2024 年科技趋势展望

通信服务提供商加大人工智能投资，到 2024 年推动人工智能服务器出货量增长 38%

鉴于 ChatBOT、生成式人工智能和其他应用程序的日益普及，微软、谷歌和 AWS 等主要通信服务提供商正在加大对人工智能的投资，从而增加了对人工智能服务器的需求。TrendForce 预计，2023 年 AI 服务器（包括搭载 GPU、FPGA、ASIC 的服务器）出货量将超过 120 万台，同比增长 37.7%，占服务器总出货量近 9%。预计到 2024 年，这一数字将增长 38%，其中人工智能占据 12% 的份额。

除了 NVIDIA 和 AMD 的 GPU 解决方案之外，主要的 CSP 一直倾向于开发自己的 ASIC 芯片。以谷歌为例，自 2H23 以来，谷歌一直在加速将其定制 TPU 引入 AI 服务器，年增长率超过 70%。AWS 计划在 2024 年采用更多的定制 ASIC，出货量预计将增加一倍。其他公司，如微软和 Meta，也计划扩展其自行开发的 ASIC 解决方案，这可能会侵蚀 GPU 的增长潜力。总而言之，人工智能服务器的需求预计将在 2023-2024 年增长，这主要是由通信服务提供商的积极投资推动的。预计 2024 年之后，更多应用领域企业将深入研发专用 AI 模型和软件服务器，推动搭载中低端 GPU（如 L40S 系列）或 FPGA 的边缘 AI 服务器的增长。预计 2023 年至 2026 年边缘 AI 服务器出货量年均增长率将超过 20%。

HBM3e 将推动 HBM 收入年增长 172%

随着 AI 服务器的建设，对 AI 加速芯片的需求也随之增长。HBM 是这些加速器芯片的关键 DRAM 产品。规格方面，除了目前主流的 HBM2e 外，随着 NVIDIA 的 H100/H800 和 AMD 的 MI300 系列的量产，今年 HBM3 的预留需求比例也有所增加。展望 2024 年，三大内存供应商将进一步推出 HBM3e，将速度提升至 8Gbps，确保 AI 加速器芯片在 2024-2025 年拥有更好的性能。

在 AI 加速器芯片市场，除了 NVIDIA 和 AMD 等领先的服务器 GPU 制造商之外，CSP 也在加快开发专有 AI 芯片的步伐——一个共同的特点是 HBM 集成。随着训练模型和应用的复杂性不断增加，对 HBM 的需求预计将猛增。由于 HBM 的平均单价比其他 DRAM 产品高出数倍，预计到 2024 年，HBM 将对内存供应商的收入做出重大贡献，年增长率高达 172%。

AI 芯片：2024 年先进封装需求上升，3D IC 技术出现

台积电、三星和英特尔等行业领导者不仅正在探索晶体管架构的重大变革，而且认识到封装技术的重要作用，特别是在半导体前端制造工艺接近物理极限的情况下。先进封装对于提高芯片性能、节省硬件空间、降低功耗和最小化延迟变得至关重要。台积电和三星均已采取措施在日本建立 3DIC 研究中心，凸显了封装在半导体技术发展中的关键作用。

近年来，ChatBOT 的兴起推动了 AI 应用的强劲增长，显著增加了对 2.5D 封装技术的需求，该技术通过集成计算芯片和内存来增强 AI 计算能力。2.5D 封装主要采用在前端制造过程中创建的硅中介层，将具有不同功能和制造工艺的多个芯片并排集成，然后将它们与 PCB 基板结合以完成封装。事实上，多种 2.5D 封装解决方案，包括台积电的 CoWoS、英特尔的 EMIB 和三星的 I-Cube，已经开发多年。这些技术现已达到成熟水平，并广泛应用于高性能芯片中。到 2024 年，供应商将重点提高 2.5D 封装产能，以满足人工智能等应用对高计算能力不断增长的需求。

与此同时，3D 封装技术的出现也即将到来。台积电的 SoIC、三星的 X-Cube、英特尔的 Foveros 等解决方案相继发布。与使用硅中介层的 2.5D 封装不同，3D 封装使用 TSV 直接连接具有不同功能的芯片。这消除了对硅中介层的需要，降低了封装高度，缩短了芯片之间的数据路径，并提高了计算速度。除了封装技术的突破外，芯片互连的方法甚至材料也将是技术发展的重点。具有不同功能和制造工艺的芯片的有效集成对于满足人工智能和自动驾驶汽车等应用中高计算能力、低延迟和能源效率的要求至关重要。

2024 年，NTN 将在全球范围内启动并进行小规模商业测试，为该技术的更广泛应用铺平道路

随着全球运营商 Starlink 和 OneWeb 卫星部署的稳步增加，以及 3GPP 针对 NTN 中 5G 新无线电开发的第 17 版和第 18 版指南，卫星运营商、主要半导体公司、电信运营商和智能手机制造商之间的合作蓬勃发展。这些伙伴关系最终对 NTN 情景进行了初步验证。目前，NTN 的重点主要是移动卫星通信应用，其中用户设备（UE）直接与卫星接口，在特定条件下进行双向数据传输测试。

展望 2024 年，各大半导体厂商纷纷加大在卫星通信芯片方面的发力。这一激增预计将促使领先的智能手机制造商使用 SoC 模型将卫星通信功能集成到其高端手机中。鉴于某些用户群体对高端智能手机的持续需求，NTN 网络的小规模商用测试已经具备了条件。这一发展有望成为 2024 年 NTN 应用广泛采用的重要推动力。从移动卫星通信的长远角度来看，ISL 通信技术大有可为；它们能够实现低轨道卫星之间的数据传输，并同时中继到大规模跨区域用户设备，从而符合在全球范围内实现低延迟 6G 通信的愿景。

规划 2024 年启动 6G 通信，卫星通信占据中心地位

6G 标准化进程将于 2024 年至 2025 年之间启动，首批标准技术预计将于 2027 年至 2028 年左右推出。随着 6G 关键技术突破的发展，其范围已不仅仅限于集成超宽带接收器和发射器。地面和非地面网络的无缝集成以及通过人工智能和机器学习引入的创新将处于最前沿。6G 预计将带来一系列新颖的技术应用。其中包括使用可重构智能表面 (RIS)、太赫兹频段、光无线通信 (OWC)、用于高空通信应用的 NTN，以及更加身临其境的扩展现实 (XR) 感官体验。通过这些进步，6G 旨在提供全息投影、触觉通信和数字孪生等革命性应用。

随着 6G 技术标准的逐步巩固，低轨卫星将逐步支持 6G 通信。预计 6G 商用前后，全球低轨卫星部署将达到顶峰。此外，预计 6G 时代对用于 6G 通信和环境传感的无人机的需求将显著增长。

创新进入者将推动 2024 年 MicroLED 技术的成本优化

2023 年是 MicroLED 显示技术量产的关键一年，首要任务是解决持续居高不下的成本问题。在芯片开发方面，小型化工作占据了中心地位。目前用于大型显示器的主流芯片尺寸为 34x58µm，即将被 20x40µm 甚至更小的尺寸（如 16x27µm）所取代。预计仅通过芯片尺寸缩小，未来四年 MicroLED 芯片的成本每年至少可降低 20-25%。转移工艺是 MicroLED 制造的核心。虽然冲压具有稳定性，但激光因其速度（单位/小时，UPH）而受到青睐。随着该行业为大规模生产做好准备，人们更加关注效率和产量之间的最佳平衡。在混合转移方法中将压印方法与激光粘合相结合已引起了广泛关注。这种冷加工技术有效地解决了印模热粘合中遇到的压力和温度的挑战，使其成为备受期待的生产模型。

透明 AR 镜头的微投影显示市场是 MicroLED 拥有巨大潜力的领域。考虑到超高 PPI 的严格要求，尺寸必须限制在 5μm 甚至更小，这使得芯片 EQE 减小的挑战更加艰巨。虽然使用红色、蓝色和绿色 LED 的组合似乎很简单，但红灯的低效率构成了重大障碍。选择蓝色 LED 与量子点材料相结合进行颜色转换可以有效地回避这一挑战，但它会带来与额外制造步骤和材料寿命相关的其他问题。

创新型初创公司正在避开传统方法，基于 InGan 的红色 LED 和垂直堆叠 RGBLED 等解决方案引起了广泛关注。虽然仍然很难确定哪种技术路径将成为主导趋势，但当前拥有无数竞争解决方案的格局可能会加速最佳解决方案的发现。组件的增强、流程优化和各种解决方案都预示着充满活力的未来。在量产及多元化应用的诱惑下，预计 2024 年将有更多厂商进军这一领域，不仅强化供应链，也进一步细化 MicroLED 的成本结构。

AR/VR 微显示技术竞争加剧

在 AR/VR 耳机需求不断增长的推动下，对具有超高 PPI 的近眼显示器的需求不断增加，而 MicroOLED 是该领域的领先技术。虽然目前只有少数 AR/VR 设备采用 MicroOLED 显示屏，但随着主要品牌开始采用它们，这种情况可能会发生变化，从而可能导致 MicroOLED 更广泛的市场存在。未来的趋势倾向于个性化显示，小型化正在形成。这种演变取决于半导体工艺与显示技术的集成。与此同时，MicroLED 等其他微显示技术也在积极开发中。

目前，MicroOLED 显示器是半导体工艺与 AMOLED 沉积技术相结合的缩影。对于 MicroOLED 面板制造商来说，获得稳定的晶圆代工资源至关重要。新老厂商都在重新调整其行业资源，目前的白光 OLED 技术正在向 RGBOLED 技术转变。然而，MicroOLED 显示器也面临着挑战，例如亮度和发光效率的限制。它们主导头戴式显示器市场的潜力将在很大程度上取决于各种微显示技术的进步。

材料和组件技术的进步正在推动氧化镓的商业化

需要高电压、高温和高频的应用不断增长，氧化镓 (Ga2O₃) 正在成为下一代功率半导体器件的有力竞争者。在电动汽车、电网系统和航空航天等领域尤其如此。与气相生长的碳化硅和氮化镓相比，氧化镓晶体可以使用类似于硅晶体的熔融生长方法来生产。这为降低成本提供了更大的潜力。目前，业界已实现 4 英寸氧化镓单晶的量产，并有望在未来几年扩大到 6 英寸。与此同时，基于氧化镓材料的肖特基二极管和晶体管的结构设计和制造工艺也取得了重大进展。第一批肖特基二极管产品预计将于 2024 年投放市场，有可能成为第一个商业规模的氧化镓功率元件。虽然氧化镓仍面临导热性差、缺乏 P 型掺杂等挑战，但预计随着功率半导体行业主要厂商的参与以及关键应用的拉动，商业化指日可待。

电动汽车电池行业即将迎来电池技术新时代，固态电池将在未来十年重塑行业格局

随着电动汽车电池行业进入太瓦时制造时代，对更高安全性和能量密度的电池的需求日益明显。然而，当前主流电动汽车电池技术已接近能量密度能力的极限，现有材料体系已不足以满足市场对能量密度和安全性不断增长的需求。随着各大汽车制造商和电池制造商加快对下一代电池技术的投资和研究，新的突破即将到来。固态电池具有更高的能量密度和更高的安全性，已成为企业研发工作的重点。该行业更深入地研究实际应用和探索，包括胶体电池等半固态技术。这些技术的开发和商业应用预计将在 2024 年加速电动汽车电池行业进入新的技术迭代周期，对未来十年的行业格局产生重大影响。

虽然锂离子电池已经在电动汽车领域占据了主导地位，但车辆类型的多样性和用例的多样化意味着替代电池技术仍然有其专门的利基市场。例如，钠离子电池由于钠储量丰富且分布均匀，因此具有成本优势。然而，其较低的能量密度使其适合于不需要广泛行驶里程的经济型电动汽车。目前，中国电池制造商正在积极致力于将该技术商业化。

氢燃料电池具有多种优势，例如零排放、行驶里程长、快速加油以及支持冷启动的能力。它们主要用于重型商用车。然而，氢燃料电池面临能量转换效率低、制氢和储存成本高、制氢工艺存在争议等挑战。由于该行业相对不够成熟，目前市场上采用该技术的乘用车和商用车的选择有限。预计 2025 年之后，远程重型卡车将得到广泛的商业应用。

提升功率转换效率、续驶里程、充电效率将是 2024 年纯电动汽车的三大重点

SiC 芯片具有低损耗的优势，是提升纯电动汽车能量转化率的关键部件。到 2024 年，8 英寸 SiC 晶圆产能预计将逐步提升。但良率仍需提升，大部分产能已被下游厂商预留。这意味着芯片成本降低的潜力有限。由于注重缩小芯片尺寸，因此将更加注重 Trench 技术的研发投资。

在续驶里程方面，NCM 和 LFP 仍然是汽车制造商的首选。主要目标是通过调整材料比例来优化电池组结构，以提高能量密度，从而延长行驶里程。固态电池以其高能量密度而闻名，预计将于 2H23 开始以半固态电池的形式有限安装在车辆中。2024 年是观察这些状态电池商业化的关键时刻。基于 800V 平台的车辆也将显著增加，以减少充电时间。这些车辆可支持 360 千瓦以上的大功率快充，引发大功率充电站建设热潮。此外，无线充电的进展正在加速。美国已出台支持电动汽车无线充电的立法，密歇根州将推出一条 1.6 公里长的无线充电高速公路。充电方式的多样化有可能缓解电动汽车车主的里程焦虑。

此外，人工智能领域的蓬勃发展正在推动电动汽车迈向先进的自动驾驶。在自动驾驶系统的开发中，可靠性是市场准备情况的关键决定因素。人工智能在提高效率方面发挥着至关重要的作用，包括协助对大量图像进行分类和标记，以及模拟场景。随着竞争对手在智能驾驶方面快速推进，特斯拉的 Dojo 超级计算机宣布了量产计划。他们的目标是在 2024 年投资 10 亿美元与 Dojo 一起进行神经网络训练。引入更先进的自动驾驶系统并设定实惠的价格点将是特斯拉维持其在智能驾驶领域据点的策略。

全球对绿色解决方案的推动力度不断加大，人工智能模拟成为可再生能源和脱碳制造的关键

IEA 预测，到 2024 年，全球可再生能源发电量预计将达到惊人的 4,500 吉瓦，几乎与化石燃料相当。这一激增主要归因于政策倡导力度加大、化石燃料价格上涨以及战争引发的能源危机。为了保证可再生能源的稳定发电，电网、储能、管理等外围系统不可避免地采用人工智能驱动的智能技术来提高缓冲能力和准确性。

以智能电网为例：监督学习优化电力输入和输出，无监督学习提高捕获数据的质量，负载预测和稳定性评估等工具提高整体效率。这些对于 2024 年绿色能源技术的进步至关重要。此外，2024 年智能制造和能源管理的重点将是优化驱动系统的能耗、创建完全互联的数据生态系统以及可视化能源流动和消耗。通过动态数字孪生，利用虚拟和物理系统的集成，目标是将数据从以碳为中心的流转变为环境友好型流，然后转化为经济利益。此外，生成式人工智能和 3D 打印等新兴技术有可能加快设计和生产建模阶段，从而减少资源浪费并展现出巨大的未来潜力。鉴于各个部门对可持续发展的日益关注，组织必须首先了解自己的碳排放和足迹。因此，碳审计工具正成为主要 CSP 的优先事项，并继续利用人工智能和机器学习来优化碳排放。

可折叠手机引领创新趋势：新技术和材料的商业化推动 OLED 行业在各种应用领域的扩展

随着 OLED 折叠手机不断创新并成功吸引市场关注，新推出的可折叠手机正在根据消费者的期望进行大幅改进。例如，门板和屏幕支撑板采用轻质复合材料，有效减少部件数量的水滴形铰链结构，甚至用外壳盖板取代铰链主干，都有助于形式。接近传统平板智能手机的厚度和重量。随着折叠屏手机市场渗透率逐渐提升，不仅要持续技术进步，还要有效降低成本，保证产品在市场上的普及，盈利能力。

随着 OLED 技术日益渗透到智能手机市场，IT 行业正在成为 OLED 发展的下一个关键战场。为了进一步扩大在现有 IT 市场的影响力，行业参与者正在采取一些关键举措。除了三星已经公布了 G8.7 新工厂的投资计划、京东方科技拟建的 B16 工厂、JDI 继续计划重点开发新的 eLEAP 技术、以及维信诺积极进军 OLED 相关技术和市场之外，都是值得关注的。面板制造商的这些举措不仅是为了满足苹果对中型应用的需求，也是 OLED 面板进军其他应用市场的催化剂。预计到 2025 年，新技术的引入将克服当前 FMM 和蒸发设备的尺寸限制。加上更耐用材料的商业化以及下一代生产线的成功量产，这些发展预计将显著提高 OLED 技术在各种应用中的市场渗透率。