【行业分析】2025年全球半导体行业：十大技术趋势展望

青草

2024年，全球半导体行业虽然未如预期般出现全面复苏，但生成式人工智能%28AIGC%29、汽车电子和通信技术的快速发展为2025年的技术进步奠定了坚实基础，为半导体行业在新一年中回暖带来了新的希望。
在这一年中，我们见证了碳化硅%28SiC%29功率器件在电动汽车中的广泛应用，芯粒%28Chiplet%29技术在高性能AI芯片设计中的创新应用，以及RISC-V架构在汽车电子和其他领域的快速崛起。此外，第四代半导体材料——如氧化镓%28Ga2O3%29和氮化铝%28AlN%29也开始崭露头角，展现出巨大的潜力。
在市场方面，尽管全球经济面临诸多挑战，但半导体行业依然保持了强劲的增长势头。根据世界半导体贸易统计组织数据预测，2024年全球半导体市场规模预计将达到6112亿美元，同比增长7%。特别是在汽车电子、工业自动化和消费电子等领域，市场需求持续旺盛，推动了整个行业的快速发展。
展望2025年，预计全球半导体市场将增长12.5%，估值将达到6870亿美元。《电子工程专辑》基于这一年中与业内专家和厂商的交流，总结分析后挑选出了2025年全球半导体将出现或高速发展的10大技术趋势，本文将探讨这些先进技术的发展方向和市场前景。
SiC、Chiplet 和 RISC-V 联手推动汽车半导体发展
在 2025 年的汽车半导体产业发展浪潮中，SiC、Chiplet 和 RISC-V 这三项技术正展现出强大的协同效应，成为抢占汽车智能化赛道的核心力量，也为整个行业带来了诸多新变化与深远影响。



首先来说碳化硅（SiC）技术，随着汽车制造商对更高能效以及续航能力的不懈追求，我们可以明显看到一个趋势，那就是整车厂在接下来的两三年里会发布更多搭载 800V 平台的车型，这无疑使得对 SiC 功率器件的需求进一步增加，甚至 “800V+SiC” 已然基本成为高端电动汽车的标配配置了。从材料方面来看，基于成本控制以及良率提升的需求，晶圆材料正朝着大尺寸、低缺陷 SiC 衬底及外延制备的方向迈进；从器件角度而言，行业都在追求更低的 SiC MOSFET 比导通电阻，同时力求让其在可靠性、鲁棒性方面更接近硅基 IGBT 的水准；从工艺层面来讲，科研人员也在持续研究制约 SiC MOSFET 发展的基础科学问题，比如通过采用高纯度 SiC 衬底、改进栅氧化层制作工艺等手段来提升沟道迁移率等，全方位助力 SiC 技术在汽车半导体领域发挥更大优势。
而 Chiplet 芯片技术，堪称是汽车高性能 SoC 开发的新突破口。它作为搭积木芯片设计的技术代表，有着独特的创新性。其将功能独立成 Chiplet，通过选择成熟工艺和芯片，既能提高生产良率，又能有效缩短开发周期，为汽车芯片的研发生产提供了降本增效的新思路。不过，这项技术同样面临一些挑战，例如不同厂商不同芯片之间的通信接口存在差异，并且随着芯片集成度的不断提高，功耗、散热以及数据传输安全等方面都面临着更高的要求，亟待行业共同去攻克解决。
再看 RISC-V，它已然成为继 Arm 架构之后的新选择。相较于 x86 和 Arm，RISC-V 的指令集更为精简，不存在历史遗留问题，而且功耗很低。这些突出特点让 RISC-V 非常契合用于提升汽车系统的整体性能，同时还能降低制造成本。具体在应用方面，RISC-V 处理器有着广泛的用武之地，像车载信息娱乐系统、自动驾驶控制系统、电池管理系统以及车辆网络通信等关键领域都能看到它的身影。据相关预测，未来 3 至 5 年内，RISC-V 架构芯片在汽车行业的出货量预计将以每年 66% 的速度实现快速增长，发展潜力巨大。
总之，SiC、Chiplet 和 RISC-V 这三项技术在 2025 年相互协作、相辅相成，正从多个维度推动汽车半导体产业不断向前发展，塑造着汽车半导体行业的新格局，也让我们对未来汽车智能化的发展充满更多期待。
“800V+SiC” 将成为高端电动汽车标配
碳化硅技术发展趋势多面观
从材料方面来看，基于成本控制以及良率提升的需求，晶圆材料正朝着大尺寸、低缺陷 SiC 衬底及外延制备的方向迈进。当前，碳化硅衬底的尺寸（按直径计算）主要有 2 英寸（50mm）、3 英寸（75mm）、4 英寸（100mm）、6 英寸（150mm）、8 英寸（200mm）等规格，业内也在不断朝着大尺寸方向发展，像行业领先者科锐公司已成功研发并量产 8 英寸产品。衬底尺寸越大，单位衬底可制造的芯片数量越多，单位芯片成本越低，且边缘浪费越小，更有利于降低芯片成本。同时，在不同应用场景下，衬底类型也有区分，按照电学性能可分为半绝缘型碳化硅衬底（电阻率＞电阻率≥100,000Ω・cm）和导电型碳化硅衬底（电阻率区间为 15~30mΩ・cm），在半绝缘型碳化硅市场，目前主流的衬底产品规格为 4 英寸，而导电型碳化硅市场主流的衬底产品规格为 6 英寸。
从器件角度而言，行业都在追求更低的 SiC MOSFET 比导通电阻，同时力求让其在可靠性、鲁棒性方面更接近硅基 IGBT 的水准。碳化硅功率器件本身具备诸多优势，例如其电子迁移率比硅高，能承受更高的开关频率，有助于减小无源元件的尺寸，提高系统整体效率；导通电阻比硅低，在导通状态下的损耗远低于硅器件，可减小系统散热需求，提高设备能效；并且热稳定性远高于硅，能在高温和恶劣环境下稳定运行，提高了设备的可靠性。而进一步降低其比导通电阻等指标，能使其在电动汽车、可再生能源、工业自动化、电力系统等诸多应用领域发挥更出色的性能表现，像在电动汽车中可以更好地助力电机控制、逆变器等环节，提升车辆的续航里程和充电速度。
从工艺层面来讲，科研人员也在持续研究制约 SiC MOSFET 发展的基础科学问题，比如通过采用高纯度 SiC 衬底、改进栅氧化层制作工艺等手段来提升沟道迁移率等。碳化硅衬底行业属于技术密集型行业，涉及材料、热动力学、半导体物理、化学、计算机仿真模拟、机械等多学科交叉知识应用，从原料合成到最终产出衬底，要经过多道复杂工序，每一环节的工艺优化都对提升整体性能至关重要。例如在晶体生长环节，多采用物理气相传输法（PVT 法），但生长过程中各个参数相互耦合，任何生长条件波动都会影响晶体生长稳定性，所以需要不断改进工艺来保障高质量晶体产出。而在器件制造工艺方面，提升沟道迁移率等改进措施，有助于进一步挖掘碳化硅器件的性能潜力，使其在未来的汽车半导体领域以及更多相关应用场景中占据更重要的地位。
正是由于碳化硅技术在这些方面不断取得进展，其在汽车领域的应用也越来越广泛，特别是随着汽车制造商对能效和续航的不懈追求，“800V+SiC” 已然基本成为高端电动汽车的标配配置。众多车企纷纷布局搭载 800V 平台的车型，这使得对 SiC 功率器件的需求进一步增加。例如，小鹏 G9 作为一款中大型 SUV，采用了 800V 高压 SiC 平台，既实现了高电压和高电流双管齐下，让充电时间大幅缩短，又借助碳化硅耐高压的特性，控制更高的系统电压，有效解决了消费者充电和续航焦虑。可以预见，在未来电动汽车的发展中，“800V+SiC” 这种搭配将会越发普及，持续推动高端电动汽车朝着更高效、长续航等方向迈进，成为整个行业发展的重要趋势之一。
Chiplet 芯片成为汽车高性能 SoC 开发新突破口
Chiplet 技术优势
在 2025 年的全球半导体行业发展中，Chiplet 芯片已然成为汽车高性能 SoC 开发的新突破口。Chiplet 作为一种创新性的芯片设计技术，有着诸多独特优势，为汽车高性能 SoC 芯片的研发生产带来了新思路。



从降本增效角度来看，Chiplet 将功能独立成一个个芯粒，也就是 Chiplet。在制造过程中，可以选择成熟的工艺以及已有的芯片来进行生产。这样做，一方面能够显著提高生产良率，避免因追求极致工艺而带来的高成本和高风险，例如在工艺制程推进到 5nm、3nm 等更高级别时，成本代价呈指数级上升，而 Chiplet 技术通过采用相对成熟的制程组合，能很好地控制成本；另一方面，它还能有效缩短开发周期，各个 Chiplet 可以并行进行设计、制造与测试等环节，不像传统单芯片那样需要按部就班地完成一整个复杂流程，使得整体的开发时间大幅缩减。
而且，Chiplet 技术灵活性很高，就如同搭积木一般，工程师可以根据汽车不同的功能需求，如智能驾驶、智能座舱等方面的具体要求，将不同功能的 Chiplet 进行组合搭配，定制出符合特定车型的高性能 SoC 芯片，为汽车芯片的多样化和个性化发展提供了有力支撑。另外，一旦某个 Chiplet 设计完成并通过验证，后续就可以在多个汽车芯片系统中重复使用，进一步提升了芯片设计的效率，从多方面助力汽车芯片实现降本增效。
Chiplet 面临挑战
然而，Chiplet 技术在实际应用中也并非一帆风顺，同样面临着一些亟待解决的挑战。
不同厂商所生产的芯片，其通信接口往往存在差异。由于缺乏统一的标准，当把不同厂商的 Chiplet 集成到一起时，可能会出现兼容性问题，就像不同品牌的积木块，接口规格不一样，很难完美拼接在一起，这就给 Chiplet 在汽车高性能 SoC 开发中的广泛应用带来了阻碍。
随着芯片集成度的不断提高，新的问题也接踵而至。功耗方面，更多的 Chiplet 集成意味着更高的能耗，如果不能有效控制，将会影响汽车的续航等性能表现；散热也是一大难题，集成度变高后芯片产生的热量会更多，而汽车内部的散热环境相对复杂，如何保障芯片在合适的温度下稳定运行是需要攻克的要点；再者，数据传输安全变得愈发重要，众多 Chiplet 之间频繁的数据交互，对数据的保密性、完整性以及传输的稳定性都提出了更高的要求，一旦出现数据泄露或者传输错误等情况，可能会影响汽车各项功能的正常运行，甚至带来安全隐患。这些挑战都需要整个行业齐心协力，通过技术研发、标准制定等多种方式去逐步攻克，从而让 Chiplet 技术在汽车半导体领域更好地发挥其优势。
RISC-V 成为 Arm 架构之后的新选择
RISC-V 技术特点及优势
在半导体行业中，芯片架构众多，而 RISC-V 正逐渐崭露头角，成为继 Arm 架构之后备受瞩目的新选择。与大家熟知的 x86 和 Arm 架构相比，RISC-V 有着自身独特的技术特点和显著优势。



首先，RISC-V 的指令集极为精简。我们知道，x86 架构属于复杂指令集计算机（CISC），其指令集相对复杂，虽然能执行更多操作，但也在一定程度上带来了性能损失以及复杂的芯片设计难题；Arm 架构虽是精简指令集（RISC），不过 RISC-V 与之相比更加精简。例如，RISC-V 基本的指令数目仅有 40 多条，即便加上其他模块化扩展指令也总共只有几十条指令，而其规范文档仅有 145 页，“特权架构文档” 篇幅也仅为 91 页，相较于 x86 和 Arm 动辄几百数千页的文档来说，显得格外简洁。
其次，RISC-V 不存在历史遗留问题。像 Arm 架构在指令集授权方面相对严格，添加新指令不自由，需要得到 Arm 公司的允许，并且随着指令集不断调整改进，如果不购买新指令集授权，性能就会落伍。而 RISC-V 诞生时间较晚，没有背负向后兼容等历史包袱，架构短小精悍，这使得企业在运用其进行设计时能够更加灵活、高效。
再者，RISC-V 的功耗很低。这一特性得益于它精简的指令集以及高度优化的核心设计。在如今很多应用场景中，特别是像汽车这样依靠电池供电的系统里，低功耗是至关重要的一点，它可以减少能耗，有助于延长设备的续航能力。
正是这些突出特点，让 RISC-V 非常契合用于提升汽车系统的整体性能。例如在汽车的一些实时响应系统中，精简的指令集能让处理器更加高效地处理数据、执行任务，满足如自动驾驶、车辆动态稳定控制等对时效性要求极高的功能需求。同时，低功耗特点有助于降低汽车能耗，而没有历史遗留问题以及简洁的架构，使得汽车制造商在进行定制化设计、降低成本等方面更具优势，从而在整体上实现提升汽车系统性能并降低制造成本的目标。
RISC-V 具体应用领域及前景
RISC-V 处理器凭借其优势，在汽车领域的多个关键应用方面都有着出色表现，展现出了广阔的应用前景。
在车载信息娱乐系统方面，RISC-V 的可定制性使其成为理想选择。如今驾驶者和乘客对于多媒体体验的要求越来越高，车载娱乐系统需要处理诸如高清视频播放、音频处理以及各种智能交互功能等复杂任务。RISC-V 可以根据这些需求进行定制优化，提供更高效的多媒体处理能力，为用户打造更加丰富、流畅的娱乐体验。
对于自动驾驶控制系统而言，RISC-V 更是发挥着重要作用。自动驾驶技术需要处理器能够实时处理来自摄像头、雷达和其他各类传感器的海量数据，同时还要保持低功耗运行，以此来延长电动汽车的续航能力。RISC-V 的高效性能恰好满足这一需求，它可以凭借简洁的指令集快速且高效地处理这些复杂数据，为自动驾驶的决策提供有力支撑。像英特尔子公司 Mobileye 发布的 EyeQ Ultra 芯片，就采用了 12 个 RISC-V 架构的核心，旨在为汽车带来 Level 4 级别的自动驾驶能力，充分展现了 RISC-V 在这一领域的应用潜力。
此外，在电池管理系统以及车辆网络通信等关键领域，RISC-V 也都有着用武之地。它能够助力电池管理系统更精准地监控电池状态、优化充放电策略等；在车辆网络通信中保障数据的高效、稳定传输。
从市场前景来看，RISC-V 在汽车行业的发展潜力巨大。据相关预测，未来 3 至 5 年内，RISC-V 架构芯片在汽车行业的出货量预计将以每年 66% 的速度实现快速增长。众多企业也纷纷加大在 RISC-V 领域的布局投入，全球已经有 70 多个国家和 3800 多个会员在使用 RISC-V 架构，截至 2022 年底，全球基于 RISC-V 的处理器已超过 100 亿颗，并且有预测称到 2025 年 RISC-V 芯片出货量将突破 800 亿颗。像博世、高通、英飞凌等头部汽车电子芯片公司，还合资成立基于开源 RISC-V 架构的新公司，重点研发汽车领域芯片，未来还计划向移动和物联网等更广泛的市场拓展。可以说，RISC-V 在汽车行业正朝着越来越重要的方向迈进，有望重塑汽车半导体行业的格局。
第四代半导体材料，氧化镓将直接挑战碳化硅
氧化镓性能优势
氧化镓作为第四代半导体材料，展现出了诸多相较于碳化硅的性能优势，使其具备很强的竞争力。



首先，在禁带宽度方面，氧化镓的禁带宽度达到 4.9eV，远超碳化硅的 3.2eV。更宽的禁带宽度意味着电子需要更多的能量从价带跃迁到导带，所以氧化镓具备了耐高压、耐高温、大功率、抗辐照等出色特性，能在更为极端的环境下稳定工作，适用于如高压电力控制、航空航天等对环境要求苛刻的应用场景。
其次，氧化镓的导通特性表现优异，约为碳化硅的 10 倍。这使得在电流通过时，氧化镓器件产生的导通损耗更低，能有效提升能源利用效率，对于像新能源汽车、轨道交通、可再生能源发电等对能耗较为敏感的领域来说，意义重大。
再者，从理论击穿场强来看，氧化镓的理论击穿场强约为碳化硅的 3 倍多，能够承受更高的电压，在高功率应用中可以更好地保证器件的稳定性和安全性，不易出现击穿损坏等问题。
在理论损耗方面，氧化镓更是展现出了巨大优势，其损耗理论上仅是硅的 1/3000、碳化硅的 1/6、氮化镓的 1/3。这意味着在使用氧化镓制造的器件工作过程中，能量损耗极小，有助于进一步降低整个系统的能耗，符合当下碳中和、碳达峰的发展战略要求。
最后从成本角度考量，基于同样 6 英寸衬底的最终器件成本，氧化镓约为碳化硅的 1/5，已经与硅基产品的成本相差无几。而且氧化镓的硬度比硅还软，加工难度较小，不像碳化硅硬度高、加工成本极高。同时，氧化镓的晶圆产线与硅、碳化硅、氮化镓的差别不大，转换成本不高，有利于加速其产业化进度，为大规模应用奠定了良好的成本基础。
氧化镓量产面临挑战
尽管氧化镓具备诸多优势，但在量产方面却面临着不小的挑战。
其一是大尺寸单晶制备难题，氧化镓具有高熔点、高温分解以及易开裂等特性，使得大尺寸的氧化镓单晶制备极为困难。例如，在晶体生长过程中，需要克服高温环境下材料的稳定性以及防止开裂等问题，这对工艺控制和设备要求都极为苛刻。
目前国内外在氧化镓量产方面呈现出不同的情况。在国外，日本在氧化镓量产方面走在前列，像日本东北大学成立的 FOX 公司，采用无贵金属单晶生长技术，目标是以比碳化硅更低的成本生产出低缺陷程度与硅相当的 β-Ga2O3 衬底。日本的一些企业如 NCT 和 FLOSFIA 等在衬底 — 外延 — 器件等产业链环节已经具备了全球领先能力，NCT 公司已实现 2 英寸、4 英寸的衬底及外延的批量化供应，FLOSFIA 公司也在相关器件的研发和试用上取得了进展。美国则基本形成了氧化镓产业链各环节的研究基础，部分公司可提供氧化镓衬底及外延片的供应，还有如德国、法国等国家的相关机构也都加入到了氧化镓材料器件开发中。
而在国内，氧化镓的产出目前大多还仅限于实验室与高校，虽然我国也在加速布局氧化镓，并取得了一系列重要研究成果，比如中国电科 46 所成功制备出我国首颗 6 英寸氧化镓单晶，西安邮电大学在超宽禁带半导体研究上取得重要进展，成功在 8 英寸硅片上制备出了高质量的氧化镓外延片等，但整体产业化进展相对缓慢，距离实现大规模量产还有较长的路要走，后续还需要进一步攻克技术难题，完善产业链配套，推动氧化镓从实验室成果向大规模量产转化。
氮化铝 —— 超低损耗功率器件和高温电子器件首选材料
氮化铝性能优势
在 2025 年全球半导体行业的发展浪潮中，氮化铝作为一种极具潜力的材料，凭借其大的击穿电场和低损耗特性，正逐渐成为实现超低损耗功率器件和高温电子器件的首选材料。
氮化铝（AlN）是一种特殊的原子晶体，属于类金刚石氮化物，有着诸多优异的性能表现。它具备极高的热稳定性，能够稳定存在于高达 2200 摄氏度的环境中，且在室温下强度非常高，即便随着温度升高，其强度下降的速度也相对较慢，所以在高温环境下依然能保持良好性能。例如在一些高温电子系统中，氮化铝能够稳定发挥作用，像航空航天领域的相关高温电子设备里，氮化铝的这一特性就显得尤为重要。
氮化铝的导热性能十分突出，是导热性能最好的陶瓷基板材料之一，导热率能达到 170-230W/%28m・K%29，可以快速有效地传递热量，这对于需要高效热管理的电子器件来说至关重要，也使其成为了如高功率密度电子器件和高频电子器件散热的首选材料。而且它的热膨胀系数非常小，与硅（20°C 时为 3.5✕10 -6 1/K）等材料的热膨胀系数相近，变化规律也相似，同时还与氮化镓晶格相匹配，热匹配与晶格匹配有利于在大功率器件制备过程中芯片与基板的良好结合，为高性能大功率器件的制造提供了有力保障。
从电学特性来看，氮化铝是一种电绝缘体，具有良好的介电性能，电阻率范围为 10-16 Ω・m，介电常数为 8.8-8.9（纯 AlN），击穿电场为 1.2–1.8 x 10 6 V cm -1，这让它在需要高度绝缘和稳定电性能的电器元件领域有着广泛的应用潜力。比如在半导体制造过程中，器件往往较为敏感，且存在高温环境，氮化铝就特别适合用作衬底材料，既能充当出色的散热器，保持电绝缘，又能在高温下不会破裂。
另外，氮化铝还对熔融金属有着很强的抗侵蚀能力，可以抵抗熔融纯铁、铝或铝合金的侵蚀，因此常被用作这些金属的坩埚材料，在熔铸过程中发挥关键作用。并且它还具备压电性，在薄膜应用中很有用处，像可用于表面声波 %28SAW%29 传感器、薄膜条形声波谐振器 %28FBAR%29 等手机射频滤波器的微机电系统 %28MEMS%29 器件中。
氮化铝生产及应用成果
当下，氮化铝在生产及应用展示方面已经取得了不少成果。例如，旭光电子在氮化铝材料项目上已取得显著进展，其氮化铝粉体年化产能已达 240 吨，产品性能达到国际先进水平；氮化铝基板及高温共烧陶瓷（HTCC）年化产能已达 300 余万片，并在下游应用端的三十余家企业进行了验证及实现批量供货。氮化铝结构件一期项目设计产能也已达产，产品已通过国内部分客户认证，且广泛应用于半导体产业的光刻工艺、刻蚀工艺、薄膜工艺、离子注入等工艺中。
不仅如此，NTT Corporation 早在 2024 年初就利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）成功生产出高质量的氮化铝，并开发了欧姆和肖特基接触的形成方法，首次展示了氮化铝晶体管的运行，为氮化铝在半导体器件领域的进一步应用打下了良好基础。
从应用范围来看，氮化铝作为国内外公认的第三代半导体关键材料和电子器件的先进封装材料，广泛适用于电子封装、半导体、大功率电力电子模块、RF 射频微波通讯、航空航天等众多领域。比如在电子封装领域，可用于制备环氧树脂 / AlN 复合材料，通过将氮化铝粉体添加到环氧树脂中，能显著提高材料的热导率和强度，使其在高温环境下依然保持良好的性能；在天线应用方面，氮化铝陶瓷基电路板凭借较小的介电常数、低电阻且附着力好的金属膜层、良好的绝缘性以及可进行高密度封装等优势，成为性能最优的选择，能够保障天线在各种环境下正常工作；在高温半导体封装中，对于 SiC、GaN 及金刚石基宽禁带半导体材料器件这些可在高温下工作的情况，尤其是 SiC 应用技术最为成熟且能在 600℃高温环境下稳定工作，在航空航天领域高温电子系统有着重要地位，而氮化铝陶瓷比氧化铝陶瓷高几倍的热导率以及与 SiC 相匹配的热膨胀系数，使其成为高温电子封装的优选材料。
可以说，随着技术的不断进步，氮化铝凭借自身出色的性能以及在生产应用方面取得的成果，未来在全球半导体行业中有望发挥更为重要的作用，助力更多高性能、低损耗的功率器件和高温电子器件的诞生与发展。
从设计制造到应用，AI 与半导体深度融合
近年来，人工智能（AI）技术一直在飞速发展，经历了从简单的算法模型到复杂的深度学习架构，从只能处理小规模数据到如今能够应对海量信息的演进过程。而在这一过程中，AI 与半导体行业的融合日益紧密，已然渗透到了从设计制造到应用等各个环节，为整个半导体行业带来了前所未有的变革。
在半导体设计环节，AI 的影响力不容小觑。传统的半导体设计依赖人工经验以及大量的试验与验证，耗时费力且成本高昂。如今，借助 AI 算法，尤其是神经网络和深度学习算法，设计人员可以通过对大量数据的学习与分析，快速预测不同设计方案的性能表现，从而实现高效的芯片架构探索和优化。例如，利用 AI 可以对芯片的电路布局进行智能规划，自动调整晶体管的尺寸、间距等参数，以达到提升性能、降低功耗的目的。像英伟达的 GPU 设计，就是在不断利用 AI 技术进行优化，使其在并行计算能力上愈发卓越，进而更好地满足 AI 计算对于图形处理等方面的高要求，这也推动了 GPU 在人工智能领域的广泛应用。
在制造方面，AI 同样发挥着关键作用。半导体制造涉及众多复杂工序和高精度工艺控制，任何微小的偏差都可能影响芯片的最终性能和良率。AI 技术通过实时监测生产设备的数据，如温度、压力、化学物质浓度等参数，运用机器学习算法来建立预测模型，提前发现潜在的工艺问题并及时调整。例如，在光刻工艺中，AI 可以精确控制光线的曝光剂量和时间，确保芯片图案的精准蚀刻；在晶圆检测环节，基于 AI 的图像识别技术能够快速准确地发现晶圆表面的微小缺陷，大大提高了检测效率和准确性，有助于提升整体的生产良率。
而到了应用层面，AI 与半导体的结合更是催生了众多令人瞩目的创新成果。智能家居领域里，配备 AI 芯片的智能音箱、智能冰箱等设备随处可见。智能音箱能够凭借强大的语音识别芯片，精准理解用户的语音指令，并通过内置的 AI 算法与之进行交互，为用户提供诸如播放音乐、查询信息等多样化服务；智能冰箱则借助芯片的计算能力和 AI 的数据分析功能，依据用户的日常饮食习惯进行智能食物管理和个性化推荐。在自动驾驶领域，汽车中的 AI 芯片要实时处理摄像头、雷达等传感器传来的海量数据，像特斯拉的自动驾驶系统，依靠其高性能的车载芯片，运用深度学习算法快速分析路况、识别障碍物，进而做出准确的驾驶决策，这不仅提高了行车的安全性，也为未来智能交通系统的构建奠定了基础。此外，医疗行业中，AI 芯片助力医疗影像设备实现对 X 光、CT 等影像的自动分析，辅助医生更高效、精准地诊断疾病；工业领域里，通过在生产设备中嵌入 AI 芯片，利用其强大的数据处理能力和智能算法，对生产线进行实时监测和优化，提升生产效率与产品质量；农业方面，搭载 AI 芯片的传感器可以实时监测农作物的生长环境参数，如土壤湿度、养分含量、光照强度等，进而实现精准灌溉、施肥等智能调控，推动精准农业和绿色农业的发展。
光通信技术朝大容量、高速率和集成化方向发展
随着全球数据流量的增长，特别是在视频流、云计算、物联网和5G网络领域的发展，对高速光通信解决方案的需求日益增加。
过去一年中，光通信技术取得了显著进展。首先，在传输速率方面，400Gbps甚至800Gbps接口已成为现实，标志着光收发器性能的新里程碑。华为和诺基亚等公司在相干光学技术和硅光子学方面的创新是这一成就的关键因素，这些新技术不仅提升了数据传输速度，还降低了功耗，增强了可靠性和可扩展性。密集波分复用%28DWDM%29技术的应用进一步扩大了单根光纤的数据承载能力，支持更多用户同时在线，满足了不断增长的数据需求。
同步光网络%28SONET%29技术在高带宽需求场景中表现出色，尤其适合金融交易系统和医疗健康等领域，其高度可靠性使其成为关键应用的理想选择%28图3%29。数据中心内部及之间的高效互连也成为了研究热点，推动了新型光交换机和路由器的研发，以实现更快速度和更低延迟的数据交换。



图3：SONET/同步数字体系%28SDH%29与DWDM对比。%28来源：QSFPTEK%29
展望2025年，光通信技术将继续朝着更高容量、更快传输速率、更低的成本以及更广泛的部署方向发展：
更高容量与更快传输速率：行业将探索如何利用先进的调制格式和技术来达到Tbps级别的数据传输速率。
边缘计算与光互连：针对分布式架构优化的光互连解决方案将成为研究重点，提供低延迟、高带宽的连接能力，支撑实时处理要求高的应用。
集成化与模块化设计：更加紧凑且节能高效的光通信模块将是未来发展的关键方向之一，有助于降低运营成本并提高整体能效。
尽管前景光明，高昂的初始部署成本仍然是阻碍光通信技术广泛采用的主要障碍之一。为此，产业界正通过争取政府政策支持、技术创新降低成本以及加快标准化进程等方式寻求解决之道，以促进不同厂商产品间的兼容性，从而降低用户的总体拥有成本。
HBM4量产时间提前，5纳米成新工艺节点
尽管作为最新一代高带宽内存技术，HBM4在各大存储芯片巨头技术路线图里已有相关的量产时间表，但在AI终端需求的拉动下，或迫使存储原厂拨快量产时间表。从量产进度来看，三星、SK海力士、美光科技三大存储原厂的HBM4量产时间表都在2025至2026年。
HBM4最大的应用优势在于通过增加堆栈层数和通道数，显著提升了内存的带宽和容量。不过，HBM4内存接口从1024位扩展到2048位，意味着HBM4内存的设计和生产将面临新的挑战，需要采用更先进的工艺节点和更具挑战性的封装技术。
从技术进展来看，5纳米已经成为HBM4的新工艺节点。同时，芯片封装仍然是HBM4面临的最大挑战之一。由于无凸块的混合键合技术尚不成熟，传统有凸块方案预计仍将是16层堆叠HBM4的主流键合技术。要保证堆栈高度维持在一定范围内，HBM4需要进一步地压缩层间间隙，而且还需提高热管理能力。而在HBM键合工艺上，三大HBM内存原厂正对无助焊剂键合等工艺进行相关的测试和研究，以推动HBM4的量产。
从量产进度和计划来看，三星电子已经成功制造了基于混合键合技术的16层堆叠HBM3内存，并计划将该技术用于HBM4内存量产。同时，三星正在建立专门的HBM4生产线，目前进入试生产阶段，预计在2025年下半年量产12层HBM4堆叠。SK海力士也在开发16层堆叠的HBM4内存，并计划于2025年量产%28图4%29。该公司与台积电合作，使用台积电的5纳米工艺来创建HBM4封装底部的基底芯片。SK海力士还计划引入混合键合技术以减少存储芯片堆叠缝隙的高度，从而实现更多层数的堆叠。美光科技量产时间表略晚，预计将在2026年推出12和16层堆叠的HBM4产品。



图4：HBM堆叠技术发展趋势。%28来源：SK海力士%29
而对于SK海力士、三星和英伟达等企业的技术诉求，台积电也将利用其N12FFC+和N5两种工艺技术，以及InFO和CoWoS等先进封装解决方案。
舱驾一体中央计算架构与大模型融合，助推自动驾驶技术发展
自通用人工智能%28AGI%29大火后，车用大模型也随之大热，特别是端到端车用大模型，有可能成为L2驾驶辅助或者L3自动驾驶的最佳路线%28图5%29。特斯拉FSD V12版本的推出是这一趋势的显著标志，意味端到端自动驾驶技术在量产车型上的应用已成为现实。这个方案也得到了多家车企的认可，在中国，华为、小鹏、商汤科技和元戎启行等企业也在积极跟进。



图5：端到端自动驾驶架构演进示意图。%28来源：辰韬资本《端到端自动驾驶行业研究报告》，信达证券研发中心%29
随着大模型的应用，自动驾驶芯片对算力的需求也在不断提升，2024年被视为跨域融合的元年。多家公司已经发布了支持中央计算平台的SoC芯片，例如英伟达的DRIVE Thor和高通的Snapdragon Ride Flex SoC都具有高达2000TOPS的算力，能够支持L4/L5级自动驾驶能力，同时兼顾更高端的智能座舱体验。多家车企和一级供应商正在积极推进这一方向，舱驾一体将成为近两年的主流趋势。
智驾端到端大模型在未来能否上车是个关键，这个技术的发展可以分为四个阶段：感知端到端、决策规划模型化、模块化端到端和One Model端到端。中国自动驾驶公司的模块化端到端方案预计将在2025年实现量产上车。
从市场方面，有研究机构表示，2029年汽车半导体市场规模将达到1000亿美元，在这些数字背后，高级辅助驾驶系统%28ADAS%29和安全将以14%的年复合增长率在2023至2029年期间实现最高增长。用于自动驾驶的高性能SoC、智能座舱、电力电子，以及用于未来E/E架构的MCU，也是OEM在汽车半导体投资中的重点方向。
2.5D与3D先进封装持续深入，在嵌入式领域展现潜力
2.5D封装技术通过在中介层集成多个芯片，实现了高效的芯片间通信；3D封装技术则更进一步，将芯片垂直堆叠，不仅极大地减小了设备体积，还显著提升了性能。这些技术的发展不仅满足了各类应用高性能计算和强大处理能力的需求，也为小型化趋势提供了强有力的支持。
在全球电子封装行业中，2.5D与3D集成电路封装正以迅猛的速度发展，成为推动整个市场向前迈进的关键力量。
根据The Business Research Company发布的3D IC和2.5D IC封装市场研究报告，预计从2023年的486亿美元起，到2024年这一市场规模将达到543.9亿美元，展现出11.9%的年复合增长率。
在技术细分方面，3D和2.5D集成电路封装技术涵盖了3D晶圆级芯片级封装、3D硅通孔%28TSV%29和2.5D等多种技术。
目前，这些技术已经在高性能计算、5G通信基础设施和自动驾驶汽车等前沿科技领域发挥重要作用，此外，2.5D和3D先进封装技术也正逐步渗透到更多嵌入式应用中，如微机电系统%28MEMS%29、CMOS图像传感器%28CIS%29和闪存等，并且正在向图形处理器%28GPU%29、多核CPU、电源管理单元%28PMU%29、功率放大器以及现场可编程门阵列%28FPGA%29等领域扩展其影响力，显示出它们在未来电子封装领域的巨大潜力%28图6%29。



图6：3D TSV应用广泛且持续增长。%28来源：Yole développement%29
尽管在射频%28RF%29微型系统方面，2.5D/3D封装技术尚未形成规模化应用，但相关研究报道的数量正在不断增加。
预测表明至2028年时，3D和2.5D集成电路封装市场的规模有望达到816.7亿美元，保持约10.7%的年均增长速度。随着相关技术持续进步与市场需求的增长，可以预见，在接下来几年里，2.5D和3D封装技术将在商业上取得更加广泛的应用。
AI需求激增推动服务器液冷技术发展
随着中国人工智能企业对智算中心基础设施建设和算力供给需求越来越高，导致此类数据中心的IT设备能耗大幅上升，迫切需要高效的冷却系统来维持适宜的操作温度，否则将对大模型产品的周期管理和运维难度产生巨大挑战。另一方面，各国政府也在不断提高数据中心的节能减排标准，加快绿色节能算力部署。因此，液冷解决方案正从以前数据中心建设和改造的“可选项”，逐步演变成为“必选项”。
以中国市场为例，中国液冷服务器市场在2024年上半年继续快速增长。市场规模达12.6亿美元，与2023年同期相比增长98.3%，其中液冷解决方案仍以冷板式为主，占到95%以上。预计2023至2028年，中国液冷服务器市场年复合增长率将达到47.6%，2028年市场规模将达到102亿美元。
互联网行业依然是2024上半年中国液冷服务器市场最大买家，占整体市场超60%的份额，其中云服务提供商%28CSP%29对于加速建设大集群的液冷数据中心是最积极的。除此以外，电信运营商在逐步落实2023年发布的《电信运营商液冷技术白皮书》3年行动计划，积极探索基础设施解耦方案，对液冷数据中心的建设保持较快的增长，也是未来液冷服务器需求的主要来源。
液冷技术主要分为直接液冷%28DLC%29和浸没式液冷两大类型%28图7%29。直接液冷将冷却液直接引导至设备的热源上，通过冷却板或冷却管道将热量带走；浸没式液冷则将整个设备完全浸泡在绝缘冷却液中，实现更大范围的热传导效果，适用于超高密度和大功率设备的散热。目前来看，冷板式液冷凭借更高的技术成熟度和完善的产业链，具备更高的建设和维护便利性。



图7：不同冷却技术对比——电信运营商现阶段主要推进冷板式液冷与单相浸没式液冷两种技术路线。
集成化、小型化和多通道设计，让生物传感器更强大
电化学生物传感器是一种将生物识别元件%28如酶、抗体或DNA%29与电化学换能器相结合的分析装置，能够特异性地识别目标生物分子，并将其浓度变化转化为可测量的电信号。它在生物医学、环境监测、食品安全等领域具有广泛的应用前景。
近年来随着人们健康意识的不断提高，电化学生物传感器技术有了显著进展。全球市场规模在2023年估计达到了28.9亿美元，预计到2030年将以8.0%的年复合增长率增长。
过去一年在技术进展方面，苹果的无创血糖监测技术虽然还处于可行的“概念验证”阶段，但为电化学生物传感器的发展带来了曙光；还有团队开发出的便携式生物传感器，能够在短时间内检测出血清中极低浓度的生物标志物。此外，微纳制造技术的进步使得集成化和小型化成为可能，为可穿戴设备和即时检测%28POCT%29应用提供了技术支持，而多通道设计的引入使得传感器可以同时检测多种目标物质，提高了检测效率和准确性。
未来一年，更多的新型材料将有望被应用，如二维材料、金属有机框架%28MOF%29和共轭聚合物等都有望成为新的研究热点。时下大火的AI技术也有望与电化学生物传感器深度融合，通过机器学习算法实现对复杂信号的智能分析和处理，提高检测的准确性和可靠性。在可穿戴设备等具体应用领域，电化学生物传感器与智能设备的融合，将实现对人体健康状况的实时、长期和多项生理指标的同时监测。
然而，电化学生物传感器在商业化进程中也面临一些挑战，例如稳定性和重复性需要进一步提高，以确保测量结果的可靠。此外，成本和全球医疗保健机构严格的法规也是限制其大规模应用的一个重要因素。这需要业界在优化传感器的设计和制备工艺，提高其性能和稳定性的同时，探索新的材料和技术以降低制造成本。
应用导向的芯片设计，牵一发动全身
EDA企业过去一年都在谈系统设计的重要性，或者说以应用为导向的芯片设计时代正在到来——不仅是板级系统，也在于深入到应用特定需求的系统技术。
以汽车为例，当代汽车的不同设计域之间存在着更强的依赖和相互关联性。某一部分的变化可能会影响到其他组成部分，可谓牵一发而动全身。对于系统设计、优化、验证、实施、制造和部署全流程，组件之间的关联都变得无比重要。
对于特定的软件来说，需要特定的芯片配置才能达成理想的运行效率；改变软件，也就意味着芯片需要做出对应变更；随之而来的就是芯片的热等物理特性变化，封装及系统也要做出改变；留给电池的空间或许就会不一样，底盘设计也要跟着变，乃至影响到制动系统和引擎。
于是芯片设计与制造，不再单纯是制造工艺驱动，也不只是受到先进封装等制造封装层面的变革影响，而是软件定义、应用导向的系统设计中的一环。芯片设计需要放到整个系统之中进行，衡量系统所有其他组成部分，包括真实运营环境内的资产。
芯片设计的数字孪生置于运营系统的数字孪生之中；基于对系统内芯片的监测，理解运营系统的性能，并将信息再反馈到设计环节。
这一趋势的发生，不仅是摩尔定律停滞或放缓，以及全社会数字化转型、AI技术发展对算力提出更高的要求而不得不为之；也是软件、AI、IoT和通信等相关技术发展到一定高度才可达成的。
来源：芯闻报道












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