電子元器件作為信息技術的重要基石，對于由物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、量子信息等變革技術所驅動的第四次工業(yè)革命有著不言而喻的重要性。由歐洲納米電子技術研究協(xié)會、歐洲嵌入式智能系統(tǒng)先進研究與技術產業(yè)協(xié)會和歐洲智能系統(tǒng)集成技術平臺聯(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》報告，以“人工智能及其所產生的影響”為主題，通過系統(tǒng)性的分析和梳理影響電子元器件產業(yè)發(fā)展的新技術路線、新商業(yè)模式、新社會范式等重要因素，闡述了在全球競爭中對電子元器件發(fā)展起關鍵作用的應用領域和所需基本能力。
伴隨著人工智能時代的加速到來，各應用領域對電子元器件的需求將呈爆發(fā)式增長。據(jù)著名市場研究與咨詢機構Tractica 預測,由AI軟件應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。如此巨大的市場前景必將重塑電子元器件產業(yè)的發(fā)展格局。其中，可以預見的未來趨勢包括高性能計算從云端轉移到邊緣，數(shù)據(jù)處理能力的提升帶來對新型存儲方案、架構的持續(xù)需求，智能移動設備廣泛應用后對器件性能和功耗的要求提高等。另外，由人工智能、機器學習和人機交互所創(chuàng)造的新產品和新服務，5G技術所帶來的無限互聯(lián)能力，區(qū)塊鏈所帶來的新型安全范式也會深刻影響電子元器件產業(yè)的未來發(fā)展。
圖1 全球市場中人工智能的收入：2016年～2025年（預測）（來源：Tractica）
用系統(tǒng)思維看待電子元器件產業(yè)現(xiàn)狀
歐洲的未來必須依靠強大的歐洲電子元器件與系統(tǒng)（ECS）產業(yè)來塑造。這是用系統(tǒng)性思維看待電子元器件及其價值鏈的相互關聯(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)，又同時包含以電子元器件為基礎由下至上發(fā)展，最終拓展到應用層面的產品與服務相融合的生態(tài)系統(tǒng)。該報告指出，到2030年，數(shù)字化、自動化、人工智能將會為全球GDP帶來13萬億美元的增長。思考如何形成一個涵蓋從電子元器件、軟件設計技術與工具，到軟硬件模塊，再到智能產品和系統(tǒng)，最終服務于不同應用的多層級產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是運用系統(tǒng)性思維發(fā)展電子元器件產業(yè)的關鍵。
以應用領域為主線分析電子元器件產業(yè)的機遇與挑戰(zhàn)。該報告指出過去很長一段時間，微電子產業(yè)的發(fā)展主要是由摩爾效應及同產業(yè)并行發(fā)展的軟件產業(yè)所驅動。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，產業(yè)技術發(fā)展的路線圖同應用路線圖極大程度上是相互獨立的。伴隨著尺度效應接近物理和經濟上的極限，技術路線圖和應用路線圖變得更加相互關聯(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)和社會的市場產品和服務的巨大機遇，也是迫切的需求，涉及整個ECS價值鏈的廣泛研究和創(chuàng)新主題，從設備、材料、生產技術、封裝和裝配技術、嵌入式軟件到體系結構和設計工具、建模和模型庫，以及整個不同級別抽象的完整功能塊，包括智能系統(tǒng)集成和復雜的信息物理系統(tǒng)，甚至包括飛機、汽車、機器人生產設施網絡和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），低功耗、高性能數(shù)據(jù)和計算中心。如果歐洲要在內部維護這些關鍵技術和能力，就必須認識到數(shù)字社會帶來的機遇和威脅。
由應用領域所帶來的技術機遇主要包括，超越CMOS時代的量子計算、儲備次計算等新計算范式，以及以未來高性能、超低能耗器件為目標的新材料、工藝技術、新型納米器件的架構等。同時，對于歐洲電子產業(yè)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)，包括貿易保護主義、缺乏行業(yè)領導者、技術型人才不足等。
圖3 電子元器件的異構集成領域與傳統(tǒng)的PCB和晶片級技術融合（來源：Fraunhofer-IZM）
新的商業(yè)模式范例
該報告介紹了五種新的商業(yè)模式范例。
1、一切皆服務：新商業(yè)模式和互聯(lián)網經濟。從IT領域開始，用按使用付費的系統(tǒng)（也稱為“一切皆服務”或XaaS）取代所有權的趨勢正在進入現(xiàn)實世界。
2、更快和更短的創(chuàng)新周期。面臨的挑戰(zhàn)是如何應對不斷縮短的上市時間，以及延長的“在市時間”等不利需求，這直接影響了對技術要求的定義。但是這些挑戰(zhàn)是可以解決的，例如，提供可升級的ECS，以便在現(xiàn)場進行后期調整。
3、改善信任和安全性的新交易機制：區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈具有使整個經濟領域創(chuàng)新的潛力。例如醫(yī)療機構及人壽保險公司等正在爭先恐后地確定，如何利用區(qū)塊鏈改善維護健康記錄、執(zhí)行交易，以及與利益相關者互動的方式；在新的智能分布式能源網絡中實現(xiàn)交易和微交易；以及無現(xiàn)金經濟：虛擬貨幣和加密貨幣。
4、縱向整合和領導力。超大型企業(yè)通過在整個價值鏈上建立客戶鎖定，來垂直擴展活動范圍。例如，在消費電子產品領域，已經掌握了完整價值鏈（從芯片設計到零售或互聯(lián)網商店到最終用戶應用）的公司取得了很大的成功，由于創(chuàng)造了生態(tài)系統(tǒng)并鎖定了完整價值鏈的客戶，從而能夠對經濟危機保持更大的彈性。“虛擬垂直整合”的愿景鼓勵市場領導者在新興技術發(fā)展的基礎上，為成功的商業(yè)創(chuàng)新定義條件，反之亦然，以協(xié)調技術平臺的開發(fā)（從硬件和制造到系統(tǒng)設計和軟件工程）。在組織層面上，橫向專業(yè)化的歐洲行業(yè)細分的子集，應朝著垂直生態(tài)系統(tǒng)努力。基于該假設，戰(zhàn)略研究議程強調對標準化活動做出貢獻并制定適當新標準的重要性，因為標準是可伸縮性和互操作性功能的重要推動者。設計環(huán)境的開發(fā)同樣重要，可以有效覆蓋整個價值鏈上的ECS設計過程。
5、當消費者變成產消者。新技術使消費者能夠成為他們使用的服務和產品的共同設計者和參與者。在健康方面，患者可以提供一級的自我診斷。由于YouTube等社交媒體平臺的出現(xiàn)，數(shù)字內容的消費者已發(fā)展為專業(yè)產消者。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商。公司甚至可以轉向最終客戶來尋求新產品的設計。但是，這種趨勢要求在設計產品時考慮到現(xiàn)場的個性化。例如，在智能電網及新的儲能解決方案中，新興的寬帶隙半導體和集成技術是實現(xiàn)這些新型電氣架構的關鍵推動因素。再例如，超低功耗傳感和數(shù)據(jù)處理功能的開發(fā)，結合新的能量收集技術，可以創(chuàng)建在整個生命周期內都具有自主能源的系統(tǒng)，即有能力生產自身所需消耗的全部能量。這將對許多應用領域產生深遠影響，如衛(wèi)生領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
該報告分別針對交通與智能出行、健康與福利、能源、數(shù)字工業(yè)、數(shù)字生活等五個應用領域，歸納了電子元器件產業(yè)同各領域的關聯(lián)、面臨的主要挑戰(zhàn)、發(fā)展時間線、以及不同領域之間的融合。同時，從系統(tǒng)和組件的架構-設計-集成，互聯(lián)互通性，安全性、保密性和可靠性，計算和存儲，電子元件和系統(tǒng)的工藝、設備、材料、生產等五個技術因素，探討了未來產業(yè)發(fā)展的技術路線圖。
在當前新冠肺炎全球蔓延的大背景下，逆全球化勢力同貿易保護主義形成雙重疊加，勢必對我國高端制造業(yè)的發(fā)展形成沖擊。作為有效防范、化解外部風險，增強我國自身供應鏈韌性和彈性的重要抓手，推進高端芯片等在內的先進電子元器件國產化任重而道遠。借鑒該報告的思路并結合我國電子元器件產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，可以從技術和產業(yè)政策的角度研究探討并制定我國電子元器器件與系統(tǒng)的戰(zhàn)略研究議程。在技術層面，一方面應該充分發(fā)揮我國在人工智能、5G技術、量子通信等應用端的先發(fā)優(yōu)勢，拉動電子元器件產業(yè)加速發(fā)展，迅速補齊材料制備、器件設計、裝備研發(fā)等關鍵鏈條環(huán)節(jié)的短板；另一方面更需要大力支持科研院所、企業(yè)以及國家級科研平臺在新型存儲器件、類腦芯片等前沿領域的自主創(chuàng)新，通過原創(chuàng)性科技成果，持續(xù)推動電子元器件產業(yè)向價值鏈高端攀升。在產業(yè)政策方面，應該加強區(qū)域間協(xié)調，差異化發(fā)展電子元器件產業(yè)，各自結合自身產業(yè)基礎形成各具特色的發(fā)展方向，整體規(guī)劃產業(yè)鏈布局形成全鏈條式閉環(huán)系統(tǒng)。
