2020年全球新冠疫情的蔓延和中美在半導(dǎo)體領(lǐng)域的冷戰(zhàn)升級雖然對全球經(jīng)濟(jì)和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)造成了負(fù)面影響，但半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步卻沒有止步，有些技術(shù)甚至加快了市場商用化進(jìn)程。ASPENCORE全球分析師團(tuán)隊(duì)精心挑選出2021年全球半導(dǎo)體行業(yè)將出現(xiàn)或凸顯的10大技術(shù)趨勢。對比2020年10大技術(shù)趨勢，2021年有哪些變化呢？

　　一、Arm架構(gòu)處理器：全面滲透高、中、低性能計算領(lǐng)域

　　Arm發(fā)布專門針對下一代“始終在線”筆記本電腦的Cortex-A78C CPU，可支持8個“大核”，L3緩存增加到8MB。基于Cortex-A78C的CPU芯片將成為高性能PC市場上x86架構(gòu)CPU的強(qiáng)有力競爭者，蘋果Mac電腦全面采用基于Arm架構(gòu)的CPU將帶動更多Arm陣營芯片設(shè)計廠商進(jìn)軍PC市場，包括高通、華為和三星。就連x86陣營的AMD據(jù)說也在開發(fā)基于Arm的處理器芯片，而亞馬遜AWS則在服務(wù)器市場驅(qū)動Arm架構(gòu)CPU的增長。在高性能計算（HPC）方面，基于Arm架構(gòu)的超級計算機(jī)“富岳（Fugaku）”贏得全球Top 500超算第一名。

　　Arm Cortex-A78系列CPU有針對移動計算、兼顧性能和能效的Cortex-A78;針對汽車市場、強(qiáng)調(diào)安全的Cortex-A78AE;以及面向高性能計算的Cortex-A78C內(nèi)核。除了這三大海量應(yīng)用市場外，Arm架構(gòu)處理器在物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、AI和5G等領(lǐng)域也普遍滲透，成為計算機(jī)歷史上應(yīng)用最廣泛的微處理器指令集架構(gòu)（ISA）。截至2019年底，全球累積出貨1300億顆Arm處理器芯片，全世界70%的人口都在使用由Arm處理器驅(qū)動的電子設(shè)備。

　　圖1：Arm Cortex-A78系列CPU及其面向的應(yīng)用。（來源：Arm）

　　經(jīng)過30年的發(fā)展，起源于英國、由12個工程師組成的Arm公司以其獨(dú)特的IP授權(quán)商業(yè)模式和低功耗的處理性能壟斷了移動設(shè)備市場。Arm現(xiàn)已成為擁有6500多名員工，價值400億美元的IP核開發(fā)公司，而且正在帶領(lǐng)1000多家合作伙伴全面進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)、IoT、移動、PC和汽車應(yīng)用領(lǐng)域。如果Arm公司順利從日本軟銀轉(zhuǎn)交到英偉達(dá)旗下，將會在新興的數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器、自動駕駛，以及人工智能市場成為主導(dǎo)的計算處理架構(gòu)。無論多年壟斷PC市場的x86，還是后起之秀RISC-V，在性能和出貨量方面都難以望其項(xiàng)背。

　　二、3nm工藝節(jié)點(diǎn)：臺積電和三星路線差異變大

　　自7nm工藝開始，臺積電和三星Foundry就出現(xiàn)了比較大的路線演進(jìn)差異。比如，三星7nm（7LPP）更早采用EUV（極紫外光），并將5nm、4nm作為半代工藝；而臺積電繼7nm本身的演進(jìn)（N7/N7P/N7+）之后，5nm亦開始重要的工藝迭代。

　　三星在7nm之后的大迭代上，采用更為激進(jìn)的晶體管結(jié)構(gòu)GAAFET（Gate-All-Around FET）。2019年年中，三星Foundry宣布3nm的PDK進(jìn)入Alpha階段（3GAE）。在更具體的結(jié)構(gòu)上，三星選擇了納米片（nanosheets），稱作MBCFET（Multi-Bridge Channel FET），不過也仍有可能開發(fā)納米線（nanowires）的GAAFET。三星的數(shù)據(jù)顯示，3nm相比其7nm工藝，性能提升35%，功耗降低50%，面積降低45%。從2020年年中的消息來看，三星3nm試生產(chǎn)已延后至2021年Q1，量產(chǎn)則需等到2022年。

　　圖2：三星晶圓代工的工藝節(jié)點(diǎn)演進(jìn)。（來源：三星）

　　2020年4月份，臺積電首次披露3nm工藝（N3）的具體信息。N3是N5工藝之后的又一次正式迭代，預(yù)計晶體管密度提升1.7倍（單元級密度在290MTr/mm?左右），相比N5性能提升至多50%，功耗降低至多30%。臺積電N3工藝的風(fēng)險生產(chǎn)計劃在2021年，量產(chǎn)于2022年下半年開始。考慮到成熟性、功耗和成本問題，臺積電表示N3仍將采用傳統(tǒng)的FinFET結(jié)構(gòu)，不過其3nm工藝本身的步進(jìn)仍有機(jī)會采用GAAFET技術(shù)。

　　實(shí)際上，這兩家全球最先進(jìn)的晶圓代工廠從5nm工藝開始就出現(xiàn)了技術(shù)演進(jìn)的較大差異。三星在大方向的節(jié)點(diǎn)演進(jìn)上，技術(shù)更為激進(jìn)，但臺積電在晶體管密度和實(shí)際性能/功耗表現(xiàn)上仍有相當(dāng)優(yōu)勢。

　　三、高性能計算：數(shù)據(jù)中心專用加速的遞進(jìn)

　　富士通于2020年3月推出的A64FX作為專門面向HPC（高性能計算）負(fù)載的芯片，其本身的結(jié)構(gòu)代表著HPC、數(shù)據(jù)中心市場的重要趨勢。它在數(shù)據(jù)上做到了超算領(lǐng)域的算力和效率第一，遠(yuǎn)高于Intel Xeon+Nvidia Tesla+內(nèi)存的組合，很像是CPU、GPU外加片上高速內(nèi)存的結(jié)合體。不過其整體架構(gòu)是monolithic的一體融合，省去了CPU與加速處理器之間的chip-to-chip通訊，而且在存儲系統(tǒng)方面做了更靠近計算核心的集成，部分類似于特定域的設(shè)計。A64FX包含48個內(nèi)核，每個內(nèi)核512bit寬度管線，每顆芯片帶8GiB HMB2存儲。

　　英偉達(dá)的CUDA編程讓其GPU能夠廣泛應(yīng)用于HPC領(lǐng)域，英偉達(dá)本身也在思考HPC的發(fā)展路線。2020年10月，英偉達(dá)推出BlueField-2家族DPU（data processing unit）和DOCA軟件開發(fā)套裝——DPU宣稱是芯片上的數(shù)據(jù)中心。簡單地說，DPU是面向數(shù)據(jù)中心，加速特定負(fù)載的芯片。

　　圖3：英偉達(dá)Bluefield-2X卡包括DPU和Ampere GPU。（來源：nVidia）

　　除了計算（或AI加速）部分的Ampere GPU（BlueField-2X），在網(wǎng)絡(luò)、存儲和安全方面，BlueField芯片中有可編程的Arm核以及Mellanox Networking適配器（SmartNIC），包括“軟件定義的安全”、“軟件定義的存儲”、“軟件定義的網(wǎng)絡(luò)”和基礎(chǔ)設(shè)施管理。Mellanox已經(jīng)歸入英偉達(dá)旗下，而Arm目前被炒得正熱的并購一事，顯然在此場景下也變得易于理解。

　　在DSA加速器領(lǐng)域，英偉達(dá)很早就意識到了數(shù)據(jù)中心需要專門的處理器，以逐漸顛覆CPU主導(dǎo)的市場，尤其是著力在數(shù)據(jù)中心安全、網(wǎng)絡(luò)、存儲方面的效率和性能。這類策略本身也足以規(guī)避Arm在高性能市場的固有缺陷。這可能也是AMD收購賽靈思的主旨所在，而數(shù)據(jù)中心加速業(yè)務(wù)早在前年就已經(jīng)成為賽靈思的發(fā)展重點(diǎn)。

　　2020年這幾個有關(guān)數(shù)據(jù)中心的市場動作及技術(shù)演進(jìn)方向，足以表明數(shù)據(jù)中心的專用計算時代正在有序推進(jìn)。

　　四、傳感器融合：硬件與算法結(jié)合驅(qū)動自動駕駛、無人機(jī)和工業(yè)機(jī)器人等自主系統(tǒng)

　　在自動駕駛和無人機(jī)等復(fù)雜應(yīng)用場景中，多傳感器融合（Multi-sensor Fusion, MSF）將來自多個和多種類型傳感器的信息和數(shù)據(jù)，通過高性能處理器和軟件算法，以一定的規(guī)則進(jìn)行自動分析和綜合，以完成決策和執(zhí)行。攝像頭是應(yīng)用最為廣泛的圖像傳感器，但在光線不佳的環(huán)境中性能表現(xiàn)明顯下降。基于飛行時間（ToF）原理的超聲波、雷達(dá)和激光雷達(dá)（LiDAR）等傳感器是攝像頭的很好補(bǔ)充和增強(qiáng)。

　　圖4：自動駕駛應(yīng)用設(shè)計需要很多傳感器融合技術(shù)。（來源：Synopsys）

　　激光雷達(dá)每秒發(fā)射高達(dá)100萬個激光脈沖，可以捕獲高分辨率3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)，不僅能夠識別物體對象，還可以對其進(jìn)行分類。據(jù)市調(diào)公司Yole預(yù)測，面向ADAS/自動駕駛市場的LiDAR將從2019年的1900萬美元增長到2025年的17億美元，實(shí)現(xiàn)114%的年復(fù)合增長。但由于激光雷達(dá)的設(shè)計復(fù)雜和成本昂貴，大規(guī)模應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。Luminar于2019年發(fā)布了價格不到1000美元的LiDAR解決方案，而2005年首推實(shí)時3D LiDAR的Velodyne公司則宣布逐步降價計劃，將平均售價從2017年的1.79萬美元降至2024年的600美元。中國的LiDAR制造商已經(jīng)開始生產(chǎn)低于1000美元的產(chǎn)品，正在獲得更多市場份額。盡管不被特斯拉的Elon Musk看好，激光雷達(dá)仍將成為實(shí)現(xiàn)更高級別自動駕駛的關(guān)鍵技術(shù)。

　　復(fù)雜的環(huán)境和氣候條件要求來自圖像、超聲波、雷達(dá)和激光雷達(dá)等傳感器源的數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉參考和計算，這需要具有實(shí)時處理性能的AI芯片和深度學(xué)習(xí)模型算法。只有在系統(tǒng)中融合傳感器、芯片和AI算法等多種技術(shù)，才能保證自主系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用場景中的精確和安全操作。除了ADAS/自動駕駛應(yīng)用外，傳感器融合技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人和無人機(jī)等領(lǐng)域也將得到發(fā)展和普及。

　　五、芯粒（chiplet）：開啟芯片設(shè)計IP新模式

　　自1965年以來，摩爾定律一直是主導(dǎo)半導(dǎo)體行業(yè)快速增長的基本定律。隨著半導(dǎo)體制造工藝節(jié)點(diǎn)從7nm、5nm到3nm推進(jìn)，逐漸逼近物理極限，芯片設(shè)計和制造的成本不斷增加，整個半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展速度明顯放緩下來。領(lǐng)先的半導(dǎo)體制造商開始轉(zhuǎn)向芯粒（chiplet），期望為半導(dǎo)體設(shè)計和集成尋求新的解決方案，使半導(dǎo)體行業(yè)重返兩年翻倍的發(fā)展周期。

　　圖5：將來的計算機(jī)系統(tǒng)可能包含一個CPU芯粒和多個GPU和存儲器芯粒，都封裝集成在一顆芯片上。（圖片來源：AMD）

　　芯粒用多個小芯片來代替單個芯片，并將它們封裝集成在一起，這樣可以在同樣的面積上容納更多的晶體管，而且可以顯著提高芯片生產(chǎn)良率。芯粒就好比面向?qū)ο蟮木幊蹋且环N基于對象概念的思維范式，硬件設(shè)計正在發(fā)生類似的思維范式轉(zhuǎn)變。但是，芯粒之間需要接口，不僅僅是電氣接口，還有可以簡化設(shè)計、制造與協(xié)作的接口。全球行業(yè)組織開放計算項(xiàng)目（OCP）正致力于通過引入新的接口、鏈接層，以及早期概念驗(yàn)證，來定義和開發(fā)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的芯粒體系架構(gòu)。

　　據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)Omdia最新發(fā)布的報告顯示，在設(shè)計和制造過程中采用“芯粒”的微處理器芯片未來5年會快速增長，到2024年全球市場將達(dá)到58億美元，而2018年只有6.45億美元。目前，Marvell、AMD、英特爾、臺積電等半導(dǎo)體公司都相繼發(fā)布了Chiplet產(chǎn)品。Chiplet將為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來新的機(jī)會，比如降低大規(guī)模芯片設(shè)計的門檻；從IP升級為Chiplet供應(yīng)商，以提升IP價值，有效降低芯片客戶的設(shè)計成本；增加多芯片模塊（Multi-Chip Module，MCM）業(yè)務(wù)，Chiplet迭代周期遠(yuǎn)低于ASIC，可提升晶圓廠和封裝廠的產(chǎn)線利用率；建立可互操作的組件、互連、協(xié)議和軟件生態(tài)系統(tǒng)。

　　芯原公司的戴偉民博士提出了“IP as a Chiplet ”理念，旨在通過Chiplet實(shí)現(xiàn)特定功能IP的‘即插即用’，解決7nm、5nm及以下工藝節(jié)點(diǎn)中性能與成本的平衡問題，并降低大規(guī)模集成電路芯片的設(shè)計時間和風(fēng)險，從SoC中的IP發(fā)展到SiP中以Chiplet形式呈現(xiàn)的IP。全球半導(dǎo)體IP市場規(guī)模越來越大，預(yù)計將從2019年的50億美元上升至2027年的101億美元。Fabless模式的演進(jìn)催生了芯片設(shè)計服務(wù)產(chǎn)業(yè)，半導(dǎo)體IP授權(quán)和芯粒（chiplet）的發(fā)展將催生更多機(jī)會。

　　六、系統(tǒng)級封裝（SiP）：先進(jìn)封裝平臺的集大成者

　　芯片封裝技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了四個階段：第一階段是插孔元件（DIP/PGA）；第二階段是表面貼裝（SMT）；第三階段是面積陣列封裝（BGA/CSP）；第四階段是高密度系統(tǒng)級封裝（SiP）。目前，全球半導(dǎo)體封裝的主流技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入第四階段，SiP、PoP和Hybrid等主要封裝技術(shù)已大規(guī)模應(yīng)用，部分高端封裝技術(shù)已開始向芯粒（Chiplet）方向發(fā)展。SiP封裝正在從單面封裝向雙面封裝轉(zhuǎn)移，預(yù)計2021年雙面封裝SiP將會成為主流，到2022年將會出現(xiàn)多層3D SiP產(chǎn)品。

　　圖6：Octavo的SiP器件在一個標(biāo)準(zhǔn)BGA封裝內(nèi)集成了MCU、存儲器、PMIC、MEMS振蕩器和一些無源器件。（來源：Octavo Systems）

　　倒裝芯片（Flip Chip）和引線鍵合（Wire-bond）已經(jīng)在高端和低端芯片的SiP封裝、2D/2.5D/3D異構(gòu)SiP中得到了廣泛應(yīng)用，是目前主要的SiP封裝形式。據(jù)Yole關(guān)于SiP的市場分析報告預(yù)測，2019年采用倒裝芯片和引線鍵合形式的SiP封裝產(chǎn)品市場規(guī)模為122億美元（占全體SiP封裝市場90%以上），預(yù)計到2025年將達(dá)到171億美元，2019-2025年復(fù)合年增長率為6%;以臺積電為主導(dǎo)的扇出（FO）型封裝也已經(jīng)成為SiP的主要封裝形式之一，2019年市場規(guī)模為11.48億美元，到2025年將增至13.64億美元；嵌入式裸片SiP封裝正從單裸片嵌入過渡到多裸片嵌入，盡管這種形式的SiP封裝產(chǎn)品市場規(guī)模很小，但是增長勢頭強(qiáng)勁（增長率高達(dá)27%），預(yù)計2025年將超過3.15億美元。

　　移動和消費(fèi)電子是SiP封裝的主要應(yīng)用市場，其中尤以手機(jī)的RF器件為主。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的全面部署，5G手機(jī)和基站等電信設(shè)施將為SiP封裝創(chuàng)造新的機(jī)會。以蘋果Apple Watch和AirPods為主的可穿戴設(shè)備因?yàn)閷w積和尺寸的嚴(yán)格要求而更多采用SiP封裝，成為SiP在消費(fèi)電子領(lǐng)域的主要增長點(diǎn)。SiP的另一驅(qū)動力來自MEMS和傳感器，包括壓力傳感器、慣性測量單元、光學(xué)MEMS、微測輻射熱計、振蕩器和環(huán)境傳感器等，快速增長的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括汽車ADAS/自動駕駛、機(jī)器人和物聯(lián)網(wǎng)等。

　　七、寬禁帶半導(dǎo)體：在關(guān)鍵領(lǐng)域取代硅基器件

　　第三代半導(dǎo)體也稱寬禁帶半導(dǎo)體，是指禁帶寬度大于2.2eV的半導(dǎo)體材料，主要代表是碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）技術(shù)。與第一代和第二代半導(dǎo)體相比，具有更高的禁帶寬度、高擊穿電壓、低導(dǎo)通電阻、幾乎無開關(guān)損耗以及優(yōu)秀的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率等優(yōu)勢，能在效率更高的前提下，將體積大大縮小，在高溫、高壓、高功率和高頻領(lǐng)域有望替代前兩代半導(dǎo)體材料。

　　圖7：以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體在新能源汽車、5G通信和軌道交通等領(lǐng)域有著極大的發(fā)展?jié)摿Α＃▉碓矗篍ETimes）

　　此前，阻礙第三代半導(dǎo)體技術(shù)普及的最大原因是SiC和GaN襯底成本過高，器件成本比傳統(tǒng)硅基產(chǎn)品高5到10倍，但隨著產(chǎn)業(yè)鏈對該類器件需求的增加，大英寸襯底技術(shù)的成熟和工藝的提升，制造成本已逼近硅基器件。2021年將是第三代半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵年，預(yù)計電動汽車、工業(yè)充電、5G高頻器件以及可再生能源和儲能領(lǐng)域的電源應(yīng)用，都能夠從寬禁帶半導(dǎo)體的發(fā)展中受益，尤其是高頻高壓應(yīng)用中將大量取代原有的Si IGBT和Si MOSFET。

　　此外，由于第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品主要使用成熟工藝，在美國持續(xù)升級對中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)封鎖的大環(huán)境下，有望成為產(chǎn)業(yè)突破口。所以在政策方面，中國也在2030計劃和“十四五”國家研發(fā)計劃中明確第三代半導(dǎo)體是重要發(fā)展方向。

　　八、“域架構(gòu)”理念主導(dǎo)未來汽車開發(fā)

　　目前汽車業(yè)普遍采用扁平化的點(diǎn)對點(diǎn)“分布式電子架構(gòu)”，也就是通過上百個電子控制單元（ECU）來實(shí)現(xiàn)車輛的電子電氣功能，再通過相應(yīng)的汽車總線將相關(guān)聯(lián)的ECU連接在一起。但隨著汽車向自動化、互聯(lián)化、電氣化和服務(wù)化方向快速發(fā)展，傳統(tǒng)基于硬件的分布式架構(gòu)在系統(tǒng)擴(kuò)展性、軟硬件兼容性、安全性和升級便利性方面遭遇了瓶頸，越來越不利于汽車行業(yè)快速迭代的要求。未來，汽車底層電子架構(gòu)會朝著高性能“域架構(gòu)”的方向發(fā)展，聯(lián)網(wǎng)能力更強(qiáng)，能夠提供安全的OTA無線更新，開發(fā)效率高，是可升級、可擴(kuò)展、能夠適應(yīng)未來發(fā)展的平臺。

　　圖8：汽車電子終將朝著高度集成化發(fā)展。（來源：MPS）

　　因此，與ECU相比，伴隨著“域架構(gòu)”出現(xiàn)的域控制器（DCU）的目標(biāo)將更專注于集成度、安全性和核心計算。例如通過無人駕駛或傳感器融合DCU實(shí)現(xiàn)自動化；通過智能座艙DCU實(shí)現(xiàn)車對車、車對其他一切的通信以及軟件的無線升級；通過動力系統(tǒng)DCU實(shí)現(xiàn)插電式混合動力系統(tǒng)到全電池電動汽車的電氣化蛻變，都是這一趨勢的典型應(yīng)用。

　　DCU引人注目的另一個原因，還在于它引導(dǎo)汽車供應(yīng)商將研發(fā)資金集中在單個的子系統(tǒng)上，而不是十幾個以上的不同子裝置。這樣一來，想要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜而強(qiáng)大的DCU，汽車供應(yīng)商就不能只依賴大多數(shù)現(xiàn)有的成品芯片，而是更傾向于精心設(shè)計的集成化器件。

　　九、FPGA：數(shù)據(jù)中心和邊緣計算的AI加速器

　　自從上世紀(jì)80年代Altera和Xilinx開創(chuàng)可編程邏輯器件類型FPGA以來，F(xiàn)PGA已經(jīng)經(jīng)歷了幾波巨大的變化。除了其本身固有的可編程靈活性外，網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)交換功能使得FPGA成為云計算和數(shù)據(jù)中心不可或缺的海量數(shù)據(jù)處理單元，特別是機(jī)器學(xué)習(xí)/AI、網(wǎng)絡(luò)加速和計算存儲等應(yīng)用對FPGA有著強(qiáng)勁的需求，比如SmartNIC、搜索引擎加速器、AI推理引擎等。新興的邊緣計算將掀起新的一波FPGA需求熱潮，包括5G基站和電信基礎(chǔ)設(shè)施、邊緣端網(wǎng)關(guān)和路由器，以及IoT智能終端等。自動駕駛、智能工廠、智慧城市和交通等將驅(qū)動FPGA應(yīng)用進(jìn)一步的增長和擴(kuò)展。

　　據(jù)Semico研究公司預(yù)測，全球數(shù)據(jù)中心加速器（包括CPU、GPU、FPGA和ASIC）市場規(guī)模將從2018年的28.4億美元增長到2023年的211.9億美元，年復(fù)合增長率（CAGR）高達(dá)50%。其中增長最快的當(dāng)數(shù)FPGA加速器，2018年只有10億美元，到2023年將超過50億美元，其增長驅(qū)動力主要來自企業(yè)級數(shù)據(jù)負(fù)載加速應(yīng)用。FPGA行業(yè)最大的兩家廠商Intel和Xilinx都發(fā)布了一系列FPGA加速卡，比如英特爾FPGA  PAC D5005，N3000，以及基于Arria 10 GX FPGA 的可編程加速卡；Xilinx Alveo U50/U200/U250/U280 數(shù)據(jù)中心加速卡。Achronix也推出了基于Speedster7t FPGA的加速卡，以把握數(shù)據(jù)中心對高帶寬工作負(fù)載優(yōu)化的需求。

　　圖7：Achronix的VectorPath加速卡可以支持一系列高速數(shù)據(jù)和存儲接口。（來源：Achronix）

　　Altera被英特爾收購，Xilinx現(xiàn)在也極有可能歸入AMD名下，這說明FPGA始終是一個利基市場，在市場規(guī)模方面難以跟CPU和GPU這類通用芯片相比而成為足夠強(qiáng)大的獨(dú)立市場。然而，隨著FPGA獨(dú)有的特性使其成為云計算和邊緣計算的首選AI推理加速器，未來幾年我們將看到FPGA加速卡出現(xiàn)在更多計算處理單元中。

　　十、體征信號監(jiān)測AFE技術(shù)：將VSM系統(tǒng)的“健康監(jiān)測”植入智能可穿戴設(shè)備

　　據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)IDC發(fā)布的最新2020年第三季度數(shù)據(jù)，全球可穿戴設(shè)備總出貨量為1.25億臺，同比增長35%。其中，以蘋果AirPods為代表的可聽戴設(shè)備（Hearables）市場出貨量約7000萬臺，以Apple Watch為代表的智能手表（Watch）出貨量超過3000萬臺，以小米腕帶為代表的智能手環(huán)（Wrist Band）出貨量約2000萬臺。

　　全球新冠病毒的蔓延極大地刺激了具有“健康監(jiān)測”功能的智能可穿戴設(shè)備的銷售。備受全球用戶青睞的Apple Watch提供了豐富的健康醫(yī)療管理功能，特別是心率檢測。Apple Watch Series6可讓用戶測量血氧飽和度，從而更好地掌握自己的整體健康狀況。新一代的智能可穿戴設(shè)備利用高精度模擬前端技術(shù)進(jìn)行人體體征信號監(jiān)測，為消費(fèi)者提供更多“健康監(jiān)測”功能，在未來幾年將有顯著的市場增長。

　　具有生命體征信號監(jiān)測（VSM）功能的智能可穿戴設(shè)備增長最快的細(xì)分市場之一。以前，VSM設(shè)備主要用于醫(yī)院、救護(hù)車和直升機(jī)等專業(yè)救助場所，比如床邊監(jiān)視器和重癥監(jiān)護(hù)病房的監(jiān)視器等。這些高端系統(tǒng)支持多導(dǎo)聯(lián)ECG測量、氧飽和度、體溫、二氧化碳以及其他參數(shù)的測量。現(xiàn)在，可穿戴式VSM系統(tǒng)正逐漸融入我們的日常生活，讓醫(yī)生能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控病人，讓老年人能夠獨(dú)立生活更長的時間。運(yùn)動和鍛煉方面的VSM應(yīng)用也將成為一種趨勢，它不僅能幫助人們監(jiān)控生命體征參數(shù)，還能提供鍛煉是否有效的反饋信息。

　　圖8：ADI的可穿戴VSM系統(tǒng)方案及平臺工具。（來源：ADI）

　　在可穿戴設(shè)備中，通常可以測量多個參數(shù)，如心率、活動、皮膚阻抗、氧飽和度和體溫等。ADI公司開發(fā)出一種多模式模擬前端（AFE）芯片，可以直接通過連接生物電位電極來測量心臟信號。它能夠測量皮膚電反應(yīng)，以此來跟蹤壓力或精神狀態(tài)。基于這種單芯片AFE方案即可創(chuàng)建多功能、小尺寸且非常節(jié)能高效的可穿戴VSM系統(tǒng)。