我國科學家研制出 首個全模擬光電智能計算芯片 商用芯片的3000余倍

• 李波 2023年11月3日 來源：中研普華集團、央視財經、中研網 1270 83
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經長期聯合攻關，清華大學研究團隊突破傳統芯片的物理瓶頸，創造性提出光電融合的全新計算框架，并研制出國際首個全模擬光電智能計算芯片(簡稱ACCEL)。經實測，該芯片在智能視覺目標識別任務方面的算力可達目前高性能商用芯片的3000余倍，為超高性能芯片的研發開辟全

經長期聯合攻關，清華大學研究團隊突破傳統芯片的物理瓶頸，創造性提出光電融合的全新計算框架，并研制出國際首個全模擬光電智能計算芯片(簡稱ACCEL)。經實測，該芯片在智能視覺目標識別任務方面的算力可達目前高性能商用芯片的3000余倍，為超高性能芯片的研發開辟全新路徑。

該成果近日發表于《自然》雜志上。清華大學信息科學技術學院院長戴瓊海院士表示，ACCEL未來有望在無人系統、工業檢測和人工智能大模型等方面實現應用。

目前團隊僅研制出特定計算功能的光電融合原理樣片，亟需進一步開展具備通用功能的智能視覺計算芯片研發，以便在實際中大范圍應用。

《廣州開發區、廣州市黃埔區促進集成電路產業發展辦法》今日發布，文件提到，鼓勵發展大硅片、光掩膜、電子氣體、光刻膠、拋光材料、高純靶材、光芯片等高端半導體制造材料，支持清洗設備、光刻機、刻蝕設備、離子注入、沉積設備、封裝設備(劃片機、減薄機、引線鍵合機、倒裝鍵合機及貼片機等)、檢測設備(測試機、探針臺等)以及單晶生長爐、外延生長爐等設備、關鍵零部件及工具國產化替代。

對當年產值首次達到2000萬元、5000萬元、1億元、3億元、5億元、10億元的集成電路裝備、材料、零部件類企業，經認定，分別給予20萬元、50萬元、100萬元、200萬元、300萬元、500萬元的扶持，同一企業按差額補足方式最高扶持500萬元。

半導體材料行業概況

半導體材料是一類具有半導體性能(導電能力介于導體與絕緣體之間，電阻率約在1mΩ·cm～1GΩ·cm范圍內)、可用來制作半導體器件和集成電路的電子材料。

自然界的物質、材料按導電能力大小可分為導體、半導體和絕緣體三大類。半導體的電阻率在1mΩ·cm～1GΩ·cm范圍(上限按謝嘉奎《電子線路》取值，還有取其1/10或10倍的;因角標不可用，暫用當前描述)。在一般情況下，半導體電導率隨溫度的升高而升高。

半導體材料可按化學組成來分，再將結構與性能比較特殊的非晶態與液態半導體單獨列為一類。按照這樣分類方法可將半導體材料分為元素半導體、無機化合物半導體、有機化合物半導體和非晶態與液態半導體。

科學家們表示，最新研究有望讓人造皮膚、智能繃帶、柔性顯示屏、智能擋風玻璃、可穿戴的電子設備和電子墻紙等變成現實。昂貴的原因主要因為電視機、電腦和手機等電子產品都由硅制成，制造成本很高;而碳基(塑料)有機電子產品不僅制造方便、成本低廉，而且輕便柔韌可彎曲，代表了“電子設備無處不在”這一未來趨勢。

從半導體材料產業鏈來看，上游為原材料，包括金屬、合金、碳化硅、氮化鎵等。中游為基體材料、制造材料和封裝材料，基體材料主要用于制造硅晶圓或化合物半導體;

制造材料主要是將硅晶圓或化合物半導體加工成芯片所需的各種材料;封裝材料是包裝和切割芯片時使用的材料。下游為集成電路、半導體分立器件、光電子器件和傳感器等。

半導體材料市場發展現狀調查

以前的研究表明，碳結構越大，其性能越優異。但科學家們一直未曾研究出有效的方法來制造更大的、穩定的、可溶解的碳結構以進行研究，直到此次祖切斯庫團隊研制出這種新的用于制造晶體管的有機半導體材料。有機半導體是一種塑料材料，其擁有的特殊結構讓其具有導電性。

在現代電子設備中，電路使用晶體管控制不同區域之間的電流。科學家們對新的有機半導體材料進行了研究并探索了其結構與電學屬性之間的關系。

制備不同的半導體器件對半導體材料有不同的形態要求，包括單晶的切片、磨片、拋光片、薄膜等。半導體材料的不同形態要求對應不同的加工工藝。常用的半導體材料制備工藝有提純、單晶的制備和薄膜外延生長。

在單晶襯底上生長單晶薄膜稱為外延。外延的方法有氣相、液相、固相、分子束外延等。工業生產使用的主要是化學氣相外延，其次是液相外延。

金屬有機化合物氣相外延和分子束外延則用于制備量子阱及超晶格等微結構。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金屬等襯底上用不同類型的化學氣相沉積、磁控濺射等方法制成。

根據國際半導體產業協會數據，2016-2018年全球半導體材料市場規模逐年增長，2019年市場規模下降至521.4億美元，同比下降1.1%。隨著半導體需求持續增長，2020-2022年全球半導體材料市場規模快速上升，2022年達到727億美元，同比增長8.9%。

受益于5G、人工智能、消費電子、汽車電子等領域的需求拉動，全球半導體材料市場規模呈現波動向上的態勢。據統計，2022年CMP拋光材料占半導體材料市場比重達到7%。

在2022年全球半導體材料市場規模占比中，半導體硅片占比達到33%，在所有半導體材料中占比最高。此外，氣體占比14%，光刻膠及其輔助材料占比13%。

根據中研普華產業研究院發布的《2023-2028年半導體材料市場發展現狀調查及供需格局分析預測報告》顯示：

20世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命;20世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。

超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。

納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

從區域分布情況來看，在全球的半導體材料市場中，中國臺灣和中國大陸分別位列前二，分別占比23%和19%，主要是由于部分材料國產化替代率的提高和半導體材料隨著半導體產業同步向中國轉移。

但中國大陸整體產品仍集中在中低端半導體材料上，在高端半導體材料方面仍然有很大的發展空間，國產替代任重道遠。

伴隨著國內半導體材料廠商技術水平和研發能力的提升，中國半導體材料市場規模提升速度高于全球。2016-2022年國內半導體材料市場規模由68億美元提升至129.8億美元，CAGR達到9.7%。

根據SEMI數據顯示，2021年我國半導體硅片市場規模達119.14億元，同比增長24.04%，在全球市場中所占比重提升至13.2%。中國大陸的市場規模有望達到138.28億元，市占率將進一步提升。

南大光電是一種微型電子器件或部件，是典型的知識密集型、技術密集型、資本密集和人才密集型的高科技產業。

一季度公司整體業績較去年同期有所下跌，但與2022年四季度相比均有所上升，分別環比增長23.64%、406.50%。這主要是得益于公司及時調整策略，在一季度扭轉去年四季度下降的趨勢。

隨著人工智能、智能網聯汽車、5G、云計算、物聯網等新興市場的發展，全球半導體產業規模穩步擴張。根據數據顯示，2019-2022年，全球半導體產業銷售額保持逐年增長的趨勢，從4123億美元增長到5741億美元。

2023年第一季度，受市場周期和宏觀經濟逆風影響，全球半導體產業銷售額達到1195億美元，較上年同期減少21.3%，這是自2019年一季度以來同比下降的最大降幅。

半導體材料行業市場未來發展空間及趨勢預測

未來在國家政策的推動、集成電路領域國產替代加速、行業技術升級等多重利好加持下，半導體材料國產化進程將進一步加速，國內半導體材料企業有望受益，未來行業發展空間巨大。

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