黄伟：评价芯片需看应用效果 移动通信机遇挑战并存

12月18日，新浪财经与东方证券联合主办的“基石与超越——半导体产业闭门研讨会”在上海举行。复旦大学微电子学院黄伟教授，带来主题演讲《面向5G/卫星通信应用的化合物半导体射频芯片技术》，发表了对于5G和卫星通信毫米波及微博毫米波固态器件与半导体两种技术的看法。

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黄伟表示，通信技术始终是跟随着摩尔定律在发展，即数据量每5年左右跟随摩尔定律增加10倍。它的容量不断扩充主要是通过4个方向来实现：第一是网络的密化，像小区蜂窝式的基站这种技术的革命；第二是MIMO技术，来提高多输入、多输出的技术改进；第三是载波聚合以及拓大零散带宽的数据容量，第四就是频谱的效率提升以及先进的调制技术。

在谈及5G通信的毫米波时，黄伟认为其应用前景包括无人驾驶、智能医疗、车联网，除此之外，低轨卫星通信也是毫米波的重要应用前景。相控阵是地面终端的主要技术，毫米波在卫星通信中可实现点波数的传输，损耗相对较低，能够实现和地面的对接，从而可以与地面的5G通信搭建共同融合的平台。未来毫米波的终端既可以接收5G的毫米波，也可以接收卫星通信相关的毫米波信号。

黄伟强调，毫米波最主要的特点是波束赋形，优点包括抗干扰能力强，因为它是对点的通信，比较精准，能量传输能耗低。除此之外，毫米波也很适合人工智能的技术普及。人工智能的架构需要大量半导体技术来支撑和发展，其中涉及到的主要是毫米波的技术和芯片，作用十分重要，技术门槛也较高。

从技术上来看，毫米波主要使用两种半导体，其中第二代半导体砷化镓算是比较成熟的技术，第三代半导体氮化镓具有高功率密度的优势，更具有前景。黄伟认为，半导体都是服务于终端装备，评价其芯片好坏、性价比高低以及竞争力大小都要以能否在系统中成功应用为标准。

目前，国内外芯片运用方案存在不小差距。三星、英飞凌等公司通常运用射频前端和波束成形方案，包括氮化镓和砷化镓的锗硅方案也已经逐渐导入产品，但是国内基本上处于研制阶段。随着技术的发展，氮化镓和砷化镓越来越成熟，这种与系统和应用密切相关的芯片在架构上也产生了变化。

在以前，芯片中锗硅可以覆盖到红线框，但也存在功率输出密度较小的问题。由于5G通信对高功率密度和通话容量的要求不断增长，现在有些方案能使波束成形与TI设备前端能够尽快成形，波束成形和PA和LNA这种组合有可能实现一个新的解决方案。如果采用砷化镓和氮化镓，仅需要100多个通道就能实现输出功率和射频的要求，而锗硅则需要400到500的通道数量，明显多于砷化镓和氮化镓。

挑战与机遇共存，黄伟提到， 5G通信的发展也会给移动通信的天线提出更高的要求。屏幕在不断增加，但射频前端的空间又被无限压缩，天线技术需要逐渐植入到移动终端，多天线在发展的同时也需要兼顾PA和跟踪等相关技术同步发展。黄伟认为，射频前端的技术不只是芯片的问题，还包括天线微分装等技术的挑战。

而在关于微波毫米波半导体技术方面，黄伟教授指出目前有三个方向：器件与工艺、MIMICs电路，3D异质异构技术。微波毫米波半导体属于模拟半导体，除了需要跟工艺和器件相对接之外，化合物半导体又新增了一个材料的技术要素。

微波工艺器件拥有近50年的发展历程，由于服从频率跟功率输出的关系定理，决定其能够不断用新的材料代替，包括砷化镓、氮化镓的不断迭代，也是在应用过程中的不断进步。

黄伟在谈到材料问题时表示，通常是采用先进的MOCVD包括高低温交错的方法来减少材料的缺陷，提高器件的特性，这种方法会使得迁移率提升和方块电阻下降，是材料技术的改进。

除此之外，为了获得毫米波技术的应用，通常会采用提醒山的结构来获得高工作频率，FT和Fmax做到300—400G才能满足毫米波的应用，随着温度的上升指标能够进一步改善，可见化合物半导体可以满足相关的应用。

宽带的应用是5G通信发展的最主要的特色，宽带的LNA或PA是技术的一个值得研究的方向。除此之外，现在随着分装的进化，也是向异质异构的方向发展，比如氮化镓和Si CMOS的融合、微缩、成本控制和小型化也是毫米波发展的重要方向，单凭半导体的前道工艺仍存在较大难度，粉状技术已经慢慢成为一个重要的阶段手段。可以通过林肯的异质异构的结构来实现，氮化镓和Si CMOS晶圆级的三级互联来做微系统，以及把射频天线纳入到微系统里面来实现多集成化的解决方案，来满足移动终端的要求。

最后，黄伟教授提到复旦大学目前主要提供集成电路和半导体方面的相关平台。

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责任编辑：林宸