Интегральные схемы (ИС) лежат в основе современных электронных технологий и постоянно совершенствуются. От смартфонов и искусственного интеллекта до Интернета вещей (IoT) — инновации в области интегральных схем приводят к преобразованиям в различных отраслях. В этой статье мы подробно рассмотрим последние технологические достижения в области интегральных схем, уделяя особое внимание пяти передовым разработкам, которые формируют будущее электронных продуктов и систем.

С1. Передовые производственные технологии: прорывы в области 3 нм и ниже

С2. Прогресс в разработке чипов квантовых вычислений

С3. Применение технологии «система в корпусе» (SiP)

С4. Адаптивные ускорители искусственного интеллекта: периферийные вычисления и интеллектуальная обработка

С5. Высокочастотная обработка сигналов и технология коммуникационных чипов 5G

С6. Заключение

Передовые технологические процессы: прорывы в области 3 нм и ниже

Технологический процесс интегральных схем является ключевым фактором, влияющим на их производительность, энергопотребление и размеры. В последние годы технологии 3 нм и ниже постепенно вступили в фазу коммерциализации. Ведущие производители чипов, такие как TSMC и Samsung, объявили о массовом производстве этой технологии, которая помогает смягчить глобальную нехватку чипов. 3-нм техпроцесс за счет уменьшения размеров транзисторов еще больше повышает производительность чипа и значительно снижает энергопотребление. Эта технология не только позволяет процессорам обеспечивать большую вычислительную мощность, но и вносит революционные изменения в устройства в таких областях, как смартфоны, центры обработки данных и связь 5G.

Рисунок 1-1 Интегральная схема (1)

Прогресс в разработке чипов квантовых вычислений

Квантовые вычисления, как новая вычислительная модель, становятся одним из основных достижений в области интегральных схем. Квантовые чипы основаны на принципах квантовой механики и используют квантовые биты (кубиты) для замены традиционных двоичных битов для обработки информации. В настоящее время крупные технологические компании по всему миру, такие как IBM, Google, Intel, а также китайские Alibaba и Huawei, ускоряют разработку чипов квантовых вычислений. Хотя технология квантовых вычислений все еще находится на экспериментальной стадии, ее потенциал огромен, и она может произвести революцию во многих областях, включая искусственный интеллект, криптографию и проблемы оптимизации.

Рисунок 1-2 Интегральная схема (2)

Применение технологии «система в корпусе» (SiP)

Технология SiP объединяет несколько чипов в один корпус, обеспечивая более высокую функциональную интеграцию и меньший размер по сравнению с традиционной упаковкой. Эта технология не только улучшает производительность устройства, но и оптимизирует энергопотребление, что делает его широко применимым в смартфонах, носимых устройствах, автомобильной электронике и других областях. Например, в новейшей серии процессоров Apple используется технология SiP, объединяющая процессор, память и графический процессор в один чип, что приводит к более высокой вычислительной мощности и более длительному времени автономной работы.

Адаптивные ускорители искусственного интеллекта: периферийные вычисления и интеллектуальная обработка

В последние годы искусственный интеллект (ИИ) стал основной движущей силой технологических инноваций, а развитие интегральных схем способствует широкому внедрению ИИ. Ускорители адаптивного искусственного интеллекта — это чипы, специально разработанные для выполнения задач искусственного интеллекта и ускорения вычислений алгоритмов искусственного интеллекта, таких как глубокое обучение и машинное обучение. По сравнению с традиционными процессорами и графическими процессорами, ускорители искусственного интеллекта обеспечивают более высокую эффективность и меньшее энергопотребление. Все чаще ускорители ИИ применяются в периферийных вычислениях, поддерживая приложения ИИ в таких отраслях, как автономное вождение, интеллектуальная безопасность и промышленная автоматизация.

Например, ускоритель искусственного интеллекта NVIDIA A100 и TPU (Tensor Processing Unit) от Google — это типичные ускорители искусственного интеллекта, которые значительно повышают скорость и эффективность вычислений искусственного интеллекта за счет аппаратной оптимизации. По мере развития технологий искусственного интеллекта ускорители искусственного интеллекта станут неотъемлемой частью интегральных схем, способствуя быстрому росту интеллектуального оборудования и интеллектуальных приложений.

Высокочастотная обработка сигналов и технология коммуникационных чипов 5G

Для поддержки более высоких частот и большей пропускной способности для сетевых коммуникаций 5G для проектирования и производства коммуникационных чипов требуются более совершенные технологии. В связи с этим технология обработки высокочастотных сигналов приобретает особое значение. Коммуникационные чипы 5G должны не только соответствовать требованиям низкой задержки и высокой скорости, но и поддерживать более широкий диапазон частотных диапазонов и более сложные технологии модуляции сигнала.

Например, чипы 5G для полосы частот, выпущенные такими компаниями, как Qualcomm и Huawei, используют передовые технологии, такие как многополосная интеграция и технология миллиметровых волн, для значительного повышения эффективности передачи данных по сети. С распространением 5G технология высокочастотной обработки сигналов будет играть ключевую роль в таких областях, как умные дома, автономное вождение и промышленный Интернет вещей, поднимая технологию интегральных схем на еще более высокий уровень.

Заключение

Достижения в области интегральных схем ускоряют цифровую трансформацию различных отраслей промышленности. Благодаря непрерывным прорывам в 3-нм техпроцессах и ниже, квантовых вычислениях, системах в корпусе, ускорителях искусственного интеллекта и коммуникационных чипах 5G, будущие электронные устройства станут умнее, эффективнее и компактнее. Будь то смартфоны, автономное вождение, искусственный интеллект или сети 5G, интегральные схемы будут продолжать играть решающую роль. По мере того, как технологии продолжают развиваться, можно с уверенностью ожидать, что инновации в интегральных схемах будут играть все более важную роль в предстоящей технологической революции.