而,測試者發現這些特效並不特別,甚至在某些情況下,如眼神接觸模式,根本沒有效果。測試者也提到,儘管這些特效在任何Windows 11 PC上都應該可用,但實際上它們並沒有給人留下深刻印象。 Cocreator:這是Windows Paint中的新功能,它允許使用者透過結合繪圖和文字提示來產生圖片。然而,測試者對Cocreator的實際效用表示懷疑。首先,Cocreator要求使用者必須同時提供繪圖和文字提示,不能只使用其中一個。其次,儘管設備擁有強大的NPU,Cocreator功能卻需要網路連線才能運作,這與預期的離線AI處理能力不符。此外,影像生成的品質和反應速度也未達到測試者的期望。 網路依賴性:測試者指出,儘管Copilot+ PC配備了高效能的NPU,但像Cocreator這樣的功能卻需要依賴網路來完成工作,這似乎與擁有強大本地處理能力的初衷相悖。這種設計選擇可能是出於對生成內容的監管考慮,但測試者認為微軟應該能夠在本地實現同樣的監管功能,而不是將資料發送到雲端。 內容監管問題:測試者也提到了Cocreator在內容監管方面可能存在的問題。儘管Cocreator能夠阻止生成某些不當的圖像,但它仍然允許許多其他可能具有爭議性的提示通過。這表明微軟在防止生成有偏見或令人尷尬的內容方面還有改進的空間。 效能和反應速度:在使用Cocreator時,測試者觀察到NPU的使用率會飆升至100%,但影像重繪存在2到3秒的延遲。雖然這比一些其他系統上的類似功能要快,但在創意過程中,這種延遲仍然可能令人感到不便。 評估也發現了一些相容性問題,儘管搭載了強大的NPU,但一些AI工作負載,如Whisper AI和Stable Diffusion,難以在驍龍筆記本上運行。 最後測試人員還吐槽了一把Windows 11廣告太多:設定開箱即用的Surface Laptop 15 時,我意識到微軟是多麼努力地向你推銷產品。(硬AI)
蘋果帶來全新AI敘事,除了硬件,還有大模型
Apple Intelligence不僅拉動了硬體出貨預期,可能更重要的是將快速拉開大模型間的市場份額。 6月11日的蘋果WWDC大會後,整個AI產業的敘事有了全新的變化。 Apple Intelligence的出現,使得AI手機將成為全新拉動出貨成長的利器,蘋果表現將強於市場預期,蘋果產業鏈公司最近表現強勁。 大摩、小摩、美銀認為,Apple Intelligence的逐步滲透,將拉動供應鏈的新一輪成長。 1)不僅僅是30億參數的本地模型,蘋果還推出了在M2 Ultra上運行的雲端模型,意味著Apple Intelligence的滲透將拉動M系列晶片的成長; 2)與蘋果過往廣泛的兼容不同,Apple Intelligence僅適用於配備A17 Pro 和M 系列晶片的設備,佔iPhone 和iPad 總量的8%,這種有限的推出策略將促使蘋果近13億用戶的設備升級。 同時,由於Open AI成功拿下蘋果用戶,也讓Open AI用戶量向10億級衝刺,將獲得用戶基數障礙。 這種等級的用戶數顯然是其他競爭對手可望不可及的目標。 根據李開復上週的說法,「目前國內所有大模型廠商DAU總量也就在千萬級別,比我們平時使用的每個應用都小得多,這說明用戶的市場教育還遠遠沒有完成。」這也意味著用戶基數帶來的護城河,在國內市場沒有一家能在現階段做到。 硬AI認為,蘋果帶動AI大模型用戶成長的生態模式,可能會在半年後在安卓上複製,屆時,各家大模型肯定會爭奪這個入口獲得用戶。 對於大型模型廠商,取得手機用戶,肯定比現有投流模式獲客成本效益比更高。不過,是不是能有Open AI的議價能力,就有待觀察了。 Apple出貨量預測 目前市場共識是,iPhone在2025/2026財年的銷售量將在2.27 億部/ 2.38 億部,即更換週期為4.8 年。 美銀指出預測過低,認為2025/2026年IPhone銷量至少可達2.47億部/2.57億部。 主要的原因是,新的AI 功能僅適用於配備A17 Pro 和M 系列晶片的設備,目前這些設備佔iPhone 和iPad 總量的8%。 美國銀行估計, 截至2023年底,全球iPhone安裝基數(IB)將達到12億部,其中包括8.18億部二手iPhone和4.18億部新iPhone。 美銀認為,Apple Intelligence將刺激蘋果超過13億龐大用戶群的裝置升級,進而推動成長。 訂閱收入潛力 根據24Q1財報電話會議,蘋果在其平台上的付費訂閱數量已超過10億,考慮到蘋果的總設備安裝基礎為22億台(包括iPhone、iPad、Mac等所有設備),意義目前的貨幣化程度不到50%。據此,美銀表示,蘋果的訂閱服務還有很大的滲透空間。 要注意的是,滲透不會一蹴而就,而是伴隨著Apple Intelligence升級逐步進行。 Apple Intelligence的升級具體包含以下幾個面向— ·多語言覆蓋:  Apple Intelligence 將在今年秋季率先面向美式英語的用戶推出,表明該公司的初步發布側重於蘋果的北美市場(該市場佔iPhone 安裝基數的30% 以上)。同時,蘋果明確表示,後續將逐步擴大對語言的支援。 · Siri功能的升級: Siri 正在進行重大重新設計,重點是新的命令控制功能以及與Apple 自身應用程式的更深層整合。分析師認為,Apple Intelligence 的整合將進一步增強Siri 的功能,使其隨著時間的推移變得更有價值。 · AI功能向第三方軟體開放:最早在今年秋季,蘋果將允許第三方開發人員將Apple Intelligence 整合到他們的應用程式中。 ·更多第三方大模型的加入:蘋果未來對與Google Gemini 等其他基礎模型供應商合作持開放態度。這表明蘋果有興趣在未來為其用戶提供更多樣化的人工智慧模型。 大摩指出,如果Apple Intelligence 在未來12 個月內成功擴展新的語言選項和第三方應用程式集成,它可能會大大縮短iPhone 的更換週期。 根據大摩測算,每減少0.1 年的週期,就可能轉化為額外500 萬支iPhone 的出貨量和每股盈餘增加10 美分。 Apple Intelliqence 對台積電的影響 蘋果作為台積電最大的客戶,佔其25%的營收。大摩指出,Apple Intelligence在本地和雲端的成長,將拉動A18/A18 Pro、M系列晶片的成長,進而對台積電產生正面影響。 Apple Intelligence 推出了兩種基礎模型:一個參數約30 億的本地型號和一個在雲端Apple 晶片上運行的模型。兩者皆會拉動A18/A18 Pro、M系列晶片需求的成長。 本地端來看—— 1)Apple Intelligence將拉動13億的潛在換機; 2)A18/A18Pro新處理器的推出,且製程將從上一代的N3B 製程製造轉向台積電更新的N3E 製造流程; 雲端來看—— 1)蘋果在其AI伺服器中使用M2 Ultra晶片。根據大摩的供應鏈分析,蘋果在2024年上半年生產了200-300萬顆M2 Ultra晶片(採用台積電的4奈米製程)。據估計,每顆晶片將為台積電帶來350-400美元的收入,有可能在2024年為台積電的總收入貢獻高達20億美元(約2%)。 展望未來,該報告預測蘋果將繼續擴大其AI伺服器晶片的生產。隨著Apple Intelligence雲端服務用戶群的不斷成長,預計蘋果將在2025年使用其3奈米M3或M4晶片。此外,到2026年,蘋果可能會採用台積電的2奈米和SoIC技術來開發更強大的AI伺服器晶片。 蘋果晶片的迭代更換,​​將對台積電產生正面影響。 目前市場焦點集中在對硬體的拉動,但對軟體的影響,蝴蝶已經扇起了翅膀。 AI+終端建立模型生態 硬AI認為,後續隨著安卓廠商複製蘋果模式推進AI,手機終端對大模型廠商市場份額可能會產生新的巨大影響,迅速拉開不同廠商間的市場份額。 參考蘋果和OpenAI的合作,OpenAl嵌入蘋果Siri後,蘋果用戶可以透過Siri免註冊免費呼叫ChatGPT的雲端運算。 根據Data.ai數據,目前,ChatGPT的'APP端+網頁端最新日活峰值數為1.65億。 OpenAI嵌入蘋果手機標誌著OpenAl的成長空間將涵蓋15億量級的蘋果手機用戶。 換句話說,大模型+終端設備的生態合作,可以協助大模型廠商短期內指數級提升市場佔有率。 尤其是對於堅定To C業務大模型廠商,例如KIMI、百川智能、零一萬物等。 百川智能CEO王小川提到,To C業務空間比To B大十倍; KIMI創辦人楊植麟也表達過相似觀點,除了巨大的市場空間,C端用戶的資料還可以幫助大模型快速的迭代。 此外,楊植麟指出,相較於B端業務的高成本(企業的客製化需求),C端的邊際成本會隨著使用者數量的增加而不斷降低。 從商業模式的角度來看,C端業務的商業模式往往是先堆積用戶DAU再找商業模式。目前,國內各頭部廠商也採取了不少措施來探​​索DAU提升的路徑。 硬AI認為,參考OpenAI與蘋果的合作方式,也許大模型快速加入“硬體終端”,才能成為大模型DAU提升的“殺手鐧”。(硬AI)