2019-й станет годом изменений в полупроводниковой промышленности, когда новые области исследований будут подстёгивать технологические прорывы
2019-й начался со сдержанного оптимизма по поводу полупроводниковой промышленности, несмотря на все чёрные тучи, что сгущаются на горизонте. Такие сегменты рынка, как криптовалюты и виртуальная реальность, не оправдывают ожиданий, рынок смартфонов выглядит насыщенным, цены на DRAM падают, что заставляет урезать расходы. Компании, занимающиеся автоматизацией проектирования электронных устройств, говорят о приостановке продаж в Китае в свете торговой войны между ним и США. На рынке потребительской электронике наблюдается замедление, о чём свидетельствуют последние данные о заработках Apple.
Но на фоне всего этого некоторые моменты заставляют нас испытывать радостное возбуждение. Быстрое внедрение ИИ подпитывает прогресс в таких областях, как автомобильная промышленность и интернет вещей. 5G, ещё одна важная возможность, готовится к серьёзному внедрению. Количество новой разрабатываемой электроники растёт, что порождает восстановление ASIC и появление встроенных FPGA.
Главные разочарования
Большая часть криптовалют упала на 75% в течение 2018 года, и признаков стабилизации пока не наблюдается. «Bitcoin продолжает падать и может не восстановиться в 2019-м», — предупреждает Том Вон, директор по маркетингу и дизайну компании Cadence Design Systems. «Это серьёзно повлияет на производство кремниевых подложек, поскольку большое их количество потребляет криптоиндустрия. В связи с тем, что стоимость майнинга превосходит ценность биткоина, многие майнеры покинули рынок. И эта тенденция захватывает не только частников. Я предсказываю, что у промышленных майнеров это выльется в ещё более крупную проблему из-за их накладных расходов (электричество, серверная инфраструктура, здания и т.п.). Думаю, что некоторые из них могут совсем закрыться».
Ещё одним разочарованием 2018-го стала дополненная и виртуальная реальность. «Проблемы с принятием AR и VR в том, что они пока что не подходят для серьёзного погружения», — говорит Саймон Форест, директор Connectivity & Connected Home for Imagination Technologies. «И технологию подводят не разрешение графики или визуальное качество, а качество работы с ней в целом, которое до сих пор остаётся низким».
С ним соглашается Томас Урман, директор по бизнес-развитию из EV Group. «Наработка контента – ещё одна проблема, — говорит он. – Использование технологии будет ограниченным, пока скорость передачи видео не станет достаточно высокой, и пока мы не дойдём до приемлемых значений задержки, при которых человека не будет укачивать. Она может заменить экран компьютера, но для широкого применения AR нужно будет дождаться, пока не внедрят 5G, а на это уйдёт какое-то время».
И это, возможно, не все проблемы. «Видео на 360° и пространственное аудио, создающее эффект присутствия, выглядят многообещающе в деле расширения рынка за пределы потребностей хардкорных геймеров, но нам нужны наборы стандартов для видео и аудио, вокруг которых могли бы собраться контент-провайдеры, — добавляет Форест. – Кроме того, нам нужны стандарты, относящиеся к дополнительным чувствам человека, осязанию и обонянию. Это выделит VR из группы форматов контента с более слабым эффектом присутствия. А до тех пор VR останется нишевой темой, ограниченной в применении».
Ведущее место за ИИ
На рынке полупроводников есть несколько ярких точек, которые должны обеспечить ускорение роста и компенсировать падение цен на память. «В частности, большие надежды вселяет критическое увеличение инвестиций в новые специализированные процессоры, например, для ИИ и машинного обучения», — сказал Уолли Райнс, почётный директор компании Mentor, принадлежащей Siemens. «Для многих приложений из области распознавания закономерностей и анализа данных, чипы традиционной архитектурой не дают адекватного быстродействия и такой экономии энергии, какая требуется для новейших алгоритмов МО. В результате очень ускорилась разработка специализированных чипов. Это также стало стимулом разработки новых методологий дизайна чипов, многие из которых используют ИИ для улучшения процесса».
Однако верить в то, что ИИ разгонит эту индустрию, нужно с осторожностью. «Вероятно, что ИИ у многих компаний войдёт в фазу „избавления от иллюзий“ знаменитого цикла шумихи компании Gartner, — предупреждает Форест. – Индустрия быстро сообразит, что ИИ не может ответить на все вопросы, и шумиха поуляжется. Кто-то быстро сменит фокус развития, гарантируя сохранение полезных возможностей ИИ, дополняющих существующие системы, но ИИ не обязательно останется центральной опорой работы этих систем».
Необходимо определить ожидания. «Мы все мечтаем об ИИ-устройствах или роботах, способных выполнять приказы в свободной форме, вроде „помой посуду“, „покрась забор“ или „поехали к дому родителей“, но мне видится, что в 2019-м рост ИИ будет связан с упрощением рутинных задач, которые можно автоматизировать, добавив ИИ, в частности, в областях распознавания голоса или изображений», — говорит Марк Гринберг, директор группы маркетинга продуктов в IP Group в компании Cadence. «К примеру, если вам не нравится набирать на клавиатуре микроволновки время приготовления, то распознавание голоса – в виде отдельного приложения или работающее при помощи портала для виртуального помощника – позволит вам вслух приказать микроволновке разогреть вашу еду. Мы увидим больше офисных систем безопасности, использующих распознавание лиц для открытия дверей, и, возможно, предупреждающих службу безопасности в случаях, когда за авторизованным пользователем в открытую дверь пытается пройти кто-то чужой».
ИИ до сих пор находится в младенческом состоянии, несмотря на всю скорость развития. «Идёт много разговоров об опасности ИИ, но они, судя по всему, основаны на концепциях сингулярности и этики, взятых из научной фантастики», — отмечает Дэвид Харольд, вице-президент по маркетинговым коммуникациям из компании Imagination. «Сегодня применении ИИ находится в руках людей – и именно на этих людей, особенно на тех из них, кто наделён законодательными возможностями, мы должны обратить внимание, пытаясь гарантировать, что ИИ станет помогать обществу, а не обременять его».
Для реализации ИИ существуют две сильно различных области: обучение и проведение логических умозаключений. Умозаключения могут происходит либо в дата-центре, либо на стороне клиента.
ИИ в дата-центрах начинает значительно изменяться. «На сегодня в нейросетях дата-центров доминируют GPU от Nvidia и Intel Xeon, — говорит Джеоф Тэйт, директор Flex Logix. — Tesla T4 от Nvidia была единственной массово используемой картой для тренировок дата-центров. Goya от Habana будет первым продуктом, чьи стоимость и быстродействие значительно превзойдут Tesla T4. В 2019-м запустятся новые движки с оптимизированным процессом логических построений, а их внедрение в дата-центры ускорится, что резко уменьшит долю рынка, занимаемую Nvidia. Собственные ускорители принятия решений, к примеру, Inferentia от Amazon, внесёт свою лепту в эту тенденцию».
И тенденция, скорее всего, будет продолжаться. «Доминирование Intel в дата-центрах будет снижаться, — добавляет Тэйт. – Специально предназначенные для тренировок и принятия решений движки заберут значительную часть обработки данных у нейросетей, построенных на процессорах Xeon. Приобретённым Intel нейросетям ещё только предстоит набрать обороты. А это критически важно, поскольку нейросети составляют быстро растущую долю вычислительных нагрузок в дата-центрах, и [обычные] процессоры не могут соревноваться с чипами, оптимизированными для нейросетей».
Движение в сторону оптимизированных архитектур позволит реализовать системы принятия решений на стороне пользователя. «В следующем году мы увидим значительный прогресс в разработке адаптивных, обучающихся систем, которые можно будет использовать как в облаке, так и в потребляющих немного энергии, автономных приложениях на стороне пользователя, — говорит Дэвид Уайт, старший директор группы исследований и разработки Custom IC & PCB Group компании Cadence. – Это потребует более эффективной комбинации машинного и глубинного обучения с адаптацией, нацеленной на оптимизацию. Это также заставит плотнее заняться контролем систем, использующих ИИ в промышленности и транспортных перевозках. Это не такая большая проблема, как облачный маркетинг или скорость обработки изображений, но в процессе интеграции ИИ и глубинного обучения в перевозки, производство, интернет вещей, другие области, где критически важна безопасность, эта проблема будет расти».
Переезд на сторону клиента займёт определённое время. «Для реализации настоящего ИИ на стороне клиента нам нужно рассмотреть инновационные методы улучшения плотности упаковки транзисторов на кремниевых чипах, — отмечает Форест. – Мы ожидаем увидеть совершенно новые способы создания систем на чипе, у которых есть как возможности получать новые знания через обучение, так и необходимые навыки логических построений для адаптации. До появления таких возможностей должно пройти ещё несколько лет».
5G
Комбинация ИИ и 5G станет большим подспорьем для индустрии. «ИИ и 5G – технологии, необходимые для создания робомобилей, — говорит Лауро Рицати, консультант по контролю. – Также эти технологии послужат созданию новых гаджетов из области интернета вещей, которые будут применяться во множестве областей, полезных и не очень. ИИ и 5G создадут ещё больше возможностей для бизнеса и создания новых рабочих мест для инженеров, чем в 2018 году».
Мы можем также ожидать расширения сетей. «В 2019 году 5G будет работать как апгрейд для существующих сервисов, — говорит Форест. – Технология неизбежно начнёт работать сначала в городах, а потом в течение нескольких лет будет расширять область применимости, когда смартфоны станут включать в себя поддержку беспроводных технологий 5G. Компании будут экспериментировать с 5G для доставки данных от ИИ в облако, среди устройств из интернета вещей, скорее всего, появятся 5G-модемы, а также, возможно, появится стремление создавать 5G-модемы с низким потреблением энергии, чтобы помочь этой технологии распространиться среди продуктов для интернета вещей».
В некоторых случаях эти технологии внедряются слишком быстро. «В Токио активно продвигали 5G, но они опередили принятие стандарта, — говорит Урман. – Мы увидим много дополнений. Всё это происходило слишком быстро. Эта история должна развиваться в 2020-2021, а потом на рынок выйдет AR. Но для производства в больших масштабах через три года технология должна быть готова уже сегодня. Для использования AR физического подключения не нужно – нужны центры, нужна возможность демонстрировать помещения – тут ключевую роль сыграет контент».
Автотранспорт
Технологии, используемые в робомобилях, изменят не только перемещение легковых и грузовых машин, но и финансовый ландшафт, связанные с их покупкой, обслуживанием и страхованием, причём так же сильно, как изменятся технологии, которые будут работать под капотом или за приборной доской. «Честно говоря, пока рано говорить о том, кто выиграет гонку и сможет первым предложить автономный автомобиль, но можно сказать, что все основные автопроизводители и новички в этой области активно вкладываются в разработку, и хотят пораньше выйти на рынок», — говорит Брайс Джонстон, директор автомобильного сегмента компании Imagination. «Я ставлю на то, что первые значительные подвижки случатся в таких коммерческих областях, как роботакси и конвои грузовых автомобилей, которые привлекают наибольшее внимание общественности – когда эта технология работает, есть в ней что-то такое сверхъестественное».
Кто-то хочет приобрести собственный робомобиль. «В 2019 году мы увидим переключение индустрии робомобилей на верхнюю передачу, когда по всему миру начнёт проходить больше пилотных испытаний», — говорит Джан Пей, директор и один из основателей Cepton Technologies. «Потребители уже смогут наслаждаться активными функциями безопасности третьего уровня, как только это будет разрешено чиновниками – возможно, уже в 2019-м. Среди этих функций – помощь в разгоне, рулении и торможении, что ещё больше увеличит безопасность вождения. С увеличением количества заказов на лидары от автопроизводителей и OEM-компаний, компании, занимающиеся лидарами будут испытывать проверку на прочность. Мы увидим серьёзную консолидацию рынка лидаров, поскольку многие компании пока не готовы производить их в таких масштабах, какие требуются автомобильной индустрии. В результате малая доля компаний будет процветать, а множество других будут куплены более крупными игроками, сольются с другими или даже просто закроются».
С продвижением автомобильной промышленности предъявляются новые требования и к разработке чипов. «Производители автозапчастей требуют от поставщиков нулевой отбраковки чипов, чтобы гарантировать, что увеличение доли электронных составляющих в автомобиле не будет увеличивать количество бракованных автомобилей», — говорит Арт Шальденбренд, главный менеджер продукта из Cadence. «Судя по данным по возвратам изделий, порядка 80-95% из тих возвратов происходят из-за аналоговых элемнтов. В результате, независимые изготовители микросхем, поставляющие товар автопроизводителям, должны обзавестись инструментами для анализа покрытия своих тестов. В 2019 вступает в силу IEEE P2427, стандарт моделирования и покрытия аналоговых дефектов, определяющий, как отказы модели участвуют в расчёте тестового покрытия».
В 2019-м мы также увидим обновления ISO 26262. «Новое поколение ISO 26262 вышло в декабре 2018, — добавляет Шальденбренд. – Стандарт ISO 26262-11:2018, нормативы применения ISO26262 к полупроводникам, обеспечил первые определённые нормативы по анализу безопасности полупроводниковых схем».
Автоиндустрия предъявляет требования к увеличению количества различных инструментов обеспечения безопасности. «Функциональная безопасность превратилась в основной повод для беспокойства в индустрии полупроводников и разработки систем, и главным их применением служат робомобили», — говорит Серджио Марчезе, технический менеджер по маркетингу из OneSpin Solutions. «В 2019 году мы увидим увеличение требующих решения вопросов безопасности в других областях. Владельцы домов и предприятия не хотят, чтобы пропущенный кем-то баг или альфа-частица отключили сигнализацию или датчики, сделав их уязвимыми для вторжения».
Интернет вещей (IoT)
За последние пару лет проникновение [этой области в нашу жизнь] неслышно продолжалось. «Наступающий год сконцентрируется на упрощении разработки и масштабного внедрения вертикально интегрированных решений, а конкретно – использующих IoT, — говорит Вивек Мохан, директор по IoT в Semtech. – Пример – индустрия розничных продаж, в этой области мы продолжим значительно вкладываться в технологии IoT, как в онлайне, так и в физических магазинах, что позволит игрокам на рынке отвоевать сегменты побольше. Эти сети будут испытывать давление требований улучшения эффективности в таких областях, как экономия энергии и соответствие стандартам – безопасности еды, приватности данных, безопасности рабочих, и так далее».
Это повлияет на многие аспекты сообщества. «В 2019 случится всплеск появления продуктов для „умного дома“, интеллектуальный контроль IoT проявит себя в таких областях, как освещение дома, полив и отопление/охлаждение, увеличит автоматизацию и эффективность повседневных задач, — предсказывает Арм. – Однако развитие машинного обучения и компьютерного зрения позволит городским властям заниматься не только уменьшением расходов (к примеру, установкой умного светодиодного освещения улиц), но и вовлечением граждан в жизнь города и сбором средств из таких областей, как нарушения красного сигнала светофора, точки доступа WiFi, сервисы 5G, умные небоскрёбы, распознавание и анализ преступлений, широковещательное распространение информации».
Энергопотребление – большая проблема многих вариантов применения IoT. «В 2019 году многие сконцентрируются на экологически устойчивых системах питания, которые позволят реализовать широкое распространение IoT, — говорит Дэвид Су, директор Atmosic Technologies. – Для уменьшения энергопотребления устройств IoT индустрия будет применять передовые технологии разработки, масштабирование и совершенствование технологических процессов, оптимизацию и кастомизацию дизайна. В результате мы увеличим срок работы аккумуляторов. Улучшение конструкции позволит реализовать такие функции, как пробуждение по запросу для уточнения циклов сна и работы устройства, что ещё сильнее уменьшит потребление энергии. Конечная цель уменьшения потребления – „вечный“ аккумулятор. В 2019-м мы увидим устройства, аккумулятор в которых работает в течение всего времени их жизни».
Другая важная проблема IoT – безопасность. «Хотя в 2018-м мы видели начало совместной работы по повышению безопасности полупроводниковых устройств, подсоединённых к сети, в 2019-м ещё больше компаний будут работать вместе и выдавать более простые и надёжные решения по внедрению продуктов и услуг», — говорит Мартин Скотт, технический директор, старший вице-президент и главный менеджер по криптографии из Rambus. «Один из путей такой совместной работы – использование открытого кода и железа. Открытая природа RISC-V ISA может вдохновить инновации и способствовать широкому распространению, что приведёт к совместному использованию наилучших практик. Но мы не можем ограничиться только железом – существует реальная потребность в улучшении безопасности ПО и сетевых подключений».
Для обеспечения безопасности SoC нужно проделать много работы. «В процессе разработки не должны происходить утечки конфиденциальной информации, и она должна быть защищённой от взлома и других внешних атак, — говорит Марчезе. – Трояны в железе, типа внедрённых со злонамеренными целями выключателей или чёрных ходов, становятся одной из основных проблем. Большая часть интеграторов SoC и информационных провайдеров не относятся к этому риску достаточно серьёзно. Мы ожидаем, что в 2019-м году многие компании начнут знакомиться с этой темой, и кто-то будет изучать новые инструменты и процессы, позволяющие отлавливать троянов».
