新基建，“芯”机遇

2020 年，“新基建”为 5G 按下“快进键”，业界已经通过实际行动，探索 如何让 5G 发挥巨大价值。半导 体行业作为最前沿也是最核心的 ICT 组成部分，更是以“四新”（新产品、新技术、新材料、新工艺）面貌迎接未来。在国际贸易保护主义与科技封锁的大背景下，国产替代的紧迫性日趋显著，尤其在上游及中游的材料、设备以及关键零部件上，亟待突破。这些都是行业现在以及将来面临的挑战与机遇。 

本次“晶芯”在线研讨会的圆桌论坛主题是“新基建，‘芯’机遇”，非常应景时下半导体产业现状。5G 的最大特点是“超带宽、低延时”，超带宽意味着数据交互越频 繁，如何保障信息安全？5G 两大特点为国内芯片企业创造什么新的需求？5G 提出了三大应用场景，而未来最先实现或者可能广泛推广的具体应用是什么？国家在着力部 署新基建，在此大背景下 5G 将为服务于第三代半导体（以 GaN 及 SiC 为主的宽禁带半导体）、存储、物联网等领域的国内企业带来怎样的挑战与机遇？ 

为此，主办方很荣幸邀请到中国存储器产业联盟副理事长缪向水教授、西安电子科技大学微电子学院院长张玉明教授、以及清华大学微电子学研究所副所长尹首一教授参与圆桌论坛，并由重庆两江半导体研究院的杨利华董事长担当嘉宾主持。三位专家分别从存储器、宽带以及信息安全等代表不同专业方向的出发，就新基建背景下的 5G 应用前景如AI、物联网、自动驾驶汽车等热点话题分享了各自的看法。 

受限于在线平台的限制，圆桌论坛采用一问一答的方式；尽管专家的专业视角不同，各自观点却隔空碰撞出了火花。笔者如实报道以及百分百呈现会议所有内容，不加以编辑，目的有三 ：1）科普，读者可以宏观上认识 5G ；2）建立大局观，利于厂商捋顺思路 ；3）抛砖引玉，希望 有机会深挖下去。

Q1 ：我国在 5G 标准化领域处于国际领先地位，但在 支持基站建设的半导体技术、材料、装备与器件方面，我国与国际玩家存在巨大差距。当下 5G 基站建设正在如火 如荼进行，国内芯片企业的机遇和挑战在哪里？

张教授 ：我们首先要理解什么是5G ！5G 不单纯是从 1G 到 4G 的技术迭代，实际上它代表着一个5G 时代。5G 不是以技术来推动的，而是以应用场景来驱动的新兴产业；因此它的影响辐射很广，不仅是通信设备，还包括IoT、工业自动化、终端消费类乃至整个社会的时代变迁。半导体是 5G 建设的基石，芯片又是半导体发展的核心，因此 5G 将为芯片企业提供更多要求、以及更广阔的市场。 

就如调研报告总结的那样，中国半导体的发展遇到了很多问题，芯片、设备、材料都相对落后。究其原因，中国从改革开放以后将经济建设的重心放在解决基层问题上，对于基础的投入不够。中国虽然赶上了第三次工业革命浪潮（3.0）并将跨入信息化时代，然而中国的工业化 没有改善；因此我们在基础建设方面处于落后挨打的局面。这点大家都可以理解，并认识到中国还需要补课。

在信息化发展过程中，我们的系统在验证国外的芯片，而我们的芯片是在验证国外的材料甚至是装备。中美贸易战开启之后，总体来说，中国整体的生态链发生了很大的变化。国家非常重视，今年抛出新基建的构想。总之，在新基建大背景下，中国半导体有着很大的发展 空间和机遇。 

尹教授 ：从目前角度来看，5G 是一个非常宏大的信息系统，它不单纯是过去网络技术的升级，同时还带来了很多应用。我们目前探讨较多的问题是 ：5G 发展之后为传统的IT 以及CT 带来什么影响，尤其是过去的通信以 运营商为主，现在一些互联网公司也渗透进来了。过去的 IT 与 CT 巨头会尝试改变，巩固其领先地位，与国内新玩 家展开竞争。可以这么说，从技术延伸到业务运营，都还局限在通信信息领域内部，包括智能化网络运营、智能化网络管理领域。更进一步讲，5G 相对传统 IT 与 CT 超然于物外。因为，5G 提供无时无刻无处不在的宽带技术， 并且带来了新的应用形态，比方说物联网、自动驾驶、工业互联网等。毫无疑问，新的应用形态势必为整个行业带来新的发展机遇。

回顾芯片产业的发展历史，每次芯片产业的大发展都 是信息技术的变革或浪潮推动的。从 PC 机、互联网、移动通信，我们可以发现在这几个浪潮中都涌现了很多集成电路公司。我们现在看到的芯片巨头，大多是在某个浪潮中抓住了机会而成长至今的公司。 

5G 结合人工智能（AI）将给整个产业带来变革。一 方面给产业内的公司提供场景，使之抓住先机成长为新的领军企业 ；另一方面，5G 结合 AI 新兴应用对技术提出新的要求。比方说最近几年经常谈到的计算架构的变化，与新存储器结合的新型计算方式，技术刚出现就得到实用。颠覆性技术的出现也给企业带来成长的机遇，让企业在新 的赛道上抢得先机决胜未来。总而言之，5G 对 IC 产业的 影响是全方位的，也是传统意义上的新来者 ；结合我们 二十多年的技术积累，5G 对于中国企业来说是个难得的 机遇，企业和学术界抓住这个机会就能推动一大步。

缪教授 ：从存储的角度来看发展机遇。5G 有三个特点 ：高速数据传输（最高达 10Gbps），低延迟（1ms）、且具备千亿级规模的能力。这三点将推动 5G 技术在手机终端、物联网、自动驾驶、无人机等新兴领域的广泛应用。

以下谈谈 5G 对于存储方面的需求。5G 的连接速度 是 4G 的 10~100 倍，这么快的连接速度需要更大的存储容量、更快的存储速度，5G 通讯技术对于存储器的容量 和速度的推动力可谓是巨大的。现在人们经常下载电影， 发现网速不够，等网速上去后又会发现存储速度不够，数据下载后却不能及时存储进去，造成数据拥堵。

在集成电路芯片中，存储器是最大的一个独立分支， 约占 30% 的市场份额。实际上我国存储器芯片有 85~95% 用量是依赖进口的，存在严重的产业安全与信息安全的 隐患。这几年来国家在推动这方面的产业落地。比方说2016 年7月，国家在武汉投资1600亿元（迄今或许增至 2000 多亿元），建设长江存储公司，也是国家存储器产业 化基地。2018 年四季度，32层的3D NAND 量产；2019 年三季度，64 层 3D NAND 量产；2020 年 4 月，长江存 储越过96 层直接成功研发128 层的3D NAND——美光、 三星等巨头并没有在96 层跃迁——从技术角度来看，我 国基本上达到与世界同步水平。长江存储是武汉新芯的子公司，武汉新芯主要生产NOR FLASH。NOR FLASH 占 全球10% 市场份额，2021 年，3D NAND 月产能达10万片规模。这是国家在闪存方面的布局。

此外，在DRAM 方面也有布局，目前合肥长鑫已经 量产，福建晋华，紫光集团也成立了DRAM 事业部，邀 请了刁时京去做董事长。 

目前 5G 市场的发展给存储器芯片带来很大的机遇和挑战，存储器芯片将来成为卡脖子技术，国家也在着力投 入，希望在短时间内迎头赶上。我们正在经历美国技术封锁时期，选择性地提供设备、材料、EDA 工具给中国企业， 美国掌握了很多关键技术，未来我们的产能与产业化进程 会因为美国单方全面禁止而被蹉跎。另外就是专利壁垒， 长江存储虽然实现了每年一个台阶跳跃式发展，但在专利 布局方面与国外巨头差距甚远。价格战是把双刃剑，对于整个产业的影响深远。长江存储在出货之前，美光和三星把价格以一年一倍的涨速推动，在长江存储产品推出后， 又以每年几乎下跌一半的价格打压。

Q2 ：5G提出了三大应用场景，增强型移动宽带eMBB、高可靠性低延时 uRLLC、低功耗超大连接 mMTC。超大带宽意味着海量的数据连接。在这条“超带宽、低延时”的信息公路上，我们能预见什么东西在奔跑？

缪教授 ：一直以来，政府与国内大型企业在推动信息 高速公路以及信息基础的建设。我们在深圳、北京、上海召开了多次有关信息基础设施的研讨会。高速公路建好之 后到底是什么车在上面奔跑？手机终端、物联网、无人机等等，都是有可能的。但我想手机终端是最快能实现的应用方向。 

手机终端应用对存储器提出新的要求，存储器能否 满足现在以及未来的需求？众所周知，5G 传输速率起步是1G bps，未来可以达到10Gbps ；依照长江存储最近推 出的128 层 3D NAND 存储器容量：9060 每颗是512G、 6070 是 1.33T，换算下来目前业界最快的传输速率是 1.6Gbps@1.2V。因此，1.6Gbps 可能不适合未来5G 手机 终端应用，需要生产更新一代的存储器。 

最近华中科大与长江存储共同研发一种三维相变存 储技术，美光和英特尔称之为 3DxPoint。这种存储器拥有三维堆叠结构，它的数据存储速度比闪存快1000 倍。我 们知道 5G 比 4G 快 100 倍（最大值），而三维相变存储技 术可以做到快1000 倍，因此它可以适合未来5G 甚至是 6G 的应用。同时，三维相变又是一种高存储密度技术， 存储密度也能达到 DRAM 的 10 倍。也就是说，这种被称 作 Universal Serial Bus 或者 Mass Storage Class 的未来存储技术可能拥有闪存的容量以及DRAM 的速度，在容量和 速度之间达到很好的平衡。 

一般手机有几个G 的 DRAM，几百G 的 闪 存。DRAM 容量小速度快，闪存容量大但速度慢。如此，手 机终端或者计算机系统存在很大的差距，因此需要引入一 些新型的存储器介质，使之满足 5G 手机终端需求。这方 面的工作国内外同行都在做并形成竞争，我们希望该项技 术将来用于手机终端，能推动手机在 5G 信息高速公路上 快速奔跑。 

此外，自动汽车驾驶现在也发展得有声有色，可能这 方面的工作跟进很快 ；还有无人机的组网亦是如此。工业 互联网可能是一个未来方向。

Q3 ：国内企业在 5G 时代有很多机会，产品规划者需要厘清思路 ：该做哪方面的芯片，最先实现的应用场景是什么？未来哪些芯片能与之对应？ 

尹教授：从产品角度来看自有其内在规律。站在应 用角度，我非常赞同缪教授的看法，最快的应用是手机 终端和消费类电子。在 3G 之前我们就在讨论，带宽增大 了我们能做些什么？在技术普及之前，我们设想的killer application 其实没能实现大规模应用。比方说，3G 之前 视频电话被视作杀手锏应用，后来视频电话应用却不多 ；当大带宽出现之后，诸如抖音、B 站等短视频平台应用反 而多起来了。其实这些应用很多在技术真正得到推广之前 是没有料想到的。根据我们先前的经验，技术的广泛应用 一般会来源于消费类。因此，当信息高速公路建成之后， 最快的应用可能还是与日常生活相关的消费终端、娱乐等 场景。举个简单例子，手机除了基本通信功能之外，增加了很多娱乐方面的应用，如AI 加入之后很多应用变得十 分有趣，比方说图像的风格迁移、视频编辑以及更丰富的 创作。 

这些因娱乐用户产生的数据会占用信息高速公路的 流量。从这个角度来讲，用户生成的丰富数据会与 5G 铺 展的信息高速公路能很好的结合起来。这些应用暂时还不 能完全设想出来，一旦基础设施架设完成，一定会有更好 的产品、更好的创意形成。

至于车联网与工业互联网，我个人认为工业互联网 会更快一些。早在3G、4G 时期我们就提出machine-tomachine（M2M）系统概念，目前该系统一直未能建成 ；既是应用方面又有技术上的原因，还存在带宽能力不足 的问题。待到 5G 能提供足够的带宽之后，将会给诸多应 用提供想象空间，包括工业互联网用到的分布式工业系 统，以及张教授提到的利用 5G 提高现有制造业信息化水 平，等等。车联网若从技术角度来看无疑会向前走一大 步，但要做好区分工作 ：一部分是指车内的信息、娱乐、 消费等相关应用，这部分与手机终端应用有很多共通的 地方，会发展得更快 ；另一部分与真正的自动驾驶相关。自动驾驶汽车（AV）不完全是技术问题，还涉及伦理与 法律法规，这个实施过程会很漫长。这是我对 5G 应用场 景的一些想法。 

那么，5G 应用会驱动哪些芯片的发展？我个人认为 一类是存储类芯片，信息处理方面无论是用户产生数据还 是机器产生数据，最终都需要做处理 ；一部分需要在云端 数据中心进行处理，另一部分则在终端上处理。所以满足 这些数据处理需求的计算类芯片会有新的机会。现在我们 看到的传统类的芯片架构是不能满足像 AI 应用对于算力、 功耗两方面的需求。所以，这两年有较多讨论关于新型的 计算架构。我相信在未来芯片和产品中，AI 一定会受到 关注并成为大有前景的 5G 应用场景之一。

Q4 ：“超带宽”给存储芯片带来机会。那么“低延时” 是否也是如此，比方说解决过去 2G、3G 时代报警系统需要很长时间响应的实际工业问题。从 5G 的“低延时”特征作分析，5G 时代最快能形成的应用有哪些？

张教授：中国在去年6 月颁发5G 牌照时，除了三大 运营商我们也给广电发了牌照，目的是利用广电700M 频 段的优势开拓应用市场，这充分说明政府决心从多个领域 推进 5G 商业化的进程。现在看起来最多的应用还是手机终 端，这是最直接的 5G 体验。但是我们看其他国家，美国到 今天还没有推出手机终端，它将 5G 网络的固定带宽转换成 Wi-Fi 信号 ；这是因为美国还没有开放我国投入使用的 S波 段和 C波段，美国5G 主要用毫米波段通信，难度非常大， 这也是美国看上去走得慢一些的缘故，殊途且不同归。在 美国5G 手机相对4G 的意义不是很大，但是Wi-Fi 无线市 场还是比较明确的。中国的 4G/5G 目前还是套用。

回到刚才的话题，5G 是一个大的时代、一个技术阶段。技术与应用是相伴的，技术再先进若产品缺乏应用的支撑， 那就不完美。所以我们刚才提到的 AV、工业互联网、IoT 都在推进，也有可能有着很好的应用前景。套用一名言 ：它的优势在于它还未曾被发现。未来5G应用需要再挖掘， 包括我们认为已经开发成熟的手机应用端。5G 商用仍需 加油！ 

5G 需要存储、架构、信息的转换与收发，在这里宽 禁带半导体有着很大的发展空间。除了频率高、功率大、 更重要的是它的效率高，这点回应了刚才提及的低功耗相 关问题。因此很多宽禁带半导体相关企业在新基建背景下 都有很好的发展空间。在此过程中，首先需要解决相关知 识产权问题，无论是存储还是宽禁带领域。另外，半导体 是战略性的行业，也是商品化、市场化行业，我们要踏实 地做技术、管理、产品、把控上下游质量，这样才能真正 地支撑我们半导体产业的后续发展。这点至关重要。

Q5 ：超大数据流的交互除了体现在数据 通信及数据处理上面，还包括数据存储。之前我们提到 3D 存储，而全闪存储磁盘阵列也是一个方向，它在工业视频监控、高清动态视频数据流的需求很大。过去用硬盘做存储，现在用闪存做磁盘阵列，这将会带来怎样的用户体验？

缪教授 ：在存储系统方面，有一种全闪存的存储阵 列，以前大量数据存在磁硬盘上，功耗大、速度慢。现在 是个过渡期，把冷数据放在磁盘上，热数据放在SSD 固 态硬盘上，未来的方向是全闪存阵列。这个存储系统本身 依赖于存储颗粒，SSD 阵列首先要将闪存芯片做出来，所 以国家投入 2000 多亿元来做 3D NAND 闪存芯片。 

未来存储芯片将从材料（3D NAND 颗粒）、配套的控制、软件、设备到 3D NAND 制造、应用，我国有希望 全面贯通整个信息存储产业链。从过去的硬磁盘转换到全闪存的 SSD 阵列，这无疑给下游产业链创造了机会。

Q6 ：新基建已拉开帷幕，5G 基站、5G 终端和横向应用将逐次开展。第三代半导体（GaN & SiC）将如何借这阵东风，给国内企业创造更多的机会？ 

张教授 ：中国的宽禁带与第三代半导体的发展，从研 发开始就与世界处于同步的阶段，无论是GaN 还是 SiC。比方说 GaN LED 我们已走在世界的前列 ；在微波射频方面也做得不错，尤其是有些军工应用。另外，中国的 GaN 及 SiC 技术走的路与国外略有不同 ；无论从专利还是各方 面的表现相对硅半导体要好一些。最后，宽禁带是一种特 殊应用，它的制程要求不太高，国内现有的产线工艺就可 以满足 ；因此它对于国外的设备及材料的依赖性不大，拥 有自主性较高一些。因此，宽禁带半导体是我国半导体行 业与国际水平最接近的领域。 

5G 对于GaN 及 SiC 都有较高的要求，比方说基站， 除了频率、功率之外还要求高效率。在新基建+5G 的带动下，所有企业都有机会，当然我们需要注意人才的培养、 基础的研究、包括产业化的融合。举个例子，西电在 SiC 方面的专利位居全球高校第八名，前七位是美日的企业居 多，他们的专利很容易转化成技术，中国的专利还掌握在 科研单位及高校的手上，即便是转化也需要漫长的时间， 更何况中国的产学研融合能力本身就不够。在此呼吁 ：企 业能介入项目的研发阶段，这样会提高专利的实用价值、 产学研更加融合。

总而言之，中国宽禁带半导体企业的机会还是有的， 相信经过大家的努力，还是能支撑整个 5G 的长时间建设 过程。

Q7 ：4G 时代用户已经在关注信息安全保障的问题。进入5G时代，“ 超带宽 ” 给信息安全带来更大压力。站在信息安全的角度，5G 将给芯片企业创造什么新的机会？ 

尹教授 ：从信息安全的角度，无论 5G、4G 还是 3G， 大家对于信息安全的关注度都是一样的。实际上我们在互 联网上的大量信息是缺乏保护的，包括现在的手机终端， 很多信息被传输走了。未来的很多应用包括手机终端以及 工业设备在内，数据都需要通过5G 与云平台进行互联， 因此这个问题将更加突出。 

为此业界已在探索不同的思路。比方说，1）最基本的方法是对数据进行加密，无论在我们的数据终端，还是 云数据中心的服务器上，都需要极强算力的安全芯片。既 然数据要加密，那么随之而来的就是数据解密，这给数据 中心带来很大压力。2）另一种思路就是学术界和工业界正在提出的“同态计算”概念。所谓同态计算，就是在处理信息的过程中，无需对数据进行解密，把经过加密的数 据直接拿来计算。这会带来一定的好处，但对芯片的压力 较大，要求算力极强才能做数据处理。此外，3）这两年兴起的区块链方式，也是解决信息安全的途径之一。当然 区块链是一个分布式系统，它对分布式设备里面的存储、 计算等都会带来新的挑战。就拿比特币来做比较。现在比特币的交易速度或者说是节点的处理速度，还不能满足未来工业互联网中大量机器设备处理互联速度的需求。 

从这些不同方式来看，未来 5G 时代或在新基建大背 景下建设信息中心或更多信息系统时，对于信息安全相关的芯片、 IP 的需求是相当巨大的。无论是基础的信息设施， 还是设施内与信息安全相关应用，都会带给芯片企业以极 大的推动作用。中国近几年对于网络信息安全倾注了心力， 包括在很多关键领域中建立自主可控的体系。我相信随着新基建的推进，定会给整个集成电路行业带来新的机会 ；也希望工业界和学术界能抓住这个机会取得长足的进步， 守护国家与消费者自身的信息安全。

Q8 ：在什么山上唱什么歌。请各位专家用一句话概括5G。

缪教授 ：5G 技术的推广与使用将极大地推动国产存 储器的发展。 

张教授 ：5G 时代希望中国的产学研融合与知识创新 体系能借此东风上升一个台阶。 

尹教授 ：5G 会对整个集成电路产业有明显的拉动作 用，也会造就一批有竞争力的企业。