Szczegóły bloga

Półprzewodniki są niewidzialnym kręgosłupem współczesnej cywilizacji.Prawie każda kluczowa technologia zależy od innowacji półprzewodnikówJednakże, przemysł wchodzi teraz w nową fazę, która wykracza poza zwykłe robienie chipów mniejszych i szybszych.

Następna dekada postępu w dziedzinie półprzewodników nie będzie zależała wyłącznie od skalowania tranzystorów, lecz będzie kształtowana przez cztery powiązane filary:

1. Materiały półprzewodnikowe trzeciej generacji

2. Zaawansowane chipy komputerowe dla sztucznej inteligencji

3. Chipy komunikacyjne radiowe (RF)

4. Pamięć o dużej przepustowości (HBM)

Wspólnie te cztery dziedziny będą redefiniować sposób zarządzania energią, sposób obliczania inteligencji, sposób przekazywania informacji i sposób przechowywania danych.

1Półprzewodniki trzeciej generacji: fundamenty ery energii i sztucznej inteligencji

Przez dziesięciolecia krzemowy (Si) zdominował przemysł półprzewodnikowy.i InternetuJednakże wraz z przejściem przemysłu w kierunku elektryfikacji, energii odnawialnej i obliczeń o wysokiej wydajności, sam krzemowy nie wystarcza.

Doprowadziło to do powstania półprzewodników szerokopasmowych, głównie węglika krzemu (SiC) i azotanu galiu (GaN), zwanych łącznie półprzewodnikami trzeciej generacji.

Ewolucja materiałów półprzewodników

• Pierwsza generacja Silikon (Si):

  • Dojrzała technologia

  • Niskie koszty i wysoka niezawodność

  • Odpowiednie do zastosowań niskiego i średniego napięcia i częstotliwości

• Drugie pokolenie Arsenek galium (GaAs):

  • Wyższa wydajność wysokiej częstotliwości

  • Szeroko stosowane w komunikacji bezprzewodowej, satelitach i optoelektroniki

• Trzecie pokolenie SiC i GaN:

  • Znacznie szerszy rozstaw pasmowy niż krzemowy

  • Wyższe napięcie awaryjne

  • Lepsza stabilność termiczna

  • Mniejsza strata energii

  • Idealne dla pojazdów elektrycznych, energii odnawialnej i urządzeń elektronicznych o wysokiej mocy

Karbid krzemowy (SiC): napęd rewolucji elektrycznej

SiC ma przepustnicę około trzykrotnie większą niż krzemowa i pole elektryczne rozkładu około dziesięć razy wyższe.

• Większa wydajność w konwersji mocy

• Mniejsze i lżejsze urządzenia zasilania

• Lepsza odporność na ciepło

• Mniejsze straty energii w systemach wysokonapięciowych

W rezultacie SiC staje się kluczowym materiałem w:

• Inwertery do pojazdów elektrycznych

• Inwertory energii słonecznej

• Systemy energetyki wiatrowej

• Infrastruktura szybkiego ładowania

• Inteligentne sieci

Wielkie światowe firmy ścigają się teraz o skalę8-calowa płytka SiC Choć początkowe przywództwo pochodziło z USA, Japonii i Europy, chińscy producenci szybko się rozwijają.uczynienie SiC prawdziwie globalnym, strategicznym przemysłem.

Azotany galium (GaN): Elektryka prędkościowa i wydajna

GaN oferuje jeszcze większą mobilność elektronów niż SiC, co czyni go szczególnie atrakcyjnym dla:

• Centrum danych

• Szybkie ładowarki

• Stacje bazowe 5G

• Systemy energii odnawialnej

Niemniej jednak GaN nadal boryka się z wyzwaniami w zakresie zarządzania cieplnym w porównaniu z SiC. Mimo to jego rynek rośnie niezwykle szybko, zwłaszcza w elektronikach konsumenckich i urządzeniach o wysokiej częstotliwości.

Ogólnie rzecz biorąc, półprzewodniki trzeciej generacji nie są tylko stopniowymi ulepszeniami, ale stanowią zmianę strukturalną w zarządzaniu energią w całej światowej gospodarce.

2Zaawansowane chipy komputerowe: silnik sztucznej inteligencji

Sztuczna inteligencja jest zasadniczo problemem obliczeniowym. Szybki postęp uczenia głębokiego jest możliwy nie tylko dzięki lepszym algorytmom, ale także dzięki bardziej wydajnemu sprzętowi.

Obecnie GPU (Graphics Processing Units) stały się dominującą platformą szkolenia AI ze względu na ich równoległe możliwości przetwarzania.

W porównaniu z tradycyjnymi procesorami, GPU mogą przetwarzać tysiące operacji jednocześnie, co czyni je idealnymi do sieci neuronowych i przetwarzania danych na dużą skalę.

Główne trendy w zaawansowanych układach komputerowych obejmują:

• Wyższa wydajność na wat

• Większa pamięć na chipie i poza nią

• Bardziej wyspecjalizowane akceleratory AI

• Ścislejsza integracja pomiędzy komputerami a pamięcią

W przyszłości prawdopodobnie zobaczymy:

• Więcej niestandardowych chipów sztucznej inteligencji (ASIC)

• Energooszczędne procesory edge AI

• Architektury hybrydowe łączące przyspieszacze CPU, GPU i AI

Oznacza to, że innowacje w zakresie półprzewodników będą coraz częściej kierowane potrzebami sztucznej inteligencji, a nie elektroniki użytkowej.

3. Chipy komunikacyjne RF: Łączenie wszystkiego bezprzewodowo

Technologia częstotliwości radiowych (RF) jest podstawą komunikacji bezprzewodowej.

• 5G i przyszłe sieci 6G

• Komunikacja satelitarna

• Systemy radarowe

• Internet rzeczy (IoT)

• Autonomiczne pojazdy

Układy zintegrowane RF (RFIC) integrują kluczowe komponenty, takie jak wzmacniacze, filtry i modulatory, na jeden układ, poprawiając wydajność przy jednoczesnym zmniejszeniu wielkości i zużycia energii.

Przyszłe kierunki dla układów RF obejmują:

• Większe częstotliwości pracy (fale milimetrowe i więcej)

• Mniejsze zużycie energii

• Większa integracja z przetwarzaniem cyfrowym

• Połączenie komunikacji i wykrywania

Oznacza to, że układy RF będą nie tylko przesyłać dane, ale także umożliwić zaawansowane systemy percepcji w inteligentnych miastach, robotyce i autonomicznej jazdzie.

4. Pamięć o dużej przepustowości (HBM): przełamanie wąskiego gardła danych AI

W miarę rozwoju modeli sztucznej inteligencji szybkość przepływu danych staje się równie ważna jak surowa moc obliczeniowa.

Pamięć o dużej przepustowości (HBM) rozwiązuje ten problem poprzez pionowe układanie wielu warstw DRAM, tworząc znacznie szybsze ścieżki danych między pamięcią a procesorami.

Zalety HBM obejmują:

• Niezwykle wysokie współczynniki przekazywania danych

• Mniejsze zużycie energii

• Zmniejszone opóźnienie

• Kompaktny projekt

W rezultacie HBM stał się standardową technologią pamięci dla wysokiej klasy procesorów graficznych stosowanych w centrach danych i superkomputerach sztucznej inteligencji.

W nadchodzących latach oczekuje się, że popyt na HBM wzrośnie wraz z inwestycjami w sztuczną inteligencję na całym świecie.

Wniosek: Nowy model półprzewodników

Przyszłość półprzewodników nie będzie definiowana przez jeden przełom, ale przez konwergencję czterech kluczowych dziedzin:

• Materiały decydują o wydajności i trwałości (półprzewodniki trzeciej generacji)

• Chipy określają inteligencję (przyspieszacze i procesory graficzne sztucznej inteligencji)

• RF określa łączność (czypy komunikacji bezprzewodowej)

• Pamięć decyduje o wydajności (HBM i zaawansowane pamięci masowe)

Kraje i firmy, które opanują te cztery filary, będą kształtować następną erę technologii: od czystej energii po sztuczną inteligencję, od inteligentnych miast po systemy autonomiczne.