6G对半导体有着怎样的需求，又半导体的技术创新提出了哪些挑战？在3月20日举办的SEMICON CHINA开幕主题演讲中，紫光集团执行副总裁、紫光展锐CEO任奇伟表示，在过去40年，通信产业与半导体产业相辅相成，而6年之后的2030年，既承载着半导体产业销售额突破1万亿美元的愿景，也是ITU（国际电信联盟）定义的6G元年，这说明通信与半导体互相推动、互促发展的关系将长期存在。
6G对半导体技术提出四大需求
在5G之前，移动通信以通信为核心。而6G时代，通信网络会进化为移动信息网络，实现通信、感知、计算、人工智能的大融合，以及空天地的一体化。任奇伟表示，6G是通感算知融合、天地一体的移动信息网络。
2023年6月，ITU发布了《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》，定义了6G的六大应用场景，并提出了15个关键能力指标。在6个应用场景中，沉浸式通信、大规模通信、超可靠低时延是5G三大场景的升级版。此外，还有感知通信一体化、AI通信一体化、泛在连接三个新的应用场景。而15个关键能力指标中，有9个继承自5G，包括峰值数据速率、连接密度、时延等。另外6个指标则是ITU围绕6G特性定义的新指标，包括覆盖、感知相关能力、AI相关能力、互操作性、可持续性和定位。可以说，6G很多指标相对5G都有一个数量级甚至两个数量级的提升，并反映了感知、AI与通信融合的新趋势。
与此同时，6G还包含诸多的核心技术，比如卫星与地面协同的“星地协同技术”、达到太赫兹的超高频通信、通过零功耗被动器件实现的低功耗、动态优化资源分配的“用户为中心接入”等。而在一系列核心技术以及指标的升级、更新背后，是半导体技术的支撑。
任奇伟指出，6G对半导体技术的需求集中在四个方面。
一是工艺。摩尔定律的延续会推动半导体的晶体管架构和工艺创新。通过功能扩展及功能集成，半导体产业能够“扩展摩尔”。未来，基于隧穿场效应晶体管、自旋电子等技术创新，半导体产业有望“超越摩尔”。
二是芯片架构。随着设计水平和工艺的提升，单芯片将集成更多模块，构建性能更强的系统级芯片。SiP（系统级封装）、Chiplet等先进封装、SMT（贴片元器件封装）等技术将得到进一步应用，使芯片能够集成更多异质功能组件。
三是射频器件。随着6G带来的通信频率的快速提升，ADC/DAC的性能也需要大幅升级。天线一体化、新型材料也是推动射频器件演进的重要的方向。
四是存储器件。一方面，6G需要更高密度的存储器件，比如通过3D堆叠实现高存储密度的HBM；另一方面，RRAM、MRAM等新兴存储器，也会在6G时代找到创新应用的空间。
6G挑战半导体创新能力
6G通信指标的显著提升，对半导体技术的创新带来了更多挑战。
从指标来看，6G显著的变化在于频率的提升。当6G发展到毫米波阶段，就会涉及硅锗、砷化镓、氮化镓等新的材料和器件，芯片设计难度随之增加。当6G发展到太赫兹和可见光通信这样的高频应用，就需要新型的半导体材料和器件来实现，也会对芯片设计带来更大的挑战。
从场景来看，6G要实现通感一体化，需要新型射频和基带硬件架构。要在终端侧同时实现通信和感知，就需要通信和感知的解耦，既要有用于感知的基带和数据处理模块，也要有用于通信的基带和处理模块。这种新的架构需求，涉及低成本射频硬件，高新能、低复杂度、多融合感知算法，以及通信感知互干扰的消除等研究重点。
此外，6G的天地一体化能力，也对卫星通信组件提出了新的要求，包括抗辐射星载处理器，高功率放大器以及低成本大型相控阵天线等，以实现无处不在的泛在连接。
具体到手机等终端，6G引领的AI与通信融合，也对计算架构带来新的挑战。存算分离的冯·诺依曼将面临时延高、带宽低、功耗大等瓶颈，也就是“内存墙”。任奇伟认为，存算一体将成为6G时代AI计算的新范式。“内存墙”主要有三种破局路径，一是近存计算，通过先进封装或HBM，将存储和计算单元集成封装；二是存内处理，将计算和存储单元放在一个裸片中，实现“存算共Die”；三是更理想的解决方案——存算一体，使存储电路同时具备存储和计算能力。
距离6G商用，还有大约6年的时间窗口。任奇伟表示，紫光展锐正在围绕6G核心技术，在白皮书、专利、论文、仿真平台等维度进行布局。“刚才谈到商用一代、预研一代。我们对6G的很多核心技术已经做了准备和研究。距离2030年还有6年的时间，我们会在终端模型、硬件平台的基础上，不断推进6G技术储备，也愿意与产业界同仁共同促进6G AI手机的发展。”
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