【芯观点】为什么DDR3难以复刻LCD“弯道超车”之路？移动GPU如何打造真实的光影游戏？10月日本半导体设备销售额飙涨49.1%

作者：爱集微

2021-11-28

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【芯观点】为什么DDR3难以复刻LCD“弯道超车”之路？移动GPU如何打造真实的光影游戏？10月日本半导体设备销售额飙涨49.1%

1.【芯观点】为什么DDR3难以复刻LCD“弯道超车”之路？

2.元宇宙爆发前夜，移动GPU如何打造真实的光影游戏？

3.10月日本半导体设备销售额飙涨49.1%，创四年来最大增幅

1.【芯观点】为什么DDR3难以复刻LCD“弯道超车”之路？

芯观点──聚焦国内外产业大事件，汇聚中外名人专家观点，剖析行业发展动态，带你读懂未来趋势！

集微网消息，时至今日，当国人们终于能够平静笑谈昨日少“屏”之殇时，缺“芯”之痛却在追赶路径的选择当中，迷茫无解。逻辑芯片如此，技术积累更薄弱、起步更晚的存储芯片，更是如此。

“难兄”LCD弯道超车之路，给了“难弟”芯片以成熟市场为突破口的理由，在以中芯国际为代表的代工厂纷纷扩产成熟逻辑制程的同时，一场以DDR3为切入路径的存储芯片“超车”计划已缓缓铺开：

全球三大原厂陆续退产DDR3之际，业内传出，长鑫存储已于11月着手为兆易创新DDR3产品提供产能，而中国台湾地区的晶豪、钰创、南亚、华邦电等存储厂商，也已不约而同地开始了DDR3的扩产计划。

巨头退产、产能下降、供不应求、扩大产能、抢占市场，正是过去十年国产LCD从落后到制霸市场的几大要素。相似的情形之下，DDR3能够复刻LCD带领国产显示器“弯道超车”之路吗？答案是：很难——至少目前来看。

难点一：产能扩张赶不上周期下跌

追溯显示及存储产业的几次技术地域性转移，都离不开“周期下行”的身影：利用价格下跌巨头减产之际反其道而行大举扩产，以巨额亏损为代价抢占市场——如今的存储器霸主、曾经的显示领头羊韩国，对此最有发言权。

这一路径的可复制性，似乎已被中国大陆LCD证明：2010年前后，LCD进入新一轮下跌周期，中国大陆主导的投资在2011年逐渐起量，2016年以后，韩厂逐步退出LCD产能，进一步推动大陆厂商拿下更大市场份额，直至取代前者称王。

对于DDR3来说，当下面临的市况似乎很相似：DRAM眼看着即将再次进入下跌周期，三大原厂纷纷减产保价。同时，缺芯市况下，三星、SK海力士又将部分产能挪至利润更厚的逻辑制程或DDR4，进一步挤压DDR3产能。

另一面，终端对DDR3的需求意外持久。据集微咨询分析师陈跃楠介绍，DDR3是组装PC和升级市场中的主流技术，也是台式电脑和笔记本电脑等所有PC应用领域及其子领域中的主要内存技术，涵盖高性能、主流和入门级计算等所有层次。

目前来看，DDR3整体需求还是很大，“因为大部分的计算机并不追求性能的极限，存储、存储控制等芯片升级需求不强烈，部分非旗舰机更追求达到成本的甜蜜点。”此外，长短料问题短时间仍将成为DDR4/DDR5应用的最大掣肘，支撑DDR3的需求。

然而，国产DDR3与LCD的情况又有着本质的不同，后者在下行周期到来之前，已有相当大的产能并具备随时扩产能力，在日本、韩国大厂仍掌握大半市场的同时，以京东方为代表的一批大陆厂商同样加紧研发，顶住亏损压力持续扩产，才能最终抓住时机抢占市场。

反观DDR3，尽管其制造大多集中在80nm、30nm、25nm等更为成熟的制程，但国内能够量产的企业却少之又少，在福建晋华受限于美国禁令的前提下，合肥长鑫已实际上成为短期内唯一有能力在本土扩产的厂商。

一个形象的比喻是，DDR3的“高速公路”已开通，但国产DDR3考到“驾驶证”还未满3个月，无法上路。陈跃楠认为，未来几年DDR3新产线开出仍然有限，另一深层原因则在于， “没有足够的技术团队。”

难点二：知识外溢受限 地缘政治拔高技术壁垒

缺乏技术团队、研发能力落后，道破了如今DDR3、乃至存储行业甚至芯片行业难以复刻LCD“弯道超车”之路的最关键因素之一。

事实上，无论是曾经的日本、韩国，还是现在的国产LCD，在其超车路径上，诸如周期下行亦或是厂商祭出的各种抢占策略均是表象，而真正实质是有没有做到技术突破，掌握成本的议价权。

上世纪70年代，日本为攻坚存储芯片技术，联合国内五大公司以及研发机构，投入720亿日元，开展了为期四年的VLSI攻关项目，韩国随后则效仿日本，联合产业链公司和大学投入1.1亿美元进行了三年的技术攻关。

不计成本的研发投入，最终造就了日本、韩国在存储市场对领先者的反超，而中国大陆的面板产业反超之路，同样也是建立在近十年的研发投入之上，直到建立全球唯一10.5代产线，确立了自己的绝对领先地位。

国产DDR3的情况则变得复杂了很多。首先是后来者无法规避的专利问题。存储芯片的难点在于IP和制造，且难度随着后来者入场时间越晚难度越高，而国内厂商起步足晚了几十年，专利积累薄弱，受到极大制约。

其次则是人才问题。本世纪初，包括京东方、华星光电等如今的面板巨头，都曾派出团队前往韩国、日本等当时掌握领先面板技术的巨头公司学习，此外，同一时期中国台湾地区几家厂商的整合，也使一批高端人才外溢。

这种“慷慨”的技术交流机会，随着各国对高端技术的重视程度上升至政治层面，已经越来越难见到，韩国作为曾经技术外溢的受益者，将OLED设备列为国家核心技术正是印证。

更何况，地缘政治因素叠加缺芯，让各国更加重视半导体技术，将本就极高的技术壁垒再次拔高。在中美技术竞争持续的情况下，甚至诸如英特尔等海外巨头在中国大陆建厂都受到制约，进一步封锁了技术外溢的路径。

难点三：需求可持续性存疑 对岸大厂虎视眈眈

同是面临供不应求的市况，但DDR3与2010年伊始的LCD所面临的市场竞争格局又有本质的不同，这也决定了两者在需求端的可持续性有很大差异。

众所周知，在显示领域，LCD面板一直以来在韩厂声势浩大的OLED商业化攻城落地之下，一度被认为是早晚会被取代的“老技术”，然而在2010年，LCD是绝对占市场主导地位的显示技术，甚至到2021年出货量都碾压OLED。

与此同时，OLED商业化进程缓慢、Mini-LED背光LCD显示技术的出现，又再次延长了LCD的“生命线”，甚至令韩厂在关停LCD产线的路上“走走停停”。而这样的“幸运”，DDR3恐怕很难拥有。

半导体业内权威研究机构人士向爱集微表示，DDR3很大程度上是一个传统产品，并且不会再有任何大型的单一应用或客户，大部分需求落在大量需要低密度DRAM的低端消费、工业和通信设备上，而这个市场整体是在缩小的。

如同陈跃楠所说，DDR3如今的需求很大程度上来自于目前尚有市场的低端消费电子，“一些笔记本目前还是以3000-6000元的价格为主，使用DDR4及以上技术会使成本变高。”也就是说，这种需求来自于技术迭代过程中的“滞后性”。

与LCD与OLED在综合发光效率、寿命等性能上各有优劣（特别是有mini-LED背光技术加持后）、胜负难分，DDR3较更先进的DDR4/DDR5性能上毫无疑问被碾压，目前仅拥有的成本优势，将随着后者更大规模的量产进一步被抵消。

“DDR3在5G或高性能计算领域没有机会。这个领域需要DDR5、LPDDR5x和HBM等最新的DRAM技术，”上述权威机构分析师表示，“因为它们具有更高的密度、更低的功耗、更快的速度和更低的位成本。”

雪上加霜的是，在这个本就持久性存疑、存量不大的市场里，有人已先行一步。早在今年年初，即有机构和相关厂商看到了DDR3等利基型DRAM市场的商机，并且随着三大原厂陆续减少出货，大量DDR3订单转投中国台湾大厂。

此前即有报道称，包括南亚科、华邦电、晶豪科、钰创等上半年接单全满，其中晶豪科在WiFi设备及移动路由器的利基型DRAM及MCP扩大出货，钰创专精型缓存DRAM已推进至25nm，打入5G、AI等新兴应用大厂供应链……

由于进入产业更早、供应链更加成熟，中国台湾厂商优势显而易见，而尚在起步阶段的中国大陆厂商，要啃下这块并不一定好吃的蛋糕，也将比当年的“京东方们”更难。

写在最后

DDR3的困境，很大程度上是中国大陆半导体的缩影。曾有批评者以“京东方们”凭借LCD在显示行业弯道超车为例，认为大陆半导体从业者“好高骛远”，不以成熟市场为突破口，这才造成如今“高不成、低不就”的局面。

这种观点并非毫无道理，但最大的漏洞在于，忽略了两大产业本身的质地有根本性的不同：面板并非电子产业的“必需品”，而芯片是；面板可以靠面积做大、靠量取胜，而芯片靠精细度、靠设备和材料环节的合力。

这些不同决定了半导体产业很可能不存在类似于国产LCD弯道超车的路径。那么，没有弯道怎么办？按下心浮气躁，一步一个脚印，扎扎实实地研发、失败、再研发。“直道超车”虽难，但稳。（校对/乐川）

2.元宇宙爆发前夜，移动GPU如何打造真实的光影游戏？

集微网消息，随着智能手机性能不断升级，手机游戏市场蓬勃发展，越来越多场景逼真的游戏深受游戏玩家喜爱，可以说，打造一个真实的游戏世界是人类不断追求的目标。随着元宇宙概念的走红，如果要在未来元宇宙的虚拟世界中重现真实环境，需要找到方法实现人眼对于这些目标的直觉感知，实时光线追踪技术或许就是关键的支撑技术之一。

一直以来，光线追踪技术主要应用在游戏领域，它通过模拟真实世界的光线变化、反射、倒影等特性，在游戏世界中展示与真实世界光影高度相似的3D场景，随着场景的不断增大，画面复杂程度的升高，光线追踪的效果会愈发明显。

在现实生活中，光源发出的虚拟光束会照射到物体上。然后光线会与该物体相互作用，并根据物体的表面性质再反射到另一个表面上。之后，光线会不停地进行反射，从而产生光和影。计算机中的光线追踪，更准确地说是“路径追踪”，其过程与真实世界中的光线照射路径是相反的。光线实际上是从摄像机的视角发射出来，照射到场景中的物体上，然后算法会根据光线所照射到的表面的性质来计算光线将如何与该表面相互作用。之后，会继续追踪每条光线照射到每个物体上的路径，直至返回光源。结果就是一个场景被照亮，就像其被真实世界中的太阳照亮一样：具有逼真的反射和阴影效果。

由于该技术对计算复杂性的高要求，最开始被运用在《阿凡达》、《头号玩家》、《失控玩家》等动画和电影中，其中的场景需要在专用服务器集群上用数月时间去渲染，这对于游戏来说并不适用。在游戏场景中必须以至少每秒30帧的速度实时生成，最好是两倍速度甚至更高。直到2018年，英伟达带着图灵架构的RTX系列显卡和DLSS等AI算法出现，才真正将光线追踪技术在PC和主机游戏中推向一轮高峰。

最近Imagination将光线技术引入了首个针对移动端优化的PowerVR Photon架构的IMG CXT系列中，这意味着移动端游戏玩家和开发者都将得到桌面级光线追踪功能的体验。

光线追踪引入移动端，Imagination GPU IP实现再次飞跃

在光线追踪问世之前，游戏中的画面主要采用“光栅化”技术进行渲染，可以实现一些局部照亮的光线效果，画面细节主要靠贴图。而光线追踪技术想要实现更加真实的画面，则需要显卡极高的图形运算能力。目前行业内已经有多个平台宣称支持光线追踪技术。

Imagination中国区战略市场与生态副总时昕表示，光线追踪可以在不同的性能和效率等级下执行，为了明确这一点，Imagination建立了光线追踪等级系统（RTLS），确定了从0级（Level 0）到5级（Level 5）共6个等级的光线追踪功能的要求。“0级代表传统解决方案，指早期碎片化的光追实现，包括Intel Embree、Caustic OpenRL等；1级代表传统GPU上的软件方案；2级开始加入面向光线追踪的专用硬件单元，包括ray-box和ray-triangle相交的处理问题等；3级代表具备硬件BVH处理能力；四级代表具体硬件BVH处理能力和相干性分类能力；5级代表带有BVH硬件生成器的相干性BVH处理功能。”他解释，“从1级到2级，加上硬件，性能有数十倍的提升，3级到5级则是固定功能硬件单元的逐渐增强。”

“2014年Imagination就创造了业界首个实时光线追踪硅架构，并演示了代号为‘Plato’的GR6500测试芯片。随后，Imagination一直在不断发展、完善和优化该架构，以实现最佳性能和功耗效率。但是当时整个生态还没有准备好，图形API没有与光线追踪相关的标准，相关的开发工具软件、游戏引擎等也没有光线追踪的功能。”时昕指出，“从2018年英伟达开始推出PC上的光线追踪开始，整个业界生态开始投入，在2020年Khronos图形标准化组织也推出了Vulkan API的光线追踪Extension，我们认为与合作伙伴一起推出具有光线追踪功能的芯片的时机已经到来。”

他指出，IMG CXT已经达到光线追踪L4等级，是“业界首款RTLS 4级光线追踪架构”，“全球第一个做到L4的硬件处理，而且是在移动端”，而且功耗比现有的RTLS 2/3级解决方案高2.5倍。

下图开启光线追踪后，用漂亮、真实、柔和的光线追踪阴影取代边缘生硬的阴影，所有物体都具有柔和的光线反射效果，有些阴影变得非常柔和，几乎看不见，但巧妙地增加了照明的真实感。

根据官方资料，IMG CXT-48-1536 RT3 内核具有三个光线加速集群（RAC），可提供总体高达1.3 GRay/s的性能。这可以在移动设备的功耗预算下，以高帧率提供逼真的光线追踪阴影、反射、全局照明和环境光遮蔽效果。在光栅化图形处理性能方面也向前迈出了重要一步，与Imagination的上一代GPU IP相比，其计算、纹理和几何性能都提高了50%。它的低功耗超标量（superscalar）架构可在低时钟频率下提供高性能，从而实现卓越的帧率功耗比（FPS/W）效率，同时 Imagination图像压缩（IMGIC）技术可以大幅降低带宽需求。

RAC包含了光线存储（Ray Store）、光线任务调度器（Ray Task Scheduler）和相干性聚集器（Coherency Gatherer），并与两个128宽的统一着色器集群（USC）紧密耦合，USC拥有高速专用数据通路，可以实现最高效且功耗最低的光线追踪部署。Ray Store可以在处理过程中将光线数据结构保存在芯片上，并提供对 RAC中所有单元的高带宽读写访问，从而避免了将光线数据存储或读取至动态随机存取存储器（DRAM）所造成的速度降低或功耗增加。Ray Task Scheduler可以卸载着色器集群的任务，并通过专用硬件部署和追踪光线工作负载，同时保持高光线吞吐量和低功耗。独特的Coherency Gatherer单元可以分析所有传播中的光线，并将整个场景中的光线绑定成多个相干组，从而能够以更高的效率对它们进行处理。

目前， Imagination已完全支持主流API接口并跟应用厂商展开深度合作，支持OpenGL等渲染引擎。该公司透露正与完美世界、腾讯游戏、网易游戏等游戏大厂深入沟通、合作，同台探索光线追踪技术在游戏和其他场景中应用。

时昕强调，基于IMG A系列和B系列GPU打造的GPU IP产品C系列，将成为有史以来可用于所有游戏的最快移动GPU IP内核，同时由于其开放特性，IMG CXT支持多核扩展，可支撑互联网、云游戏所需的强大算力。

元宇宙和光线追踪

Imagination技术前瞻副总裁Kristof Beets强调，光线追踪作为一个很大的技术概念，各家平台实现它的技术都不一样，有一些通过软件模拟的方式去实现光线追踪的效果，但是Imagination是通过硬件化的手段来完成的，两者的效率不是一个级别，而且Imagination的效率高得多。

“采用软件方案也能在移动端实现光线追踪效果，但那只能在DEMO当中，如果应用于游戏，效果一定不太好。因为这种方案没办法在功耗和效果之间达到一个很好的平衡，软件仍然要使用大量的计算资源用于阴影和多边形的贴图。”Kristof Beets指出，“以前在复杂场景的光照效果，包括反射、阴影、全局照明等，都要靠着色器一个个去模拟计算，IMG CXT把渲染的负载转移到更为专用的硬件上面，效率更高的同时实现更低功耗。”

这次IMG CXT及其Photon架构的推出，意味着光线追踪技术的应用将扩展到游戏、移动、AR（增强现实）、数据中心和自动驾驶等更广泛领域中。例如，在汽车的人机界面（HMI）平台，IMG CXT能够让环绕视图、卫星导航和抬头显示器（HUD）等应用及设备实现更加逼真的图像和区域显示，还可为用户提供车内游戏和娱乐体验。

至于近来很火的元宇宙概念，Kristof Beets认为，它还在不断进化，就如同他通过视频接入现场会议也是元宇宙的一部分。包括发展了很多年的VR/AR，仍然面临着很多技术困难，还没实现这个应用最理想的状态。“光线追踪很可能就是彻底实现VR/AR的一条途径，是VR/AR和相应的元宇宙所需一项技术，也让我们确信将光线追踪做得更高效、功耗更低是绝对正确的方向。未来，任何需要渲染的场景都可以加入光线追踪的技术让整个渲染效果看起来更加真实，具有更加自然的光影效果。”

针对中国市场需求，Imagination中国区董事长白农认为，首先，随着全球技术的不断进步，尤其是在5G、大数据时代，对于高性能计算、高算力的需求不断地快速提升。从处理器需求来看，除了传统的CPU之外，GPU、神经网络异构处理器的需求也跟随着应用场景在迅速提升，这方面GPU技术具有显著优势。另外，随着大数据算力的增加，对低功耗的需求也在不断增加，很多互联网公司和运营商最大的运营成本就是电费。

他还强调，中国云游戏市场正以肉眼可见的速度增长，这也是公司战略中非常重要的一块市场。“无论是在GPU、高性能计算的芯片还是低功耗方面，恰恰就是Imagination技术的核心优势。Imagination的商业模式就是支持客户的创新。并且提供GPU、CPU、AI加速、连接网络的全面产品组合，十分适应异构的发展趋势，满足客户多样化的需求。”他说，“Imagination希望把技术提供给中国市场、中国客户，让我们可以发展更多本土化的高性能计算芯片来支撑整个社会的发展。”

Imagination副总裁，中国区总经理刘国军补充说，中国市场在汽车、桌面计算机和数据中心等应用对图形、图像处理、AI等技术的需求十分强劲，大力推动了Imagination近几年的成长，2020年营业收入达到创纪录的1.25亿美元，今年预计再次创下新高，公司从总部到中国的管理层都有一个共识就是投入更多资源进行生态建设，帮助中国产业生态的成长。

据悉，目前已获得IMG CXT授权的客户从IP授权到集成进其SoC、流片，再进入到平台，推向市场，通常需要18-24个月，预计到2023年将有相关终端产品面市，届时消费者将能体验到硬件光线追踪技术带来的震撼效果。

在此之前，移动市场上的光线追踪产品仍然会在软件层面，直到硬件方案进入市场并呈现出巨大的优势。（校对/思坦）

3.10月日本半导体设备销售额飙涨49.1%，创四年来最大增幅

集微网消息，日本半导体设备协会（SEAJ）25日公布的统计数据显示，今年10月日本半导体设备销售额（3个月移动平均值）达到2719.04亿日元，同比增长49.1%，连续第10个月呈现增长，增幅连续第8个月超过10%，创2017年7月以来最大增幅。今年前10个月销售额达24918.01亿日圆，同比增长31.9%。

在持续强劲的市场需求下，日本半导体设备厂商纷纷上修财测。

日本半导体设备龙头TEL 11月12日宣布，因客户需求提前、订单增加，在评估客户最新的投资动向及业绩动向后，将今年度（2021年4月-2022年3月）合并营收目标自原先预估的1.85兆日元上修至1.9兆日元（将年增35.8%）、年度营收将创历史新高纪录；合并利润目标自5,080亿日圆上修至5,510亿日元（将年增71.8%）；合并净利润目标自3,700亿日元上修至4,000亿日元（将年增64.6%），将创下历史新高纪录。

半导体暨面板制造设备商Screen Holdings 10月27日宣布，因半导体厂商设备投资意愿超乎预期、半导体设备订单破纪录，将今年度（2021年4月-2022年3月）合并营收目标自原先预估的3,915亿日元上修至4,090亿日元、合并利润目标自445亿日元上修至545亿日元、合并净利润目标也自280亿日元上修至360亿日元，创下历史新高纪录。

SEAJ在7月时预测，逻辑晶圆代工厂积极投资，存储制造商也将进行高水平的投资，预计今年度（2021年4月-2022年3月）日本半导体设备销售额将同比增长22.5%至29,200亿日圆，连续2年突破历史新高。

SEAJ还指出，预计以逻辑晶圆代工厂为中心的投资水平将维持高位，预计下一年度日本半导体设备销售额将首次突破3兆日元大关达到30700亿日元，同比增长5.1%，2023年度继续同比增长4.9%至32,200亿日元，2021年度-2023年度期间年均复合增长率（CAGR）预计达10.5%。（校对/思坦）