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智慧系統及物聯網 推動半導體成長

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Intel推出Nervana類神經網路處理器。來源:NVIDIA

科技巨輪不停往前滾動,推動半導體產業持續成長。1990年,全球平均電子系統的半導體內含量僅有15%,到了2020年預估將達到近30%,而根據世界半導體貿易統計公司(WSTS)預估,全球半導體市場2018年預計為4,630億美元,較2017年增長12.4%;2019年則將增長4,840億美元。

以半導體產品區分,研究單位Gartner認為DRAM與NAND Flash仍將維持半導體產品最大項目的地位,2018年的佔比將超過3成。從應用面來看,全球半導體目前仍是以無線通訊應用為主,但分區則有不同變化,美國在數據運算處理的半導體應用比重較通訊應用高;亞太地區以通訊應用為主,數據運算處理應用則是顯著下滑;歐洲、中東、非洲以及日本地區,則是以車用半導體的成長幅度最大。

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NVIDIA推出人工智慧晶片DRIVE Xavier。來源:NVIDIA

觀察近年推動全球半導體成長的關鍵力量,則可發現主要集中於智慧系統與物聯網,包括聲控和語音助理、5G通訊、人工智慧(AI)、物聯網、車聯網、自駕車等有賴半導體提供更強大的運算效能,以及更高水準的頻寬、辨識、感測、安全等。

根據工研院IEK分析,2016∼2021年,全球半導體市場以工業用及車用半導體的成長幅度最大,同時結合AI與IoT的應用,將促使半導體在數據處理應用中的比重高度成長。

自動駕駛興起 車用半導體新契機

車用半導體方面,隨著汽車智慧化發展,從連網功能、ADAS先進駕駛輔助系統、電動節能到自動駕駛等,無不仰賴先進車電設備支持,汽車內所含半導體元件數因而大幅提升。汽車半導體約可分為五大類,包括功率半導體、感測器、處理器、ASSP及邏輯IC等,應用則集中於安全系統、動力總成、汽車影音、底盤系統以及車身電子等。

SEMI(國際半導體產業協會)研究報告指出,2020年全球車用半導體的產值將以5.8%的年複合成長率增加,達到487.8億美元。另一調研單位ResearchInChina預計2020年全球汽車半導體的價值將達到370億美元。

值得注意的,大陸已成為全球最大的汽車生產國和消費市場,由於半導體和汽車行業蓬勃發展,大陸汽車半導體市場規模也隨之提升,預計大陸汽車半導體市場到2020年將達到80.11億美元。

展望未來,自動駕駛將是下一波推升車用半導體需求的重要力量。近年來自動駕駛系統被廣泛運用於車外環境自主偵測,包括光達感測器、雷達感測器、超音波感測器、影像系統與導航(GPS)等相關設備的功能持續進化,大幅帶動先進駕駛輔助系統、圖像處理器、應用處理器、感測器、動態隨機存取記憶體(DRAM)和快閃記憶體(NAND Flash)等相關半導體晶片的需求增加。

Yole Développement報告指出,在2032年前,自駕車的生產量將從今年的7,000輛成長至180萬輛,上看900億元的市值,此外,電動車或油電混合車對於高效率低功耗的需求也帶動新型功率半導體元件如SiC、GaN等市場的大幅成長,在5年內將達逾200億美元的產值。

人工智慧應用  仰賴高運算處理器

在推動半導體成長的各項關鍵力量中,人工智慧無疑將帶來長久及深遠的影響。市場對於人工智慧晶片需求持續增加,研調機構TrendForce分析,人工智慧為半導體產品帶來的機會,包括單一產品搭載的半導體元件數量上升,且產品功能越來越多及複雜度升高,使得半導體產品的平均價格提升,再者,新興應用終端的穩定成長,也讓半導體需求水漲船高。

整體而言,繼雲端運算帶動資料中心晶片需求後,人工智慧(AI)應用範圍擴大也為晶片業創造新商機,吸引包括輝達電子(NVIDIA)、英特爾及超微等半導體在內的大廠爭相發展人工智慧晶片,根據市場研究公司MarketsandMarkets預計,AI晶片市場到2022年將達到160.6億美元,從2016∼2022年,年均複合成長率為62.9%。

人工智慧通常是透過複雜演算式來提升電腦深度學習能力,就現階段而言,目標是透過加速資料分析及電腦學習速度,進而實現更精確的語音、臉部及其他辨識能力,半導體大廠的貢獻主要就是利用高階晶片來加速人工智慧系統運算速度。

軟硬體業者  積極投入AI晶片

其中,NVIDIA原為圖形晶片(GPU)的龍頭,因圖形晶片具有大量數學運算能力,非常適合應用在深度學習的AI上,使得NVIDIA目前在AI晶片上取得領先地位,該公司的NVIDIA DRIVE Xavier自動駕駛處理器擁有90億個以上電晶體,號稱是迄今最複雜的系統單晶片,架構組成包括8核心CPU、512核心Volta GPU、深度學習加速器、全新電腦視覺加速器,以及8K HDR影片處理器。

DRIVE Xavier每秒可處理30兆次的運算作業,耗電量僅30瓦,較前一代架構的節能效率高出15倍。

Xavier是NVIDIA DRIVE Pegasus人工智慧運算平台的重要關鍵之一。Pegasus 平台採用兩個Xavier SoC及兩個下一代NVIDIA GPU。Pegasus是全球首款為Level 5全自動駕駛計程車而設計的人工智慧車用超級電腦,可以裝在比一片車牌還小的電路板上,取代現今許多自動駕駛車輛所使用、大小足以裝滿後車廂的運算裝置。

Xavier的推出預期將大力推進自動駕駛進程。據悉目前已有超過25家公司使用NVIDIA技術來開發全自動駕駛計程車,Pegasus就是強大推動力量。

英特爾方面,為強化AI晶片競爭能力,英特爾已於2016年收購AI新創業者Nervana,並於2017年Nervana神經網路處理器;超微旗下Radeon Instinct系列人工智慧晶片與許多客戶展開合作;聯發科也將AI列為未來5年重點投資技術項目,設立專門研發團隊,並宣布推出NeuroPilot平台,搶佔智慧型手機、智慧家庭、自動駕駛汽車等產品的AI商機。

值得注意的,就連原本主力在開發人工智慧系統的軟體業者,例如Google、微軟等,也因為不想受制於晶片供應商,已開始投入人工智慧晶片研發,希望主導人工智慧系統採用的晶片規格。整體而言,人工智慧的應用發展植基於半導體產業,而隨著各家業者持續發展更先進的人工智慧晶片,一個全面充斥人工智慧時代也許會較預期更快來臨。