無懼短缺 晶片創新仍蓬勃發展

無懼短缺 晶片創新仍蓬勃發展

英文原文:Despite Chip Shortage, Chip Innovation Is Booming

2021年 5月7日於《紐約時報》刊登

儘管許多產業正遭受晶片供應短缺之苦,半導體專家卻表示,許多新穎思維,甚至是新創企業,仍在不斷推陳出新。

圖說:企業渴望聽取新思科技董事長暨共同執行長 Aart de Geus對於電腦晶片設計方面之見解。圖片提供:《紐約時報》Ian C. Bates

美國加州奧克蘭 —全球半導體短缺使得汽車製造商與其他企業的規劃蒙上陰霾。但對於像Aart de Geus這樣的矽谷高階主管而言,卻有著撥雲見日的希望。

Aart de Geus是新思科技 (Synopsys)的董事長兼執行長,該公司是工程師使用的晶片設計軟體最大供應商。因為位居此職務,Aart de Geus能夠對半導體產業這個最近才讓世人意識到已擁有一甲子歷史的產業,保有專業且老練的見解。

從Aart de Geus近期在一場針對客戶舉行的線上研討會發表專題演說後,收到數十封電子郵件、來電以及意見看來,似乎大家都希望進一步得到他的見解。新思科技表示,這場線上研討會有408家公司參與,是2019年舉辦實體活動時參與廠商的兩倍多,而且其中許多廠商不屬於傳統晶片製造商。

這些廠商包括雲端服務商消費性電子產品公司、國防承包商,汽車零組件供應商、美國政府機構、大專院校,兩家比特幣採礦公司以及一家傢俱製造商。他們的首要問題都是:「要如何才能加速晶片的開發呢?」

雖然晶片短缺造成各行各業的困擾,但同時半導產業正進入一個令人驚奇的創意爆發新時代,從產業龍頭到創新型新創企業,已從習慣上不投資晶片產業的創投資金者那裏獲取了大量資金。

例如,台積電和三星電子已提出在單一矽晶片上封裝更多電晶體的解決方案。IBM日前也宣布在微型化(miniaturization)取得躍進式成功,在在彰顯美國在這場科技競賽中源源不絕的實力。

也許最引人注目的現象,正是曾經為數稀少的新創晶片公司,現已是遍地開花。CB Insights的資料顯示,多年來股市投資人一向認為半導體公司的設立成本過高,但到了2020年,已有超過120億美元投資在407家晶片相關的新創公司。

儘管這個金額僅佔所有新創投資金額很小一部分,但這已是該產業分別在2019年取得的投資金額的兩倍以及2016年的八倍。新思科技現正追蹤觀察200多家從事設計人工智慧晶片此一當紅技術(廣泛應用於智慧音響乃至自駕車)的新創公司。

圖說:投資人已向人工智慧處理器製造商Cerebras投入超過4.75億美元。圖片提供:《紐約時報》Jessica Chou

例如,Cerebras這家新創公司主要銷售用於整體矽晶圓之大型人工智慧處理器,它目前已吸引超過4.75億美元的投資金額。另一家新創公司Groq的執行長曾協助Google設計人工智慧晶片,目前則已募得3.67億美元的資金。

「這簡直就是個天大的奇蹟啊!」曾服務於蘋果(Apple)、特斯拉(Tesla)以及英特爾(Intel)等企業,現任職於人工智慧晶片新創公司Tenstorrent的資深晶片設計師Jim Keller表示:「在十年前,就算是硬體的新創公司也很難成立。」

至少在短期內,這樣的趨勢對晶片客戶而言並不一定是好消息。許多晶片的供應短缺使製造商爭相增加產量,並加深美國仰賴國外供應商的隱憂。額外的需求可能會加劇短缺現象,預計這種現象將持續至2022年。

截至(2021年) 3月底,晶片公司的收益顯示產業對晶片的高度需求。例如,儘管因寒流而使位於德州的兩座工廠暫時關廠,大型汽車、通訊及工業用晶片製造商恩智浦半導體公司(NXP Semiconductors)的收益仍成長27%。

從歷史角度來看,半導體產業往往會因個人電腦與智慧型手機等特定產品購買量波動而獲利或虧損。根據產業研究機構Gartner的估計,全球晶片收益在2019年下降12%,但於去(2020)年又以10%的漲幅反彈回升。

但人們也普遍樂觀地認為,這種產業景氣的波動週期,應該會隨著越來越多的晶片應用用途,而得以緩和。對此,大型電子產品經銷商安富利(Avnet)的執行長Philip Gallagher舉出一些實例進行反駁,例如:用於追蹤乳牛、控制啤酒閥和輸送管流量與生產溫度的感應器,以及汽車和智慧型手機等主要產品中的晶片數量,是一直處於增長的狀態。

恩智浦執行長Kurt Sievers則說:「這是一個持久的成長週期,並非曇花一現的短暫高峰。」

諮詢公司International Business Strategies負責人Handel Jones,長期觀察產業發展,他預計到2030年,晶片總收益將由今年約5,000億美元穩定成長達1.2兆美元。

由於產業發生根本的變革,這樣的成長可望達成。越來越多企業斷言,於標準英特爾式微處理器上運作的軟體,並不是能適用於所有問題的最佳解決方案。因此,像思科(Cisco Systems)和惠普(Hewlett Packard Enterprise)這樣的企業早早就為諸如網路設備之類的產品,設計出專用晶片。

蘋果、亞馬遜(Amazon)和Google等產業巨頭近來都開始採取行動。Google的YouTube最近公開其首款自行開發的晶片,可加快影片編碼速度。福斯汽車(Volkswagen)甚至於近期也表示,將開發自家的自動駕駛管理處理器。

年屆九旬早在1957年就涉足晶片產業的創投家Pierre Lamond則說:「晶片設計團隊不再只為傳統晶片廠商服務。他們在許多方面都開創出新的局面。」

Tenstorrent的資深晶片設計師Jim Keller及其他產業人士則表示,如果缺乏新思科技及其最大競爭對手益華電腦(Cadence Design Systems)在設計軟體領域的發展,這些產業幾乎不可能如此活躍。

晶片設計軟體於1980年代起開始盛行,能夠簡化電晶體等零組件叢集(clusters)繪製工作,工程師不再需要使用鉛筆及繪圖桌、刻苦費力完成這項工作。Aart de Geus解釋,軟體工具仍不斷發展,有些汽車製造商會採用新思科技的模擬解決方案,模擬未來晶片會如何運作,以便提前為其編寫相關軟體。

他於1986年共同創立新思科技,透過收購等方式而穩定成長,目前公司市值達360億美元。

Aart de Geus說,這波新成長看似來自於一個問題 – 摩爾定律 (Moore’s Law)的放緩,而這也是業界的寫照,長期專注於縮小晶片之電路、讓晶片在更小的矽面積上完成更多工作。Aart de Geus表示,有些公司因此會使用新思科技的工具,藉以設計整個系統以及運作方式如同單一處理器的小型整合式晶片。

在Aart de Geus最近向用戶發表的演講中,他展示了人工智慧增益功能使新思科技的軟體設計工具可以自動決定在晶片上放置及連接電路元件(blocks of circuitry)的最佳方式。Aart de Geus說,這套系統僅需一名工程師就能進行管理,工作速度要比一組設計師團隊快上2至5倍,同時,能夠節省多達13%的能源。

「使用人工智慧來設計人工智慧晶片,這是最酷的地方了!」他表示:「簡直就是科幻小說的情節啊。」

晶片主管人員表示,這類軟體是新創企業所面臨的最大支出項目之一。這就是業界資深人士Rick Lazansky於2014年成立Silicon Catalyst (也就是所謂的孵化器)的原因之一,透過捐贈設計軟體及為新創企業提供其他服務,以換取股權。

圖說:成立於1986年、市值達360億美元的新思科技,公司內掛滿一整個牆面的專利證書。圖片提供:《紐約時報》Ian C. Bates

Silicon Catalyst已評估過約400多家相關企業,並從中選出38家向其提供幫助。Sonical的執行長Gary Spittle說,Sonical公司有幸雀屏中選,該公司現正開發一種供聽覺電腦使用、透過人工智慧科技將用戶周遭及智慧型手機等設備發出之聲音相互混合的晶片。

Gary Spittle說明,儘管新創企業已取得一些成功,但仍難以吸引偏好軟體相關產業的創投家。現正研究一種可安裝於隱形眼鏡之擴增實境晶片的德國新創公司Semron,其執行長Aron Kirschen也如此認為。

他獲得隸屬加州大學的創業加速器Berkeley Skydeck之挹助,該加速器每六個月就為130家新創企業提供協助。截至目前為止,Berkeley Skydeck僅選出七家半導體相關企業,但隨著越來越多投資人對該領域展現高度興趣,相關合作有望加快步調。

Skydeck執行董事Caroline Winnett表示:「通常對投資晶片產業避之唯恐不及的風險投資專家,現在應該開始會對晶片產業趨之若鶩」。