Інтегральні схеми (ІС) лежать в основі сучасної електронної техніки і зазнають постійних інновацій. Від смартфонів і штучного інтелекту до Інтернету речей (IoT) – інновації в інтегральних схемах сприяють трансформаціям у різних галузях. У цій статті ми розглянемо останні технологічні досягнення в галузі інтегральних схем, зосередившись на п'яти передових розробках, які формують майбутнє електронних продуктів і систем.

З1. Передовий техпроцес: прорив у 3 нм і нижче

З2. Прогрес у розробці чіпів для квантових обчислень

З3. Застосування технології System-in-Package (SiP)

З4. Адаптивні прискорювачі штучного інтелекту: периферійні обчислення та інтелектуальна обробка

З5. Обробка високочастотних сигналів і технологія чіпа зв'язку 5G

З6. Висновок

Передова технологія процесу: прориви в 3 нм і нижче

Технологія процесу інтегральних схем є ключовим фактором, що впливає на їх продуктивність, енергоспоживання та розміри. В останні роки технології 3-нм і нижче поступово вступили в фазу комерціалізації. Провідні виробники мікросхем, такі як TSMC і Samsung, оголосили про масове виробництво цієї технології, яка допомагає зменшити глобальний дефіцит чіпів. 3-нм техпроцес, зменшуючи розміри транзисторів, ще більше підвищує продуктивність чіпа та значно знижує енергоспоживання. Ця технологія не тільки дозволяє процесорам забезпечувати більшу обчислювальну потужність, але й вносить революційні зміни в пристрої в таких областях, як смартфони, центри обробки даних і зв'язок 5G.

Рисунок 1-1 Інтегральна схема (1)

Хід розробки чіпів для квантових обчислень

Квантові обчислення, як нова модель обчислень, стають головною подією в області інтегральних схем. Квантові чіпи засновані на принципах квантової механіки і використовують квантові біти (кубіти) для заміни традиційних двійкових бітів для обробки інформації. В даний час великі технологічні компанії по всьому світу, такі як IBM, Google, Intel і китайські Alibaba і Huawei, прискорюють розробку чіпів для квантових обчислень. Хоча технологія квантових обчислень все ще знаходиться на експериментальній стадії, її потенціал величезний, і вона може революціонізувати багато областей, включаючи штучний інтелект, криптографію та проблеми оптимізації.

Рисунок 1-2 Інтегральна схема (2)

Застосування технології System-in-Package (SiP)

Технологія SiP об'єднує кілька чіпів в один корпус, пропонуючи більш високу функціональну інтеграцію та менший розмір, ніж традиційна упаковка. Ця технологія не тільки покращує продуктивність пристрою, але й оптимізує енергоспоживання, завдяки чому вона широко застосовується в смартфонах, носимих пристроях, автомобільній електроніці та інших сферах. Наприклад, остання серія процесорів Apple використовує технологію SiP, інтегруючи процесор, пам'ять і графічний процесор в один чіп, що призводить до сильнішої обчислювальної потужності та довшого часу автономної роботи.

Адаптивні прискорювачі штучного інтелекту: периферійні обчислення та інтелектуальна обробка

Останніми роками штучний інтелект (ШІ) став основною рушійною силою технологічних інновацій, а розробка інтегральних схем сприяє широкому впровадженню штучного інтелекту. Адаптивні прискорювачі штучного інтелекту — це чіпи, спеціально розроблені для виконання завдань штучного інтелекту та прискорення обчислень алгоритмів штучного інтелекту, таких як глибоке навчання та машинне навчання. У порівнянні з традиційними центральними та графічними процесорами, прискорювачі зі штучним інтелектом пропонують вищу ефективність та нижчий рівень енергоспоживання. Все частіше прискорювачі штучного інтелекту застосовуються в периферійних обчисленнях, підтримуючи застосування штучного інтелекту в таких галузях, як автономне водіння, інтелектуальна безпека та промислова автоматизація.

Наприклад, AI-прискорювач NVIDIA A100 і TPU (Tensor Processing Unit) від Google є типовими прискорювачами штучного інтелекту, які значно покращують швидкість та ефективність обчислень ШІ за рахунок апаратної оптимізації. Оскільки технологія штучного інтелекту продовжує розвиватися, прискорювачі штучного інтелекту стануть незамінною частиною інтегральних схем, що сприятиме швидкому зростанню інтелектуального обладнання та інтелектуальних додатків.

Високочастотна обробка сигналів і технологія чіпа зв'язку 5G

Щоб підтримувати вищі частоти та більшу пропускну здатність для мережевого зв'язку 5G, проектування та виробництво комунікаційних мікросхем вимагають більш передових технологій. У зв'язку з цим особливе значення має технологія обробки високочастотних сигналів. Чіпи зв'язку 5G повинні не тільки відповідати вимогам низької затримки та високої швидкості, але й підтримувати ширший діапазон частотних діапазонів та складніші технології модуляції сигналу.

Наприклад, базові чіпи 5G, випущені такими компаніями, як Qualcomm і Huawei, використовують передові технології, такі як багатодіапазонна інтеграція та технологія міліметрових хвиль, для значного підвищення ефективності передачі мережі. З поширенням 5G технологія обробки високочастотних сигналів відіграватиме ключову роль у таких сферах, як розумні будинки, автономне водіння та промисловий IoT, піднімаючи технологію інтегральних схем на ще вищий рівень.

Висновок

Прогрес у технології інтегральних схем прискорює цифрову трансформацію різних галузей промисловості. Завдяки безперервним проривам у техпроцесі 3 нм і нижче, квантових обчисленнях, системі в корпусі, прискорювачах штучного інтелекту та чіпах зв'язку 5G майбутні електронні пристрої стануть розумнішими, ефективнішими та компактнішими. Будь то в смартфонах, автономному водінні, штучному інтелекті або мережах 5G, інтегральні схеми продовжуватимуть відігравати вирішальну роль. Оскільки технології продовжують розвиватися, ми можемо з упевненістю очікувати, що інновації в інтегральних схемах будуть відігравати все більш важливу роль у майбутній технологічній революції.