半個多世紀以來，半導體一直是技術創新的核心，技術的進步與半導體性能、能耗和成本的發展同步。現在，隨著對高性能計算 (HPC) 以及 5G 和 AI 應用的需求不斷增長，對技術進步的需求猛增，為半導體技術新想象的未來鋪平了道路，其中可以擁有無限可能實現。
為了理解這個未來，回顧過去 60 年是有意義的，當時人們發明了一種將許多晶體管放在同一個芯片上的方法——集成電路 (IC) 或微芯片。在隨后的幾年中，半導體技術通過不斷的小型化而進步，這包括按照摩爾定律預測的那樣，集成電路上的晶體管數量每隔一年就會翻一番，該定律以美國工程師戈登·摩爾的名字命名。這種持續的進步使我們的手機擁有比 1969 年阿波羅 11 號登上月球的現在古老的 70 磅重的計算機更強大的計算能力。
從成本到普遍性再到價值
半導體技術和集成電路的一個關鍵屬性是不斷降低每個功能的成本。隨著時間的推移，這種持續的成本降低導致了半導體技術的普遍部署。例如，可視電話于 1970 年由 AT&T 首次商業化，但由于成本高昂，它的客戶不到 500 個。
35年前臺積電首創的純代工模式的誕生，幫助半導體技術大規模降低成本。在這種模式下，純代工廠運營的半導體制造廠專注于為其他公司生產 IC，而不是提供自己設計的 IC 產品。由于 IC 生產設施的建造和維護成本高昂，并且可能會大量消耗公司的資金，因此將這種生產外包給代工廠可以讓公司將資源集中在最終產品上。這使得無晶圓廠（僅限設計）行業蓬勃發展，并幫助實現了使遠程工作、在線學習、共享經濟和娛樂流媒體成為現實的技術的大規模無處不在的部署。
COVID-19 及其帶來的封鎖成為技術創新的另一個轉折點，在一年內發生了超過 10 年的數字化，增加了對半導體的需求。根據麥肯錫公司的數據，按照目前的速度，到 2030 年，全球半導體年收入將增長到超過 1 萬億美元，直接貢獻 3 萬億至 4 萬億美元的全球電子產品增長。然而，持續降低成本的承諾導致人們低估了半導體的價值。正如最近的半導體供應鏈挑戰清楚地表明，半導體無處不在，在現代社會中發揮著寶貴而重要的作用。
打開未來世界的大門
隨著計算設備變得無處不在，通過全球網絡生成和通信的數據量（通常是實時的）呈指數級增長。為了跟上這種增長，高性能計算 (HPC) 變得至關重要，并且正在呈現爆炸式增長。HPC 是高速處理數據和執行復雜計算以解決性能密集型問題的能力。如今，HPC 已經超越智能手機成為增長動力。根據Report Ocean的研究，它是半導體行業增長最快的領域之一，預計到 2027 年，全球 HPC 芯片組市場規模將從 2019 年的 43 億美元達到 136.8 億美元。
虛擬世界與物理世界的融合將給社會互動的方式帶來翻天覆地的變化，并將通過 HPC 應用程序實現。除了由半導體制成的大量傳感器和執行器之外，虛擬世界和物理世界的這種集成還需要智能設備、可穿戴設備、物聯網等硬件，以及 5G、人工智能和大數據分析等技術，用于交流和理解信息, 和決策。對于這些應用中的每一個，半導體含量及其提供的價值都將迅速增加。
半導體將為越來越多的產品注入智能和新功能，從而提升這些產品的價值。例如，自動駕駛汽車將通過先進的芯片變得更加安全和節能，這些芯片允許執行復雜的軟件功能和分析。德克薩斯大學的研究估計凈能源減少 11% 至 55% 與美國當前的地面交通條件相比，基于這種預期的自動駕駛汽車能源效率。社會也期待著超出我們今天想象的新用戶應用程序。半導體提供的計算能力將推動個性化和社區醫學以及疫苗和藥物發現。打擊社交媒體上的虛假信息需要更好的算法和計算能力來訓練人工智能模型。
例如，用于創建逼真的人類質量文本的最先進的 AI 語言模型之一 GPT-3需要 300 zetta-FLOPS（超級計算機性能的衡量標準）才能在高性能計算云上進行訓練。作為回報，這種 AI 語言模型所支持的能力令人印象深刻。GPT-3 最近被《紐約時報》的科技專欄作家 Kevin Roose 用來完成書評。
人工智能通常被認為是一種主要涉及軟件和算法的技術。然而，硬件技術打開了通往虛擬世界的大門，讓我們能夠使用從人工智能中獲得的信息。因此，即使在虛擬世界中，物理也占據了中心位置。
共同的樂觀
隨著半導體技術的進步以滿足 5G 和 AI 時代的需求，能源效率已成為最重要的指標，不僅因為計算能力已經因無法散熱而受到限制，而且因為全球計算能源使用的升級速度比任何其他應用領域。僅由于半導體技術，計算的能源效率一直在快速發展——每兩年提高 2 倍——人們普遍樂觀地認為，技術將像過去 50 年那樣繼續像發條一樣發展。
這種經常與摩爾定律混為一談的樂觀主義也許比“定律”本身更重要。正是這種行業和整個社會共同的樂觀態度，推動了行業迎接挑戰，并使預言成為自我實現的預言。
在接下來的 50 年中，下一代可能會使用虛擬現實和增強現實 (VR/AR) 作為他們與世界互動的主要方式。今天的 VR/AR 頭顯平均重量超過一磅，電池壽命不到兩到三個小時，而且價格高昂，這讓我們想起了 25 年前的手機。要達到與當今手機相同的普及水平，VR/AR 設備需要提高 100 倍以上。這只能通過不斷進步的半導體技術來實現。
未來幾十年將是半導體行業的黃金時代。
在過去的 50 年里，半導體技術的發展就像在隧道里行走。前進的道路很明確，因為每個人都在努力遵循一條明確的道路——縮小晶體管。現在我們正在接近隧道的出口。隧道之外還有更多的可能性：從材料到架構的創新使新路徑成為可能，以及由新應用定義的新目的地。我們不再受隧道的限制，我們現在擁有無限的創新空間。 |
