电子信息产业发展现状与挑战

　电子信息产业发展现状与挑战 --周喜权 前言 当今世界，信息技术日新月异，正在有力地推动着社会生产力的发展。 * 1、微电子技术的高速发展，导致芯片的运算能力及性能价格比继续按几何级数的定律增长，从而为大规模、多领域的数字化信息的加工处理、传递交流创造了条件； * 2、软件技术的高速发展，使芯片和计算机硬件具有了智能，从而成倍地扩大了计算机技术的功能和应用范围； * 3、在微电子、软件和激光三大技术的推动下，通信技术加快了从模拟向数字、从低速向高速、从单一语言媒体向多媒体的转变； * 4、计算机、通信与媒体技术的相互渗透与融合，正在将通信与信息技术的发展推向一个崭新的阶段。 一、电子信息关键技术发展趋势 * 电子信息产业的关键技术是指从产业链的角度出发，最能体现电子信息产业竞争优势、最具核心价值、最具发展潜力的技术，主要包括微电子技术、计算机技术、网络技术、通信技术、软件技术和显示技术等。其发展趋势如下: * 1、微电子技术 * 2、计算机技术 * 3、网络技术 * 4、通信技术 * 5、软件技术 * 6、显示技术 1、微电子技术 * 微电子技术在向系统集成方向发展的所有关键技术中，集成电路制造技术是电子信息硬件产品的"核心"。集成电路的应用范围十分广泛，从计算机的CPU到各种IC卡，都需要运用集成电路。 * 大规模(LSI) 超大规模(VLSI) 特大规模(ULSI) 极大规模(GSI) * 芯片面积越来越大，集成度越来越高，特征尺寸越来越小，片上系统日益完善 可编程逻辑器件的发展历程 * 随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC)芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，因而出现了现场可编程逻辑器件(FPLD)，其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻 辑器件(CPLD)。 * FPGA／CPLD芯片的规模也越来越大，其单片逻辑门数已达到上百万门，它所能实现的功能也越来越强，同时也可以实现系统集成。 * FPGA／CPLD芯片在出厂之前都做过百分之百的测试，不需要设计人员承担投片风险和费用，设计人员只需在自己的实验室里就可以通过相关的软硬件环境来完成芯片的最终功能设计。所以， FPGA／CPLD的资金投入小，节省了许多潜在的花费。 * 用户可以反复地编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同软件就可实现不同的功能。所以，用FPGA／PLD 试制 样片，能以最快的速度占领市场。 FPGA／CPLD软件包中有各种输入工具和仿真工具，及版图设计工具和编程器等全线产品，电路设计人员在很短的时间内就可完成电路的输入、编译、优化、仿真，直至最后芯片的制作。 当电路有少量改动时，更能显示出FPGA／CPLD的优势。电路设计人员使用FPGA／CPLD进行电路设计时，不需要具备专门的IC(集成电路)深层次的知识， FPGA／CPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计，快速将产品推向市场。 * 微电子技术的加速发展导致芯片的运算能力及性能价格比继续按摩尔定律增长，从而带动软件、通信等信息技术的应用达到前所未有的发展水平。目前集成电路芯片存储器容量平均每18个月就要翻一番，集成度的演变速度从3年4倍提高到2年4倍。SOC将成为集成电路设计的主流 。 SOC将成为集成电路设计的主流 * SOC(System On a Chip)的概念最早源于20世纪90年 代，SOC是在集成电路向集成系统转变的过程中产生的。集成电路设计是以市场应用为导向而发展的，而在未来市场应用的推动下SOC已经呈现出集成电路设计主流的趋势，因为其具有低能耗、小尺寸、系统功能丰富、高性能和低成本等特点。在高端或低端的产品中，SOC的应用正日益广泛。 * 由于自身的优异特点，SOC技术越来越受到市场的青睐。而集成电路工艺技术发展又极大地推动着SOC技术的进一步发展，使得SOC技术与其它（例如，MCU和DRAM等）技术一起发展，将成为集成电路设计的主流。 * IP复用技术将更完善 对SOC的界定必须包括3个方面。首先SOC应该由可设计复用的IP 核组成，IP核是具有复杂系统功能的独立VLSI模块。其次IP核应该广泛采用深亚微米以下工艺技术。再次在SOC中可整合多个MPU、DSP、MCU或其复合的IP核。由此可见，在功能、工艺和应用技术上，SOC的应用起点相当高，而IP核的可重复性设计是SOC技术实现应用的关键。 　设计可行性与可靠性将得到提高 随着集成电路设计在规模、速度和功能方面的提高，EDA业界努力寻找新设计方法。将来5～10年，伴随着软件和硬件协同设计技术、可测性设计技术、纳米级电路设计技术、嵌入式IP核设计技术和特殊电路工艺兼容技术等出现在 EDA工具中，EDA工具将得到更广泛应用。EDA工具为集成电路的短周期快速投产提供了保障，使全自动化设计成为可能，同时设计的可行性和可靠性也能得到提高。 开发手段及环境 * SOC的设计宜先从数字系统开始逐步过渡到数模混合系统 。 * 数字SOC的设计环境可以允许完全在虚拟硬件的环境下对硬件和软件配合进行调试。 * 可以把整个硬件系统包 括MCU的核加载到1个容量较大的FPGA上进行硬件、软件联合调试，进行实际电路结构的验证。这样的验证通过以后，硬件的结构就可以确定下来。如果需要的批量比较大，就可以考虑投片，余下的投片验证和成品率的验证可以由后端集成电路厂家来做。 2、计算机技术 * 计算机技术向多媒体智能化发展，计算机技术包括计算(网络计算、移动计算、并行计算等)技术、PC机、服务器及其外部设备设计开发技术、多媒体技术和人工智能技术等。 多媒体技术将使计算机、通信、家电融为一体，DVD光驱正取代CD-ROM，语言和手写识别技术以及数字图像交互技术已走向实用化，多媒体技术在微机中得到普遍运用；电脑将更加个性化和拟人化。笔记本电脑迅速发展，手持电脑也以全新的面貌推出问世。 3、网络技术 * 网络技术向多业务、高性能和大容量方向发展。 网络技术包括网络通信技术、网络安全技术和网络服务技术。目前，网络技术正向多业务、高性能、大容量的方向发展。IP业务呈爆炸式增长态势，宽带综合业务数字网(B-ISDN)、超高速因特网将成为未来网络技术发展的重点。 与传统IT或家电产品相比，信息家电往往集电脑、电信和消费类电子产品的特征于一身，使家电具有了信息获取、加工、传递等众多功能，并往往在家庭中扮演着?°家庭信息娱乐中心?±的角色。各种信息家电，上网机顶盒、MP3播放器、连网电话、连网游戏机、掌上电脑、专用连网控制器将随因特网的发展和用户各种接入的需求而迅速普及。 新型物联网络技术 * 构成环节： 物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。据业内人士初步估计，中国物联网产业链今年就能创造1000亿元左右的产值。 * 未来物联网的发展将经历四个阶段: 2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域； 2010-2015年物体互联； 2015-2020年物体进入半智能化； 2020年之后物件进入全智能化，物联网的经济效益短期内难以完全体现。 * 应用范围： 物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。 2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了?°物联网?±的概念。世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行信息交换。 4、通信技术 * 通信技术 向宽带化、个性化和综合化方向发展。通信技术包括卫星、光纤传输技术、移动通信技术、数字微波技术、有线与无线接入技术等。 ⑴低轨道卫星通信目前已经实用化； ⑵光纤传输技术使传输速度每3-4个月翻一番 ⑶移动通信技术发展迅速 ，GSM、CDMA 、GPRS 和3G走向商用。 ⑷数字微波通信系统由准同步数字系列(PDH)全面转向同步数字系列(SDH) 。 ⑸宽带接入技术发展迅速，光纤主干网站接入带宽已超过G级，Internet无线接入技术和蓝牙技术日臻成熟，现已广泛使用。 ⑹ IP电话向电信业务的渗透，使传统电信技术与IP技术融合速度进一步加快 。 移动通信发展历史 * 1995年问世的第一代模拟制式手机（1G）只能进行语音通话； * 1996到1997年出现的第二代GSM、CDMA等数字制式手机（2G）便增加了接收数据的功能，如接收电子邮件或网页； * 3G并不是2009年诞生的，早在2007年国外就已经产生3G了，而中国也于2008年成功开发出中国3G，下行速度峰值理论可达3.6Mbit/s（一说2.8Mbit/s），上行速度峰值也可达384kbit/s。 通信理论中的几个重要概念 GSM？:全球移动通讯系统（Global system for Mobile communications）的英文缩写。2G的主流技术，数据速率为9.6kb/s,属于第二代移动通信技术。 GPRS？:通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文缩写。是一种基于GSM系统的无线分组交换技术。是2.5G的主流技术。理论最高数据速率为171.2kb/s，是介于二代与三代间的移动通信技术。 3G ？:3G（third generation）表示第三代移动通讯技术。面向高速、宽带数据传输。国际电信联盟（ITU）称其为IMT-2000（International Mobile Telecom-munication）。最高可提供2Mbp/s的数据传输速率。主流技术为CDMA技术代表有WCDMA（欧，日）、 CDMA2000（美）和TD－SCDMA（中）。 CDMA ？码分多址（Code Division Multiple Access ）技术是移动通信系统中所采用的多址方式之一。 FDMA（频分多址）－不同用户分配在时隙（出现时间）相同、工作频率不同的信道上； TDMA（时分多址）－不同用户分配在时隙不同、频率相同的信道上； CDMA（码分多址）－各个用户分配在时隙和频率均相同的信道上，以伪随机正交码（PN码）序列来区分各用户。 G:表示移动通信技术的分类（是generation的缩写） 三代移动通信技术 * 第三代移动通信的目标是面向高速数据和多媒体应用。 第三代移动通信系统最早1985年由国际电信联盟（ITU）提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS），1996年更名为IMT- 2000（国际移动通信-2000），意即该系统工作在2000MHz频段。使用时，终端在室内可达2Mb/s，步行 时速率为384kb/s，高速车辆行走时为144kb/s。第三代移动通信在国际电信联盟IMT-2000的技术标准要求下，目前已通过了几项主要的3G标准。 ⑴美国的CDMA2000，中国电信集团公司增加基于ＣＤＭＡ２０００技术制式的３Ｇ业务经营许可。 ⑵欧洲的WCDMA，中国联合网络通信集团公司增加基于ＷＣＤＭＡ技术制式的３Ｇ业务经营许可。 ⑶中国的TD-SCDMA与LAS-CDMA，中国移动通信集团公司获得基于ＴＤ－ＳＣＤＭＡ技术制式的第三代移动通信（３Ｇ）业务经营许可。 在发展3G的同时，全球已开始研究开发第四代移动通信 （4G）和第五代移动通信（5G）。4G的传输速率可达10Mb/s，可以把蓝牙、无线局域网和3G技术等结合在一起组成无缝的通信解决方案及相应的产 品。5G的手机除了通话，接收丰富的多媒体信息外，还可以演示三维立体游戏，参与三维立体电视会议。 * 国内外发展预测，第三代移动通信的市场发展可能经历至少如下三个阶段： 初期，2001-2005年。其特点为：第二代移动通信继续发展和扩大，在第二代移动通信网络的基础上，在局部地区（城市等用户集中地区）提供第三代移动通信业务，数据业务速率限制在384kbps及以下，地区或国际漫游依赖于第二代移动通信系统 。 中期，2004-2010年。它是第三代移动通信系统的高速成长期，其特点为：第二代移动通信网络和系统停止发展，建设成功全国或全球覆盖的第三代移动通信网络，全面达到IMT2000的各项要求。 后期，2010年以后，全球25％以上人口使用第三代移动通信系统，第四代移动通信设备开始进入市场，提供更高速率的多媒体业务。 * 3G手机的热门业务： 手机电视：?°第五媒介?±初现端倪 手机电视将成为继报纸、广播、电视和互联网之后的?°第五媒介?±已初现端倪。未来几年，我国手机电视市场将呈现高速增长，2008年市场规模将达到13亿元。 手机游戏：让人欢喜让人忧 3G的出现，将带来高速度的移动带宽，寄托于移动通信网络与移动终端的手机游戏，将由单机版迅速过渡到类似于电脑网络游戏的时代。就在增值服务商摩拳擦掌准备出击手机游戏时，也不禁令人担忧，一旦手机游戏大面积商用，可能使学生沉溺于此而荒废学业的问题更加严重化。但愿手机游戏能真正以一种健康的娱乐方 式出现在人们面前。 手机搜索：IT业的下一个金矿 目前手机搜索的应用主要体现在两个方面：一是本地搜索应用，如公共信息服务、手机购物、地图搜索、定位搜索和黄页搜索等；二是互联网搜索应用，通过手 机随 时搜索来自WAP网站和互联网网站的信息内容，包括图片、铃声、视频、音乐等。据艾瑞市场咨询研究报告预计，2006年我国无线搜索用户规模为3400 万，同比增长230％，收入将达1.96亿元，同比增长654％。2008年，我国无线搜索用户将达12700万。2010年，我国无线搜索行业将进入成 熟期，用户数量将增长到22000万。 此外，还有在线音乐、移动办公、位置服务、手机高速上网及下载等应用，均满足了相当一部分用户的需求，在3G时代值得期待。 未来移动通信技术 * 新一代移动通信(beyond 3G/4G)将可以提供的数据传输速率高达100Mbit/s，甚至更高，支持的业务从语音到多媒体业务，包括实时的流媒体业务。数据传输速率可以根据这些业务所需的速率不同动态调整。新一代移动通信的另一个特点是低成本。这样在有限的频谱资源上实现高速率和大容量，需要频谱效率极高的技术。MIMO技术充分开发空间资源，利用多个天线实现多发多收，在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以成倍地提高信道容量。OFDM技术是多载波传输的一种， 其多载波之间相互正交，可以高效地利用频谱资源，另外，OFDM将总带宽分割为若干个窄带子载波可以有效地抵抗频率选择性衰落。 未来移动通信技术所需人才状况 * 中国的3G移动增值业务市场将达到10万亿的规模，未来将保持50%甚至更高的增长速度。因此，移动增值市场将迫切需要大量移动增值软件工程师。但这类人 才在目前的市场上非常少见，保守估计，随着3G工程大规模建设和应用步伐的加快，移动增值软件工程师人才市场缺口将达到50万人以上。 * 嵌入式软件开发是未来几年最热门和最受欢迎的职业之一。权威部门统计，我国目前嵌入式软件人才缺口每年为20万人左右，未来随着"三网融合"不断提速，3G网络全面铺开，这一数字还将成倍增长，很难想像，如果这一问题得不到解决，嵌入式软件产业未来将面临怎样的危机。 * 具有10年工作经验的高级嵌入式软件工程师年薪在30万元左右。即使是初级的嵌入式软件开发人员，平均月薪也在5000元左右，中高级的嵌入式软件工程师月薪平均已超过万元。 * 软件开发工程师实际业务所需知识，信息产业部制定3G无线软件开发工程师的业务知识标准，3G无线软件开发工程师应具备在Java ME平台，Symbian平台、WindowsMobile平台、OPhone平台、IPhone平台开发互联网应用和终端应用的技术。并结合中国国内的主流运营商平台，了解运营商的产品开发规范和开发流程。 5、软件技术 * 软件技术网络化、智能化，软件无线互联技术实用化，软件复用 和软件构件技术作为未来软件开发的发展方向，将引起软件产业的深刻变革。 由于软件和芯片设计相互融合和渗透，使得软件技术的发展将把高速处理器、大容量存储器、高速光通道和先进的人机自然交互充分结合和利用起来，使网络高速智能化。 软件无线互联技术趋于实用，无线互联技术已经成熟，并且形成了WAP(无线接入协议)标准，开始进入大规模商业应用，从而使移动设备、移动计算设备接入互联网成为可能，这将大大推动PDA、笔记本电脑、手机、车载信息设备的发展，使网络的接入终端设备更加多样化。 6、显示技术 * 显示技术向大屏幕、平板方向发展，新型显示器件正成为国际新兴产业，在电子信息产业中的地位日益重要。 在99年，一个15英寸的球面显示器已经是国内很多普通工薪阶层可望而不及的奢侈品；但仅仅两年之后，17英寸的物理纯平CRT彻底征服了高层；而在2004年开始，轻薄的液晶显示器则开始步入主流家庭，成为新一代的首选；直到2009年，人们已经开始追求更大屏幕，更大分辨率，更真实色彩的液晶显示器。 CRT显示技术 LED显示技术 * NEC SpectraView 2180WG-LED开创性地采用了LED背光技术，利用一列48个LED反射代替荧光管作为背光源，亮度更加均匀，并且获得高对比度、高保真度，色彩更加丰富，填补了LCD在色彩转换和寿命上的局限性，解决了LCD显示器上所有关于静态显示方面的问题。 * 在2006年的LCD技术领域，最值得关注的自然就是明基的插黑技术。 与LCD不同，在观看CRT显示器时，脉冲式的模拟信号从一帧画面平滑渐变到下一帧画面；而液晶显示器的数字信号则是以稳态式还原成画面，一个液晶像素点从一个颜色瞬间变成另外一种色彩，从而就出现了人眼的视觉残留。因此，即使液晶灰阶响应时间（GTG）降到0ms，人们在欣赏影片或玩游戏时，仍然有可能看到些微的拖影，之所以人眼会感觉到拖影现象，不但与液晶面板的响应速度有关，与人类自身视觉成像原理也是有关的有关。 而在明基AMA技术支持下，通过在两个画面之间插入全黑画面的方式，让人眼在观赏动态画面时，产生的视觉残留出现一个每一帧之间色彩过渡的中间状态，模拟出CRT显示动态画面时较为平稳的过渡，让人眼无法感受到拖影或残影的现象。 * 2007年对液晶显示器市场而言，绝对是值得记住的一年。继2006年液晶显示器开始走向普及之后，2007年液晶显示器开始走向了追求更高性能、更大尺寸的发展快车道。 在2007年，动态对比度技术无疑成为了市场最耀眼的焦点 。就实际应用而言，动态对 比度高的液晶显示器，在颜色偏黑的场景下作用非常明显，可以令细节表露无疑。而在其他场景下，也可以令到颜色更加鲜明，艳丽。从这点来看，动态对比度并非旧观念所认为的完全没有用，而是确实可以提升LCD的显示性能的。当然，动态对比度也有一定的劣势，比如看久了会加速眼睛的疲劳等，而且动态对比度也只在特定场景下才开启。 显示接口技术 * 在2008年里，液晶显示器的发展已经日趋成熟，而在显示器接口方面，延用多年的VGA与DVI接口除了受到HDMI的挑战外，还出现了一个新的取代者，那就是DisplayPort接口。 * Displayport接口标准是 视频电子标准协会(VESA)所制定的一个数据传输接口标准，目前最新的版本为DisplayPort 1.1。作为DVI的继任者，DisplayPort将在传输视频信号的同时加入对高清音频信号传输的支持，同时支持更高的分辨率和刷新率。DisplayPort 1.1最大支持10.8Gb/S的传输带宽。 * 十年的显示器发展之路，可以简单的归结为无数个技术面世、普及、淘汰；无数个产品上市、降价、退市的一个过程。在这个过程之中，十年之后显示器市场已经发生了翻天覆地的变化。至于显示器未来如何发展，我们拭目以待。 * Dell 2209wa引起一波广视角的热潮。Dell 2209wa采用的是E-IPS面板，所谓的E-IPS面板，其拥有和IPS一样178度广视角、面板无压痕等优点，同时颜色更锐丽、图像无拖尾。 二、市场需求变动趋势 * 电子信息产业的新技术层出不穷，然而，任何一项技术只有最终成为产品并且获得市场的认同，才能算是真正的成功。产品市场需求的变动趋势主要包括产品市场规模、产品市场分布和产品市场结构三个方面。 1、全球经济兴衰决定市场规模 从产品市场规模的时间变动趋势来分析，世界电子信息产品市场规模伴随着全球经济的兴衰而起伏。在经济全球化的影响下，全球经济的兴衰决定了全球市场对信息流有效需求的大小，从而间接决定了电子信息产品的市场规模。 2、市场分布开始向亚太地区扩散 美国既是世界第一大电子信息产品生产国，也是第一大销售市场 。 日本为世界第二大电子信息产品生产和销售国 。 目前我国已成为全球最大的电子信息产品制造基地，在通信、高性能计算机、数字电视等领域也取得一系列重大技术突破。 3、以计算机和通信产品为代表的投资类产品占市场主导地位 近年来，电子信息产品市场竞争激烈，产品价格不断下降，但总的销售市场仍在发展，特别是计算机和无线通信产品。 三、产业国际分工趋势 * 从全球范围看，电子信息产业具有广泛的国际性，产 业梯次转移发展，产业全球化的趋势十分突出。产业全球化是指产业组织在全球范围内的扩张和活动、产业结构在全球范围内的演变和升级。 第一，产业分工的范围和内容发生变化 。 第二，产业分工的形成机制发生变化。 第三，水平性分工成为产业分工的主要形式。 第四，产业分工具有垂直结构特征。 目前我国电子信息产业已初具规模，形成了珠江三角洲、长江三角洲、福建厦门沿海和环渤海地区四大电子信息产业带。珠江三角洲正在成为世界性的电子信息产品零部件和电机组装的集散地；长江三角洲的电子信息产品制造业如半导体、笔记本电脑、手机及零部件等正在蓬勃发展具有相当实力。