我国科学家研制出 首个全模拟光电智能计算芯片 商用芯片的3000余倍

• 李波 2023年11月3日 来源：中研普华集团、央视财经、中研网 1270 83
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经长期联合攻关，清华大学研究团队突破传统芯片的物理瓶颈，创造性提出光电融合的全新计算框架，并研制出国际首个全模拟光电智能计算芯片(简称ACCEL)。经实测，该芯片在智能视觉目标识别任务方面的算力可达目前高性能商用芯片的3000余倍，为超高性能芯片的研发开辟全

经长期联合攻关，清华大学研究团队突破传统芯片的物理瓶颈，创造性提出光电融合的全新计算框架，并研制出国际首个全模拟光电智能计算芯片(简称ACCEL)。经实测，该芯片在智能视觉目标识别任务方面的算力可达目前高性能商用芯片的3000余倍，为超高性能芯片的研发开辟全新路径。

该成果近日发表于《自然》杂志上。清华大学信息科学技术学院院长戴琼海院士表示，ACCEL未来有望在无人系统、工业检测和人工智能大模型等方面实现应用。

目前团队仅研制出特定计算功能的光电融合原理样片，亟需进一步开展具备通用功能的智能视觉计算芯片研发，以便在实际中大范围应用。

《广州开发区、广州市黄埔区促进集成电路产业发展办法》今日发布，文件提到，鼓励发展大硅片、光掩膜、电子气体、光刻胶、抛光材料、高纯靶材、光芯片等高端半导体制造材料，支持清洗设备、光刻机、刻蚀设备、离子注入、沉积设备、封装设备(划片机、减薄机、引线键合机、倒装键合机及贴片机等)、检测设备(测试机、探针台等)以及单晶生长炉、外延生长炉等设备、关键零部件及工具国产化替代。

对当年产值首次达到2000万元、5000万元、1亿元、3亿元、5亿元、10亿元的集成电路装备、材料、零部件类企业，经认定，分别给予20万元、50万元、100万元、200万元、300万元、500万元的扶持，同一企业按差额补足方式最高扶持500万元。

半导体材料行业概况

半导体材料是一类具有半导体性能(导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内)、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。

自然界的物质、材料按导电能力大小可分为导体、半导体和绝缘体三大类。半导体的电阻率在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围(上限按谢嘉奎《电子线路》取值，还有取其1/10或10倍的;因角标不可用，暂用当前描述)。在一般情况下，半导体电导率随温度的升高而升高。

半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。

科学家们表示，最新研究有望让人造皮肤、智能绷带、柔性显示屏、智能挡风玻璃、可穿戴的电子设备和电子墙纸等变成现实。昂贵的原因主要因为电视机、电脑和手机等电子产品都由硅制成，制造成本很高;而碳基(塑料)有机电子产品不仅制造方便、成本低廉，而且轻便柔韧可弯曲，代表了“电子设备无处不在”这一未来趋势。

从半导体材料产业链来看，上游为原材料，包括金属、合金、碳化硅、氮化镓等。中游为基体材料、制造材料和封装材料，基体材料主要用于制造硅晶圆或化合物半导体;

制造材料主要是将硅晶圆或化合物半导体加工成芯片所需的各种材料;封装材料是包装和切割芯片时使用的材料。下游为集成电路、半导体分立器件、光电子器件和传感器等。

半导体材料市场发展现状调查

以前的研究表明，碳结构越大，其性能越优异。但科学家们一直未曾研究出有效的方法来制造更大的、稳定的、可溶解的碳结构以进行研究，直到此次祖切斯库团队研制出这种新的用于制造晶体管的有机半导体材料。有机半导体是一种塑料材料，其拥有的特殊结构让其具有导电性。

在现代电子设备中，电路使用晶体管控制不同区域之间的电流。科学家们对新的有机半导体材料进行了研究并探索了其结构与电学属性之间的关系。

制备不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。

在单晶衬底上生长单晶薄膜称为外延。外延的方法有气相、液相、固相、分子束外延等。工业生产使用的主要是化学气相外延，其次是液相外延。

金属有机化合物气相外延和分子束外延则用于制备量子阱及超晶格等微结构。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金属等衬底上用不同类型的化学气相沉积、磁控溅射等方法制成。

根据国际半导体产业协会数据，2016-2018年全球半导体材料市场规模逐年增长，2019年市场规模下降至521.4亿美元，同比下降1.1%。随着半导体需求持续增长，2020-2022年全球半导体材料市场规模快速上升，2022年达到727亿美元，同比增长8.9%。

受益于5G、人工智能、消费电子、汽车电子等领域的需求拉动，全球半导体材料市场规模呈现波动向上的态势。据统计，2022年CMP抛光材料占半导体材料市场比重达到7%。

在2022年全球半导体材料市场规模占比中，半导体硅片占比达到33%，在所有半导体材料中占比最高。此外，气体占比14%，光刻胶及其辅助材料占比13%。

根据中研普华产业研究院发布的《2023-2028年半导体材料市场发展现状调查及供需格局分析预测报告》显示：

20世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命;20世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。

超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。

纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。

从区域分布情况来看，在全球的半导体材料市场中，中国台湾和中国大陆分别位列前二，分别占比23%和19%，主要是由于部分材料国产化替代率的提高和半导体材料随着半导体产业同步向中国转移。

但中国大陆整体产品仍集中在中低端半导体材料上，在高端半导体材料方面仍然有很大的发展空间，国产替代任重道远。

伴随着国内半导体材料厂商技术水平和研发能力的提升，中国半导体材料市场规模提升速度高于全球。2016-2022年国内半导体材料市场规模由68亿美元提升至129.8亿美元，CAGR达到9.7%。

根据SEMI数据显示，2021年我国半导体硅片市场规模达119.14亿元，同比增长24.04%，在全球市场中所占比重提升至13.2%。中国大陆的市场规模有望达到138.28亿元，市占率将进一步提升。

南大光电是一种微型电子器件或部件，是典型的知识密集型、技术密集型、资本密集和人才密集型的高科技产业。

一季度公司整体业绩较去年同期有所下跌，但与2022年四季度相比均有所上升，分别环比增长23.64%、406.50%。这主要是得益于公司及时调整策略，在一季度扭转去年四季度下降的趋势。

随着人工智能、智能网联汽车、5G、云计算、物联网等新兴市场的发展，全球半导体产业规模稳步扩张。根据数据显示，2019-2022年，全球半导体产业销售额保持逐年增长的趋势，从4123亿美元增长到5741亿美元。

2023年第一季度，受市场周期和宏观经济逆风影响，全球半导体产业销售额达到1195亿美元，较上年同期减少21.3%，这是自2019年一季度以来同比下降的最大降幅。

半导体材料行业市场未来发展空间及趋势预测

未来在国家政策的推动、集成电路领域国产替代加速、行业技术升级等多重利好加持下，半导体材料国产化进程将进一步加速，国内半导体材料企业有望受益，未来行业发展空间巨大。

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