Układy scalone (IC) stanowią rdzeń nowoczesnej technologii elektronicznej i są poddawane ciągłym innowacjom. Od smartfonów i sztucznej inteligencji po Internet rzeczy (IoT), innowacje w układach scalonych napędzają transformacje w różnych branżach. W tym artykule zagłębiono się w najnowsze osiągnięcia technologiczne w zakresie układów scalonych, koncentrując się na pięciu najnowocześniejszych osiągnięciach, które kształtują przyszłość produktów i systemów elektronicznych.

Klasa C1. Zaawansowana technologia procesowa: przełomowe rozwiązania w zakresie 3 nm i poniżej

Klasa C2. Postęp w rozwoju chipów do obliczeń kwantowych

Klasa C3. Zastosowania technologii System-in-Package (SiP)

Klasa C4. Adaptacyjne akceleratory sztucznej inteligencji: przetwarzanie brzegowe i inteligentne przetwarzanie

Klasa C5. Przetwarzanie sygnału wysokiej częstotliwości i technologia chipów komunikacyjnych 5G

Klasa C6. Konkluzja

Zaawansowana technologia procesowa: przełomy w 3 nm i poniżej

Technologia procesowa układów scalonych jest kluczowym czynnikiem wpływającym na ich wydajność, zużycie energii i rozmiar. W ostatnich latach technologie procesowe 3 nm i niższe stopniowo wchodziły w fazę komercjalizacji. Wiodący producenci chipów, tacy jak TSMC i Samsung, ogłosili masową produkcję tej technologii, która pomaga złagodzić globalny niedobór chipów. Technologia procesu 3 nm, poprzez zmniejszenie rozmiarów tranzystorów, dodatkowo zwiększa wydajność chipa i znacznie zmniejsza zużycie energii. Technologia ta nie tylko umożliwia procesorom dostarczanie większej mocy obliczeniowej, ale także wprowadza rewolucyjne zmiany w urządzeniach w obszarach takich jak smartfony, centra danych i komunikacja 5G.

Rysunek 1-1 Układ scalony (1)

Postęp w rozwoju chipów do obliczeń kwantowych

Obliczenia kwantowe, jako nowatorski model obliczeniowy, stają się głównym osiągnięciem w dziedzinie układów scalonych. Chipy kwantowe opierają się na zasadach mechaniki kwantowej i wykorzystują bity kwantowe (kubity) do zastąpienia tradycyjnych bitów binarnych do przetwarzania informacji. Obecnie największe firmy technologiczne na całym świecie, takie jak IBM, Google, Intel oraz chińskie Alibaba i Huawei, przyspieszają rozwój chipów do obliczeń kwantowych. Chociaż technologia obliczeń kwantowych jest wciąż w fazie eksperymentalnej, jej potencjał jest ogromny i może zrewolucjonizować wiele dziedzin, w tym sztuczną inteligencję, kryptografię i problemy optymalizacyjne.

Rysunek 1-2 Układ scalony (2)

Zastosowania technologii System-in-Package (SiP)

Technologia SiP integruje wiele chipów w jednym pakiecie, oferując wyższą integrację funkcjonalną i mniejszy rozmiar niż tradycyjne opakowanie. Technologia ta nie tylko poprawia wydajność urządzenia, ale także optymalizuje zużycie energii, dzięki czemu ma szerokie zastosowanie w smartfonach, urządzeniach ubieralnych, elektronice samochodowej i innych dziedzinach. Na przykład najnowsza seria procesorów Apple wykorzystuje technologię SiP, integrując procesor, pamięć i procesor graficzny w jednym chipie, co skutkuje większą mocą obliczeniową i dłuższą żywotnością baterii.

Adaptacyjne akceleratory sztucznej inteligencji: przetwarzanie brzegowe i inteligentne przetwarzanie

Sztuczna inteligencja (AI) stała się w ostatnich latach główną siłą napędową innowacji technologicznych, a rozwój układów scalonych napędza powszechne przyjęcie sztucznej inteligencji. Adaptacyjne akceleratory sztucznej inteligencji to układy scalone zaprojektowane specjalnie do obsługi zadań sztucznej inteligencji i przyspieszania obliczeń algorytmów sztucznej inteligencji, takich jak głębokie uczenie i uczenie maszynowe. W porównaniu z tradycyjnymi procesorami i kartami graficznymi, akceleratory AI oferują wyższą wydajność i niższe zużycie energii. Coraz częściej akceleratory sztucznej inteligencji są stosowane w przetwarzaniu brzegowym, wspierając aplikacje sztucznej inteligencji w branżach takich jak autonomiczna jazda, inteligentne zabezpieczenia i automatyka przemysłowa.

Na przykład akcelerator AI A100 firmy NVIDIA i TPU (Tensor Processing Unit) firmy Google są typowymi akceleratorami AI, które znacznie poprawiają szybkość i wydajność obliczeń AI poprzez optymalizację sprzętową. Wraz z rozwojem technologii sztucznej inteligencji akceleratory sztucznej inteligencji staną się nieodzowną częścią układów scalonych, napędzając szybki rozwój inteligentnego sprzętu i inteligentnych aplikacji.

Przetwarzanie sygnału wysokiej częstotliwości i technologia chipów komunikacyjnych 5G

Aby obsługiwać wyższe częstotliwości i większe przepustowości dla komunikacji sieciowej 5G, projektowanie i produkcja chipów komunikacyjnych wymaga bardziej zaawansowanych technologii. W związku z tym szczególnie ważna jest technologia przetwarzania sygnałów wysokiej częstotliwości. Chipy komunikacyjne 5G muszą nie tylko spełniać wymagania dotyczące niskich opóźnień i dużej prędkości, ale także obsługiwać szerszy zakres pasm częstotliwości i bardziej złożone technologie modulacji sygnału.

Na przykład chipy pasma podstawowego 5G wprowadzone na rynek przez firmy takie jak Qualcomm i Huawei wykorzystują zaawansowane technologie, takie jak integracja wielopasmowa i technologia fal milimetrowych, aby znacznie zwiększyć wydajność transmisji sieciowej. Wraz z rozpowszechnieniem się sieci 5G, technologia przetwarzania sygnałów o wysokiej częstotliwości będzie odgrywać kluczową rolę w takich dziedzinach jak inteligentne domy, autonomiczna jazda i przemysłowy IoT, przenosząc technologię układów scalonych na jeszcze wyższy poziom.

Wnioski

Postęp w technologii układów scalonych przyspiesza cyfrową transformację różnych gałęzi przemysłu. Dzięki ciągłym przełomom w technologii procesowej 3 nm i niższej, komputerom kwantowym, system-in-package, akceleratorom sztucznej inteligencji i chipom komunikacyjnym 5G, przyszłe urządzenia elektroniczne staną się inteligentniejsze, wydajniejsze i bardziej kompaktowe. Niezależnie od tego, czy chodzi o smartfony, autonomiczną jazdę, sztuczną inteligencję czy sieci 5G, układy scalone będą nadal odgrywać kluczową rolę. Wraz z rozwojem technologii możemy śmiało oczekiwać, że innowacje w układach scalonych będą odgrywać coraz ważniejszą rolę w nadchodzącej rewolucji technologicznej.