除了CP值,半導體業愈來愈要求「時間性能」:為資訊時代打造基礎建設

2024-05-06 10:40

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「後5G(Post 5G)」時代所要求的半導體

在5G中,為了能應對多樣化的服務以及使用情況,要求基地台要靈活化。也就是說,必須要透過在通用處理器將功能虛擬化或分段化,才能靈活地構築網路。

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另一方面,5G之後,電波難以飛出,覆蓋範圍變小,所以要求基地台小型化。也就是說,要能用便宜的費用將許多基地台設置在都會中,就一定要縮小電力、容積和重量。通訊事業經營者的目標就是「5瓦特、5公升、5公斤」。

在小型基地台中,不會使用到大量的電力,所以不得不降低處理器的效能。為了補足不夠的效能,就需要電效率較高的硬體加速器。將搭載FPGA或ASIC的網路卡裝到處理器上,運算量大的定型化處理則交給電腦硬體。

就像這樣,即便從5G起就引進通用處理器(實際上,在4G以前是使用利用ASIC的專用硬體),決定效能與成本的關鍵還是在FPGA以及ASIC上。

我們試算了一下,在通用處理器上,將FPGA以及ASIC當作加速器來裝備時,會須要追加多少的費用、電力、容積以及量。算出來的結果統整成了表5-1。只要改變設想的條件,數值也會改變,但還是能進行相對的比較。

表5-1:5G基地台電腦硬體的時間效能(圖/時報出版)
表5-1:5G基地台電腦硬體的時間效能(圖/時報出版)

在電力制約下,將引出的效能用處理器、FPGA以及ASIC來進行比較,結果會是1/50:1/30:1/6,大約是1:2:8。要引出效能,ASIC是極為有效的。CPU以及FPGA的電效率很糟的原因是,需要相當多用於能夠設計程式的電路。為了讓之前的軟體也能派上用場,過往的陳年汙垢就會堆積在電路上。

可是少量生產的ASIC有個讓人擔心之處,就是成本高。自7nm以後,單是光罩的價錢就要花費十億日幣。然而若生產十萬個,價錢就會變成是處理器價錢的1/10。也就是說,處理器的利潤率就是這麼高。

近年,世界的潮流發生了改變,變成不用通用晶片而是開發出專用晶片(ASIC),其改變的原因就在於要削減電力與成本。也就是說,因為性價比高,製造ASIC的效能比較好,而且也能降低成本。

以前通訊機器製造商也很積極地在開發ASIC。1990年代時,電晶體數曾達到十萬個左右,所以在幾個月內就開發出了ASIC。可是現今,電晶體數都增加到了十億個,單只是設計就要耗時超過一年。

也就是說,集積度提高了,卻不能接受要花在設計.驗證上的時間,這就是ASIC的問題。再加上,日本持續在喪失ASIC的設計能力也成了一大問題。由於半導體產業的夕陽化而導致人才流失是很大的一個打擊。

通訊是基礎設施事業,所以事業的持續性是最重要的。擁有頻率分配的既得權益,能穩定發展業務的通訊業者,會訂好規格,讓多個供應商一同競爭。供應商在嚴峻的國際競爭中,只有少數大型廠商在M&A最後生存了下來。可是最近的潮流是為了保障經濟安全而要確保供應鏈,所以我們得要重新審視這樣的產業結構。

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