電子元器件作為信息技術(shù)的重要基石，對(duì)于由物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、量子信息等變革技術(shù)所驅(qū)動(dòng)的第四次工業(yè)革命有著不言而喻的重要性。由歐洲納米電子技術(shù)研究協(xié)會(huì)、歐洲嵌入式智能系統(tǒng)先進(jìn)研究與技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)和歐洲智能系統(tǒng)集成技術(shù)平臺(tái)聯(lián)合發(fā)布的《2020年歐洲電子元器件與系統(tǒng)上的戰(zhàn)略研究議程》報(bào)告，以“人工智能及其所產(chǎn)生的影響”為主題，通過系統(tǒng)性的分析和梳理影響電子元器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新技術(shù)路線、新商業(yè)模式、新社會(huì)范式等重要因素，闡述了在全球競(jìng)爭(zhēng)中對(duì)電子元器件發(fā)展起關(guān)鍵作用的應(yīng)用領(lǐng)域和所需基本能力。
伴隨著人工智能時(shí)代的加速到來，各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹄娮釉骷男枨髮⒊时l(fā)式增長(zhǎng)。據(jù)著名市場(chǎng)研究與咨詢機(jī)構(gòu)Tractica 預(yù)測(cè),由AI軟件應(yīng)用所帶來的直接或間接收益將從2016年的14億美元提高至2025年的598億美元，見圖1。如此巨大的市場(chǎng)前景必將重塑電子元器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展格局。其中，可以預(yù)見的未來趨勢(shì)包括高性能計(jì)算從云端轉(zhuǎn)移到邊緣，數(shù)據(jù)處理能力的提升帶來對(duì)新型存儲(chǔ)方案、架構(gòu)的持續(xù)需求，智能移動(dòng)設(shè)備廣泛應(yīng)用后對(duì)器件性能和功耗的要求提高等。另外，由人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和人機(jī)交互所創(chuàng)造的新產(chǎn)品和新服務(wù)，5G技術(shù)所帶來的無限互聯(lián)能力，區(qū)塊鏈所帶來的新型安全范式也會(huì)深刻影響電子元器件產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展。
圖1 全球市場(chǎng)中人工智能的收入：2016年～2025年（預(yù)測(cè)）（來源：Tractica）
用系統(tǒng)思維看待電子元器件產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
歐洲的未來必須依靠強(qiáng)大的歐洲電子元器件與系統(tǒng)（ECS）產(chǎn)業(yè)來塑造。這是用系統(tǒng)性思維看待電子元器件及其價(jià)值鏈的相互關(guān)聯(lián)與作用。這里的系統(tǒng)，既指由軟硬件所集成的傳統(tǒng)意義上的系統(tǒng)，又同時(shí)包含以電子元器件為基礎(chǔ)由下至上發(fā)展，最終拓展到應(yīng)用層面的產(chǎn)品與服務(wù)相融合的生態(tài)系統(tǒng)。該報(bào)告指出，到2030年，數(shù)字化、自動(dòng)化、人工智能將會(huì)為全球GDP帶來13萬億美元的增長(zhǎng)。思考如何形成一個(gè)涵蓋從電子元器件、軟件設(shè)計(jì)技術(shù)與工具，到軟硬件模塊，再到智能產(chǎn)品和系統(tǒng)，最終服務(wù)于不同應(yīng)用的多層級(jí)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是運(yùn)用系統(tǒng)性思維發(fā)展電子元器件產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。
以應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橹骶€分析電子元器件產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。該報(bào)告指出過去很長(zhǎng)一段時(shí)間，微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要是由摩爾效應(yīng)及同產(chǎn)業(yè)并行發(fā)展的軟件產(chǎn)業(yè)所驅(qū)動(dòng)。任何的性能需求，如功能、成本、能耗等，都可以通過器件的小型化來解決。因此，產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的路線圖同應(yīng)用路線圖極大程度上是相互獨(dú)立的。伴隨著尺度效應(yīng)接近物理和經(jīng)濟(jì)上的極限，技術(shù)路線圖和應(yīng)用路線圖變得更加相互關(guān)聯(lián)。
圖2 庫梅定律（Koomey’s Law）
持續(xù)的歐洲數(shù)字化是利用研究、發(fā)展和創(chuàng)新來創(chuàng)造有益于公民、企業(yè)和社會(huì)的市場(chǎng)產(chǎn)品和服務(wù)的巨大機(jī)遇，也是迫切的需求，涉及整個(gè)ECS價(jià)值鏈的廣泛研究和創(chuàng)新主題，從設(shè)備、材料、生產(chǎn)技術(shù)、封裝和裝配技術(shù)、嵌入式軟件到體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)工具、建模和模型庫，以及整個(gè)不同級(jí)別抽象的完整功能塊，包括智能系統(tǒng)集成和復(fù)雜的信息物理系統(tǒng)，甚至包括飛機(jī)、汽車、機(jī)器人生產(chǎn)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)和ECS制造集群等系統(tǒng)之系統(tǒng)，還包括智能家居解決方案（智能城市和智能電網(wǎng)），低功耗、高性能數(shù)據(jù)和計(jì)算中心。如果歐洲要在內(nèi)部維護(hù)這些關(guān)鍵技術(shù)和能力，就必須認(rèn)識(shí)到數(shù)字社會(huì)帶來的機(jī)遇和威脅。
由應(yīng)用領(lǐng)域所帶來的技術(shù)機(jī)遇主要包括，超越CMOS時(shí)代的量子計(jì)算、儲(chǔ)備次計(jì)算等新計(jì)算范式，以及以未來高性能、超低能耗器件為目標(biāo)的新材料、工藝技術(shù)、新型納米器件的架構(gòu)等。同時(shí)，對(duì)于歐洲電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)，包括貿(mào)易保護(hù)主義、缺乏行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者、技術(shù)型人才不足等。
圖3 電子元器件的異構(gòu)集成領(lǐng)域與傳統(tǒng)的PCB和晶片級(jí)技術(shù)融合（來源：Fraunhofer-IZM）
新的商業(yè)模式范例
該報(bào)告介紹了五種新的商業(yè)模式范例。
1、一切皆服務(wù)：新商業(yè)模式和互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)。從IT領(lǐng)域開始，用按使用付費(fèi)的系統(tǒng)（也稱為“一切皆服務(wù)”或XaaS）取代所有權(quán)的趨勢(shì)正在進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界。
2、更快和更短的創(chuàng)新周期。面臨的挑戰(zhàn)是如何應(yīng)對(duì)不斷縮短的上市時(shí)間，以及延長(zhǎng)的“在市時(shí)間”等不利需求，這直接影響了對(duì)技術(shù)要求的定義。但是這些挑戰(zhàn)是可以解決的，例如，提供可升級(jí)的ECS，以便在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行后期調(diào)整。
3、改善信任和安全性的新交易機(jī)制：區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈具有使整個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域創(chuàng)新的潛力。例如醫(yī)療機(jī)構(gòu)及人壽保險(xiǎn)公司等正在爭(zhēng)先恐后地確定，如何利用區(qū)塊鏈改善維護(hù)健康記錄、執(zhí)行交易，以及與利益相關(guān)者互動(dòng)的方式；在新的智能分布式能源網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)交易和微交易；以及無現(xiàn)金經(jīng)濟(jì)：虛擬貨幣和加密貨幣。
4、縱向整合和領(lǐng)導(dǎo)力。超大型企業(yè)通過在整個(gè)價(jià)值鏈上建立客戶鎖定，來垂直擴(kuò)展活動(dòng)范圍。例如，在消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域，已經(jīng)掌握了完整價(jià)值鏈（從芯片設(shè)計(jì)到零售或互聯(lián)網(wǎng)商店到最終用戶應(yīng)用）的公司取得了很大的成功，由于創(chuàng)造了生態(tài)系統(tǒng)并鎖定了完整價(jià)值鏈的客戶，從而能夠?qū)?jīng)濟(jì)危機(jī)保持更大的彈性。“虛擬垂直整合”的愿景鼓勵(lì)市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者在新興技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，為成功的商業(yè)創(chuàng)新定義條件，反之亦然，以協(xié)調(diào)技術(shù)平臺(tái)的開發(fā)（從硬件和制造到系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件工程）。在組織層面上，橫向?qū)I(yè)化的歐洲行業(yè)細(xì)分的子集，應(yīng)朝著垂直生態(tài)系統(tǒng)努力。基于該假設(shè)，戰(zhàn)略研究議程強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)做出貢獻(xiàn)并制定適當(dāng)新標(biāo)準(zhǔn)的重要性，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)是可伸縮性和互操作性功能的重要推動(dòng)者。設(shè)計(jì)環(huán)境的開發(fā)同樣重要，可以有效覆蓋整個(gè)價(jià)值鏈上的ECS設(shè)計(jì)過程。
5、當(dāng)消費(fèi)者變成產(chǎn)消者。新技術(shù)使消費(fèi)者能夠成為他們使用的服務(wù)和產(chǎn)品的共同設(shè)計(jì)者和參與者。在健康方面，患者可以提供一級(jí)的自我診斷。由于YouTube等社交媒體平臺(tái)的出現(xiàn)，數(shù)字內(nèi)容的消費(fèi)者已發(fā)展為專業(yè)產(chǎn)消者。安裝太陽能電池板的業(yè)主既是電力公司的客戶，也是電力公司的供應(yīng)商。公司甚至可以轉(zhuǎn)向最終客戶來尋求新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。但是，這種趨勢(shì)要求在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)考慮到現(xiàn)場(chǎng)的個(gè)性化。例如，在智能電網(wǎng)及新的儲(chǔ)能解決方案中，新興的寬帶隙半導(dǎo)體和集成技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這些新型電氣架構(gòu)的關(guān)鍵推動(dòng)因素。再例如，超低功耗傳感和數(shù)據(jù)處理功能的開發(fā)，結(jié)合新的能量收集技術(shù)，可以創(chuàng)建在整個(gè)生命周期內(nèi)都具有自主能源的系統(tǒng)，即有能力生產(chǎn)自身所需消耗的全部能量。這將對(duì)許多應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，如衛(wèi)生領(lǐng)域可能使用終生植入式裝置。
從人工智能出發(fā)研判未來趨勢(shì)
該報(bào)告分別針對(duì)交通與智能出行、健康與福利、能源、數(shù)字工業(yè)、數(shù)字生活等五個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，歸納了電子元器件產(chǎn)業(yè)同各領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)、面臨的主要挑戰(zhàn)、發(fā)展時(shí)間線、以及不同領(lǐng)域之間的融合。同時(shí)，從系統(tǒng)和組件的架構(gòu)-設(shè)計(jì)-集成，互聯(lián)互通性，安全性、保密性和可靠性，計(jì)算和存儲(chǔ)，電子元件和系統(tǒng)的工藝、設(shè)備、材料、生產(chǎn)等五個(gè)技術(shù)因素，探討了未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)路線圖。
在當(dāng)前新冠肺炎全球蔓延的大背景下，逆全球化勢(shì)力同貿(mào)易保護(hù)主義形成雙重疊加，勢(shì)必對(duì)我國(guó)高端制造業(yè)的發(fā)展形成沖擊。作為有效防范、化解外部風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)我國(guó)自身供應(yīng)鏈韌性和彈性的重要抓手，推進(jìn)高端芯片等在內(nèi)的先進(jìn)電子元器件國(guó)產(chǎn)化任重而道遠(yuǎn)。借鑒該報(bào)告的思路并結(jié)合我國(guó)電子元器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，可以從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)政策的角度研究探討并制定我國(guó)電子元器器件與系統(tǒng)的戰(zhàn)略研究議程。在技術(shù)層面，一方面應(yīng)該充分發(fā)揮我國(guó)在人工智能、5G技術(shù)、量子通信等應(yīng)用端的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，拉動(dòng)電子元器件產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，迅速補(bǔ)齊材料制備、器件設(shè)計(jì)、裝備研發(fā)等關(guān)鍵鏈條環(huán)節(jié)的短板；另一方面更需要大力支持科研院所、企業(yè)以及國(guó)家級(jí)科研平臺(tái)在新型存儲(chǔ)器件、類腦芯片等前沿領(lǐng)域的自主創(chuàng)新，通過原創(chuàng)性科技成果，持續(xù)推動(dòng)電子元器件產(chǎn)業(yè)向價(jià)值鏈高端攀升。在產(chǎn)業(yè)政策方面，應(yīng)該加強(qiáng)區(qū)域間協(xié)調(diào)，差異化發(fā)展電子元器件產(chǎn)業(yè)，各自結(jié)合自身產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)形成各具特色的發(fā)展方向，整體規(guī)劃產(chǎn)業(yè)鏈布局形成全鏈條式閉環(huán)系統(tǒng)。
