Детали блога

Полупроводники являются невидимой основой современной цивилизации, от смартфонов и электромобилей до облачных вычислений и искусственного интеллекта.Почти все критические технологии зависят от полупроводниковых инноваций.Тем не менее, индустрия сейчас вступает в новую фазу, которая выходит за рамки простого создания микросхем меньше и быстрее.

Вместо того, чтобы зависеть исключительно от масштабирования транзисторов, следующее десятилетие прогресса полупроводников будет определяться четырьмя взаимосвязанными столпами:

1. Полупроводниковые материалы третьего поколения

2. Передовые компьютерные чипы для ИИ

3. Чипы радиочастотных (РЧ) коммуникаций

4. Память высокой пропускной способности (HBM)

Вместе эти четыре области будут переопределять способы управления энергией, вычисления интеллекта, передачи информации и хранения данных.

1Полупроводники третьего поколения: основа эры энергетики и ИИ

На протяжении десятилетий кремний (Si) доминировал в полупроводниковой промышленности.и интернетОднако, поскольку промышленность переходит к электрификации, возобновляемым источникам энергии и высокопроизводительным вычислениям, только кремния больше не достаточно.

Это привело к появлению широкополосных полупроводников, в основном карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN), известных как полупроводники третьего поколения.

Эволюция полупроводниковых материалов

• Первое поколение Силикон (Si):

  • Зрелые технологии

  • Низкая стоимость и высокая надежность

  • Подходит для применения на низком и среднем напряжении и частоте

• Второе поколение √ арсенид галлия (GaAs):

  • Высокопроизводительная высокочастотная работа

  • Широко используется в беспроводной связи, спутниках и оптоэлектронике

• Третье поколение SiC и GaN:

  • Гораздо шире, чем у кремния.

  • Высокое разрывное напряжение

  • Лучшая тепловая стабильность

  • Снижение потерь энергии

  • Идеально подходит для электромобилей, возобновляемых источников энергии и высокопроизводительной электроники

Силиконовый карбид (SiC): двигатель электрической революции

SiC имеет разрыв в полосе примерно в три раза больше, чем кремний, и расщепление электрического поля примерно в десять раз выше.

• Более высокая эффективность преобразования мощности

• Меньшие и легкие силовые установки

• Лучшая теплостойкость

• Снижение потерь энергии в высоковольтных системах

В результате SiC становится ключевым материалом в:

• Инверторы для электромобилей

• Инверторы солнечной энергии

• Системы ветровой энергетики

• Инфраструктура быстрой зарядки

• Умные сети

Крупные мировые компании сейчас гоняются за масштабом8-дюймовая пластина с Си-Си В то время как первые лидеры пришли из США, Японии и Европы, китайские производители быстро продвигаются,Сделать SiC поистине глобальной стратегической отраслью.

Нитрид галлия (GaN): высокоскоростная и высокоэффективная электроника

GaN предлагает даже более высокую мобильность электронов, чем SiC, что делает его особенно привлекательным для:

• Центры обработки данных

• Быстрые заряды

• Базовые станции 5G

• Системы возобновляемой энергии

Тем не менее, GaN по-прежнему сталкивается с проблемами в управлении теплом по сравнению с SiC. Несмотря на это, его рынок растет чрезвычайно быстро, особенно в потребительской электронике и высокочастотных устройствах питания.

В целом, полупроводники третьего поколения представляют собой не только постепенные улучшения, они представляют собой структурный сдвиг в управлении энергией в мировой экономике.

2Продвинутые компьютерные чипы: двигатель искусственного интеллекта

Искусственный интеллект - это в основном вычислительная проблема. Быстрый прогресс глубокого обучения стал возможен не только благодаря лучшим алгоритмам, но и более мощному оборудованию.

Сегодня графические процессоры (GPU) стали доминирующей платформой для обучения ИИ из-за их параллельной способности к обработке.

По сравнению с традиционными процессорами, графические процессоры могут обрабатывать тысячи операций одновременно, что делает их идеальными для нейронных сетей и крупномасштабной обработки данных.

Ключевые тенденции в области передовых компьютерных чипов включают:

• Более высокая производительность на ватт

• Большая память на чипе и вне чипа

• Более специализированные ускорители ИИ

• Более тесная интеграция между вычислениями и памятью

В будущем мы, вероятно, увидим:

• Больше пользовательских чипов ИИ (ASIC)

• Энергоэффективные процессоры AI

• Гибридные архитектуры, объединяющие ускорители CPU, GPU и AI

Это означает, что инновации в полупроводниках будут все больше зависеть от потребностей ИИ, а не от потребительской электроники.

3Чипы для радиочастотной связи: подключение всего беспроводным способом

Технология радиочастот (РЧ) является основой беспроводной связи.

• 5G и будущие сети 6G

• Спутниковая связь

• Радарные системы

• Интернет вещей (IoT)

• Автономные автомобили

РЧ-интегрированные схемы (RFIC) интегрируют ключевые компоненты, такие как усилители, фильтры и модуляторы, в один чип, улучшая производительность при сокращении размера и расхода энергии.

Будущие направления для радиочастотных чипов включают:

• Более высокие частоты работы (миллиметровые волны и выше)

• Более низкое потребление энергии

• Более широкая интеграция с цифровой обработкой

• Сочетание связи и чувствительности

Это означает, что радиочастотные чипы не только будут передавать данные, но и позволят использовать передовые системы восприятия в умных городах, робототехнике и автономном вождении.

4. Память с высокой пропускной способностью (HBM): преодоление узкого горла данных ИИ

По мере роста моделей ИИ скорость движения данных становится столь же важной, как и мощность вычислительной системы.

Высокополосная память (HBM) решает эту проблему путем вертикального складирования нескольких слоев DRAM, создавая гораздо более быстрый путь передачи данных между памятью и процессорами.

Преимущества HBM включают:

• Чрезвычайно высокие скорости передачи данных

• Более низкое потребление энергии

• Уменьшенная задержка

• Компактный дизайн

В результате HBM стала стандартной технологией памяти для высокопроизводительных графических процессоров, используемых в центрах обработки данных и суперкомпьютерах ИИ.

Ожидается, что в ближайшие годы спрос на HBM резко вырастет вместе с инвестициями в ИИ во всем мире.

Заключение: Новая парадигма полупроводников

Будущее полупроводников будет определяться не одним прорывом, а сближением четырех ключевых областей:

• Материалы определяют эффективность и долговечность (полупроводники третьего поколения)

• Чипы определяют интеллект (ускорители ИИ и графические процессоры)

• RF определяет подключение (чипы беспроводной связи)

• Память определяет производительность (HBM и расширенное хранилище)

Страны и компании, владеющие этими четырьмя столпами, будут формировать следующую эру технологий: от чистой энергии до искусственного интеллекта, от умных городов до автономных систем.