รายละเอียดบล็อก

โครงการครึ่งประสาทเป็นกระดูกสันหลังที่มองไม่เห็นของอารยธรรมที่ทันสมัย จากสมาร์ทโฟน และรถไฟฟ้า ไปยังคอมพิวเตอร์เมฆ และความฉลาดประดิษฐ์เกือบทุกเทคโนโลยีที่สําคัญขึ้นอยู่กับนวัตกรรมของครึ่งตัวนําอย่างไรก็ตาม อุตสาหกรรมตอนนี้กําลังเข้าสู่ระยะใหม่ ที่ไปเหนือกว่าการสร้างชิปขนาดเล็กและเร็ว

แทนที่จะถูกขับเคลื่อนโดยการปรับขนาดของทรานซิสเตอร์เท่านั้น การก้าวหน้าในวงการครึ่งตัวนําในทศวรรษหน้า จะถูกสร้างขึ้นโดยหลักสี่หลักที่เชื่อมโยงกัน

1. วัสดุครึ่งนํารุ่นที่สาม

2. ชิปคอมพิวเตอร์ระดับสูงสําหรับ AI

3. ชิปสื่อสารระดับความถี่วิทยุ (RF)

4. ความจําความถี่สูง (HBM)

รวมกันทั้งสี่สาขานี้จะนิยามใหม่ว่าพลังงานถูกบริหารอย่างไร ความฉลาดถูกคํานวณอย่างไร ข้อมูลถูกส่งผ่านอย่างไร และข้อมูลถูกเก็บไว้อย่างไร

1ภาคนํารุ่นที่สาม: รากฐานของยุคพลังงานและ AI

ตลอดหลายทศวรรษ ซิลิคอน (Si) ได้ครองอุตสาหกรรมครึ่งประสาทและอินเตอร์เน็ตอย่างไรก็ตาม เมื่ออุตสาหกรรมเปลี่ยนไปสู่การใช้ไฟฟ้า พลังงานที่สามารถปรับปรุงได้ และคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง ซิลิคอนเพียงลําพังก็ไม่เพียงพออีกต่อไป

นี้ได้นําไปสู่การปรากฏตัวของครึ่งประสาทแบนด์เกปที่กว้าง โดยหลักๆคือซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และกัลเลียมไนทรีด (GaN) ซึ่งรวมกันเรียกว่าครึ่งประสาทรุ่นที่สาม

วิวัฒนาการของวัสดุครึ่งนํา

• รุ่นแรก ซิลิคอน (Si):

  • เทคโนโลยีที่โต

  • ค่าใช้จ่ายต่ําและความน่าเชื่อถือสูง

  • เหมาะสําหรับการใช้งานความดันต่ําถึงกลางและความถี่

• รุ่นที่สอง อะซีนไซด์แกลเลียม (GaAs):

  • ผลงานระดับความถี่สูง

  • ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการสื่อสารไร้สาย, ดาวเทียม และออปโตอิเล็กทรอนิกส์

• รุ่นที่สาม SiC และ GaN:

  • กว้างกว่าซิลิคอนมาก

  • ความดันการตัดไฟฟ้าสูงกว่า

  • ความมั่นคงทางความร้อนที่ดีกว่า

  • การสูญเสียพลังงานที่ต่ํากว่า

  • เหมาะสําหรับรถไฟฟ้า พลังงานที่สามารถปรับปรุงได้ใหม่ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีพลังงานสูง

ซิลิคอน คาร์ไบด (SiC) กระตุ้นการปฏิวัติไฟฟ้า

SiC มีช่องว่างประมาณสามเท่าของซิลิคอน และสนามไฟฟ้าการทําลายสูงประมาณสิบเท่า

• ประสิทธิภาพสูงขึ้นในการแปลงพลังงาน

• อุปกรณ์พลังงานที่เล็กและเบากว่า

• ความทนความร้อนที่ดีกว่า

• การสูญเสียพลังงานที่ต่ํากว่าในระบบความดันสูง

ผลลัพธ์คือ SiC กําลังกลายเป็นวัสดุสําคัญใน:

• อินเวอร์เตอร์รถไฟฟ้า

• อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์

• ระบบพลังงานลม

• โครงสร้างพื้นฐานการชาร์จเร็ว

• เครือข่ายฉลาด

บริษัทใหญ่ๆ ทั่วโลก กําลังแข่งขันเพื่อขยายขนาดโวฟเฟอร์ SiC ขนาด 8 นิ้ว ขณะที่ผู้นําแรกมาจากสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และยุโรป ผู้ผลิตชาวจีนกําลังก้าวหน้าอย่างรวดเร็วทําให้ SiC เป็นอุตสาหกรรมยุทธศาสตร์ระดับโลกจริงๆ.

กัลเลียมไนตริด (GaN): อิเล็กทรอนิกส์พลังงานความเร็วสูงและประสิทธิภาพสูง

GaN ให้ความเคลื่อนไหวอิเล็กตรอนที่สูงกว่า SiC ทําให้มันน่าสนใจโดยเฉพาะสําหรับ:

• ศูนย์ข้อมูล

• เครื่องชาร์จเร็ว

• สถานีฐาน 5G

• ระบบพลังงานที่เกิดใหม่

อย่างไรก็ตาม GaN ยังต้องเผชิญกับปัญหาในการจัดการความร้อนเมื่อเทียบกับ SiC. แม้ว่านี้, ตลาดของมันกําลังเติบโตอย่างรวดเร็วมาก, โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภคและอุปกรณ์พลังงานความถี่สูง.

โดยรวมแล้ว ชุดครึ่งประสาทรุ่นที่สาม ไม่ใช่แค่การปรับปรุงเพิ่มเติม แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในวิธีการจัดการพลังงานในเศรษฐกิจโลก

2ชิปคอมพิวเตอร์ที่ทันสมัย: เครื่องยนต์ของปัญญาประดิษฐ์

อัจฉริยะประดิษฐ์เป็นปัญหาทางคอมพิวเตอร์ โดยพื้นฐานแล้ว ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของการเรียนรู้ลึก ได้เกิดขึ้นไม่ได้เพียงแต่ด้วยอัลการิทึมที่ดีกว่า แต่ด้วยฮาร์ดแวร์ที่มีพลังงานมากขึ้น

ในปัจจุบัน GPUs (Graphics Processing Units) ได้กลายเป็นแพลตฟอร์มหลักสําหรับการฝึกอบรม AI เนื่องจากความสามารถในการประมวลผลในระยะ paralel ของมัน

เมื่อเทียบกับ CPU แบบดั้งเดิม GPU สามารถประมวลผลการทํางานหลายพันครั้งพร้อมกัน ทําให้มันเหมาะสมสําหรับเครือข่ายประสาทและการประมวลผลข้อมูลขนาดใหญ่

แนวโน้มสําคัญในชิปคอมพิวเตอร์ที่ก้าวหน้า ได้แก่

• ประสิทธิภาพสูงขึ้นต่อวัตต์

• ความจําในชิปและนอกชิปที่ใหญ่กว่า

• เครื่องเร่ง AI ที่เชี่ยวชาญมากกว่า

• การบูรณาการที่ใกล้ชิดระหว่างคอมพิวเตอร์และความจํา

ในอนาคต เราอาจจะได้เห็น

• ชิป AI ที่กําหนดเองมากขึ้น (ASICs)

• เครื่องประมวลผล AI ขอบที่ประหยัดพลังงาน

• สถาปัตยกรรมไฮบริดรวม CPU, GPU และ AI accelerators

นั่นหมายความว่า นวัตกรรมในเซมีคอนดักเตอร์ จะถูกผลักดันโดยความต้องการของ AI มากขึ้นมากกว่าอิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค

3ชิปสื่อสาร RF: เชื่อมทุกสิ่งทุกอย่างโดยไร้สาย

เทคโนโลยีความถี่วิทยุ (RF) เป็นกระดูกสันหลังของการสื่อสารแบบไร้สาย

• เครือข่าย 5G และ 6G ในอนาคต

• การสื่อสารผ่านดาวเทียม

• ระบบราดาร์

• อินเตอร์เน็ตของสิ่งของ (IoT)

• รถยนต์อิสระ

วงจรบูรณาการ RF (RFICs) รวมองค์ประกอบสําคัญ เช่น เครื่องขยายเสียง, เครื่องกรองและเครื่องปรับระดับเข้ากับชิปเดียว เพื่อปรับปรุงผลงานในขณะที่ลดขนาดและการใช้พลังงาน

แนวทางในอนาคตสําหรับชิป RF ได้แก่

• ความถี่ในการทํางานที่สูงกว่า (คลื่นมิลลิเมตรและมากกว่า)

• การบริโภคพลังงานที่ต่ํากว่า

• การบูรณาการมากขึ้นกับการประมวลผลดิจิตอล

• การผสมผสานการสื่อสารและการตรวจจับ

นั่นหมายความว่า ชิป RF จะส่งข้อมูลไม่เพียงแค่เท่านั้น แต่ยังทําให้ระบบการรับรู้ที่ก้าวหน้าในเมืองฉลาด โรบอติกส์ และการขับขี่แบบอิสระ

4. ความจําความถี่ความถี่สูง (HBM): การทําลายความถี่ของข้อมูล AI

เมื่อรูปแบบ AI เติบโตมากขึ้น ความเร็วของการเคลื่อนไหวของข้อมูลจะสําคัญเท่าเดียวกับพลังงานคอมพิวเตอร์สด เทคโนโลยีความจําแบบดั้งเดิมไม่เพียงพอสําหรับระบบ AI ที่ทันสมัยอีกต่อไป

ความจําความถี่สูง (HBM) แก้ปัญหานี้โดยการวางชั้น DRAM หลายชั้นตั้งตรง สร้างเส้นทางข้อมูลที่เร็วขึ้นมากระหว่างความจําและโปรเซสเซอร์

ข้อดีของ HBM ได้แก่

• อัตราการโอนข้อมูลสูงมาก

• การบริโภคพลังงานที่ต่ํากว่า

• ความช้าที่ลดลง

• การออกแบบที่คอมแพค

ผลลัพธ์คือ HBM กลายเป็นเทคโนโลยีความจํามาตรฐานสําหรับ GPU ระดับสูงที่ใช้ในศูนย์ข้อมูลและคอมพิวเตอร์อัจฉริยะ

ในช่วงปีข้างหน้า ความต้องการของ HBM คาดว่าจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว พร้อมกับการลงทุน AI ทั่วโลก

สรุป: แนวทางใหม่ของครึ่งประสาท

อนาคตของเซมีคอนดักเตอร์จะไม่ถูกกําหนดโดยการก้าวหน้าเดียว แต่โดยการเข้าใกล้กันของสาขาหลัก 4 ด้าน:

• วัสดุกําหนดประสิทธิภาพและความทนทาน (ครึ่งประสาทรุ่นที่สาม)

• ชิปกําหนดความฉลาด (AI accelerators และ GPUs)

• RF กําหนดการเชื่อมต่อ (ชิปสื่อสารไร้สาย)

• ความจํากําหนดการทํางาน (HBM และการเก็บข้อมูลที่พัฒนา)

ประเทศและบริษัทที่ครอบครองหลักสี่หลักนี้ จะสร้างยุคเทคโนโลยีต่อไป จากพลังงานสะอาดไปยังปัญญาประดิษฐ์ จากเมืองฉลาดไปยังระบบอิสระ