Chips a semiconduttore - Come dovremmo rompere la situazione
Chip, noto anche come circuito integrato - IC, è una forma di componenti a semiconduttore, componenti non attivi e altre piccole dimensioni, può essere un gran numero di transistor di micro giunzione integrati in un piccolo chip.
Circuito integrato - IC
Così il chip è composto da un transistor di giunzione, tutti i tipi di componenti a semiconduttore a stato solido (diodo, transistor di giunzione), progresso della tecnologia a semiconduttore di metà e fine 2000 per migliorare il chip del circuito integrato diventa possibile, dal montaggio manuale utilizzando la frizione dei componenti elettronici Il circuito integrato è più affidabile, alte prestazioni (piccola dimensione breve modo per commutare rapidamente componenti a basso consumo energetico, basso consumo energetico), basso costo (tecnologia della scheda fotografica, alto tasso di produzione).
In passato, nazioni e comunità di persone combattevano per risorse alimentari come terra, popolazione, materiali bruciati, mercati e così via. Queste risorse richiedevano collegamenti di trasporto di base, così abbiamo costruito molte strade e ponti per trasportare queste risorse e renderle utili. Dalla seconda guerra mondiale, la scienza di base non è stata fondamentalmente interrotta e molti campi, come l'energia, la materia e i materiali, sono rimasti stagnanti. Sta cercando una migliore sopravvivenza e l'infrastruttura digitale è diventata il nuovo punto culminante. to
1, Infrastruttura digitale:
Nell'era dell'economia digitale, siamo diventati il fattore di produzione centrale e la risorsa strategica. Il software e l'hardware di base come la rete, lo storage, l'elaborazione e l'applicazione intorno all'intero ciclo di vita del digitale sono diventati nuove infrastrutture indispensabili per la produzione, la sopravvivenza e il progresso della forma sociale. Attraverso queste nuove infrastrutture, abbiamo realizzato con successo la gestione del "mondo invisibile" dietro lo spazio fisico. Sulla base dell'attuale slancio internazionale e dell'impatto dell'epidemia, le infrastrutture digitali possono funzionare, stimolare gli investimenti, partecipare costantemente al lavoro e rivitalizzare l'economia. Diversamente dalle infrastrutture tradizionali del passato, l'infrastruttura digitale è attualmente il settore economico più dinamico.
L'infrastruttura digitale è la pietra angolare e la garanzia del progresso dell'economia digitale e un nuovo motore di progresso economico di alta qualità. Pertanto, nel prossimo futuro, il mondo avvierà una tendenza di investimenti vigorosi nelle infrastrutture digitali.
2, Comunicazione e Informatica:
L'applicazione dell'infrastruttura digitale ruota attorno alla comunicazione e alla potenza di calcolo, che si traduce in 5G e chip come ben sappiamo. La reputazione della comunicazione 5G collega e riassume i valori raccolti insieme, e la potenza di calcolo è lo smaltimento delle informazioni riassunte.
Nell'economia tradizionale, linee di produzione, macchine e veicoli vari sono utilizzati come strumenti di produzione, mentre terreni, produttività e materiali di combustione fossili diventano i fattori produttivi centrali; In corrispondenza della nuova infrastruttura digitale, AI, 5G, Internet of Things e cloud computing sono diventati nuovi strumenti di produzione, mentre potenza e valore di calcolo sono diventati i fattori produttivi centrali degli strumenti sopra menzionati. La potenza e il valore di calcolo sono diventati le vette dominanti della concorrenza mondiale attuale.
-. Comunicazione:
Nel campo della comunicazione, la Cina ne è molto degna: finora Huawei ha il maggior numero di brevetti 5G al mondo e la sua tecnologia completa è a livello mondiale. Tuttavia, non possiamo fare a meno di essere ottimisti nel campo dei chip, in particolare dei chip di fascia alta. Sebbene abbiamo un gran numero di società di chip a semiconduttore, come SMIC internazionale e microelettronica cinese, non sono specializzati in tutti i campi, l'industria dei chip ha bisogno del progresso coordinato dell'intera catena industriale, specialmente in una tecnologia chiave.
-. Calcolo:
Nell'era attuale dell'Internet delle cose, è estremamente conveniente ottenere informazioni di fiducia. Anche nel prossimo futuro, quando le informazioni sono abbastanza vaste, la potenza di calcolo è abbastanza forte e le decisioni del paese possono essere consegnate al computer, tutto quello che dobbiamo fare è formulare regole operative, cioè algoritmi. Le informazioni multi-industry consentono al calcolo collaborativo di sviluppare nuove esigenze, capacità di produzione e mercato e di aiutare il progresso economico mondiale. In quel momento, il gioco tra i paesi sarà molto grande, ed è probabile che diventi tra due supercomputer. Chi può ottenere più dati, supportare algoritmi scientifici e infine distinguersi e fare scelte accurate attraverso una maggiore potenza di calcolo.
IDC, un'impresa numerica internazionale, prevede in anticipo che entro il 2023, il valore di produzione dell'economia digitale rappresenterà il 67% del PIL cinese. Una potenza di calcolo forte e indipendente diventerà la pietra angolare del progresso economico della Cina, e l'investimento e lo sviluppo della potenza di calcolo del fattore centrale diventeranno il piano a lungo termine della Cina. Non c'è dubbio che i paesi che occupano questi due campi acquisiranno un potere importante e pratico nei prossimi decenni, anche l'ordine mondiale dopo la giornata delle votazioni.
Il semiconduttore è un genere di cosa la cui conducibilità è tra conduttore e isolante (che sarà discusso in dettaglio di seguito). Non è stato ampiamente autorizzato fino a quando l'alta tecnologia di purificazione dei materiali è stata migliorata negli anni Trenta. I semiconduttori sono composti principalmente da circuiti integrati, componenti fotoelettrici, componenti discreti e sensori. Poiché i circuiti integrati rappresentano più dell'80% dei componenti, i semiconduttori sono comunemente chiamati circuiti integrati. Il circuito integrato è diviso in micro processore, memoria, unità di legge di pensiero e componente di imitazione. Quindi lo trasformiamo anche in un chip.
Storia dello sviluppo del chip
Intel è un gigante dei chip nel campo dei PC. La sua storia di sviluppo rappresenta fondamentalmente la storia di sviluppo dei chip. Diamo un'occhiata alla sua storia di sviluppo:
Storia di Chip
1. Nel 1971, il primo processore commerciale Intel 4004 uscì, integrando 2250 tubi di cristallo e 60000 operazioni al secondo. La sua esposizione fu rivoluzionaria, portò la successiva rivoluzione informatica e Internet, e continuò a cambiare il mondo intero.
2. Nel 1978, il famoso processore 8086 Intel uscì e fu applicato al computer IBM nel 1981. Poi ci sono modelli successivi come 80286.
3. Nel 1985, Intel ha studiato e prodotto il primo processore a 32 bit 80386. Basandosi sulla compatibilità e sulla cooperazione con IBM PC, Intel ha saldamente stabilito la posizione di leader nel mercato delle macchine compatibili ed è entrato nel mercato cinese nello stesso anno. Ci sono anche modelli migliorati 80486, 586, ecc Xiaosheng ha ricordato che il primo computer con processore Win95 utilizzato in un'ora è il chip della serie 80486.
4. Nel 1993 Intel lanciò Pentium. In questo momento, il numero di tubi di cristallo ha raggiunto i 3,2 milioni. L'esperienza di funzionamento a virgola mobile è stata notevolmente rafforzata e le funzioni di immagine, suono, film e televisione sono state pienamente e con successo realizzate. Nei dieci anni successivi, i numeri aggiornati continuarono uno dopo l'altro e Intel divenne il nome rappresentativo dei chip di fascia alta.
5. Nel 2001, è nato il primo processore a 64 bit Intel Itanium, che viene utilizzato principalmente per il background di elaborazione di livello aziendale di fascia alta, cioè server, superando i peer e diventando il leader dei chip server.
6. Nel 2006, il processore dual core che conosciamo bene è uscito, cioè, le nostre cosiddette serie I3, i5 e i7. Naturalmente, il Core i7 è stato lanciato nel 2008 ed è il primo processore quad core. La serie core è durevole. Finora, i nostri computer privati utilizzano fondamentalmente la serie core (altre varianti di AMD o Intel sul core).
Nel 2014, Intel ha lanciato processori della serie Xeon E7, con un massimo di 15 centri di elaborazione che diventano il maggior numero di processori nel centro Intel. Xeon è utilizzato principalmente nel campo dei server e può essere applicato all'ingegneria di elaborazione di Internet, alle stazioni di immagine e multi TV, ecc.
8. Nel 2017, dopo che Intel ha acquistato Mobileye da vari luoghi, ha iniziato a fare progressi nella direzione di "algoritmo + chip" integrato AI. Nell'ambiente di intelligenza artificiale intelligente, NVIDIA e Intel stanno utilizzando tecnologie come la rete di organi neurali di deep learning per fare chip AI e cogliere il nuovo mercato.
Nel corso della storia di sviluppo dei circuiti integrati negli ultimi 30 anni, il numero di tubi in cristallo è raddoppiato ogni 1,5 anni. Con l'aumento della dimensione del piano unitario o della superficie dell'oggetto, la dimensione complessiva del chip è cambiata da grande a piccolo e la superficie del costo del monomero e della potenza di commutazione sono diminuiti. Allo stesso tempo, tutti gli indici di prestazione sono stati rafforzati, cioè il numero e le prestazioni dei tubi di cristallo del chip sono raddoppiati ogni 24 mesi, aderendo alla legge di MOLLE, la storia del progresso del chip è la storia dei circuiti integrati.
Si può dire che l'hardware dell'industria informatica si basa sull'industria dei semiconduttori, e il semiconduttore è composto da tubi di cristallo (compresi diodi, tubi a tre elettrodi, tubi ad effetto campo, tiristi, ecc., a volte soprattutto componenti bipolari). Iniziamo con semiconduttori e tubi di cristallo (altri principi sono quasi gli stessi).
1. Semiconduttore:
Quando si tratta di chip, dobbiamo menzionare i semiconduttori. Infatti, la scoperta dei semiconduttori è stata sviluppata anche dalla meccanica quantistica. Parliamolo dal livello degli atomi fisici. Sappiamo tutti che altri elementi tranne h e lui sono nello stato stabile dello strato esterno 8 elettroni. La conoscenza chimica ci dice anche che la forza elettrostatica (legame chimico) che permette di collegare i due elementi ha legame ionico e legame covalente (legame metallico è approssimativamente simile al legame covalente).
I legami ionici generalmente esistono tra metalli e non metalli. Per esempio, l'atomo di Na manca un elettrone e diventa Na + particella, l'atomo di Cl ottiene un elettrone e diventa particella di CL, e i due atomi diventano cariche eterosessuali. Attraverso la corrente, sono attratti insieme dall'energia magnetica e diventano NaCl, cioè sale e cloruro di sodio; I legami Covalent richiedono generalmente l'incollaggio di elementi non metallici. Atomi differenti possono formare coppie di elettroni fianco a fianco con elettroni nucleari extra, in modo che lo strato più esterno forma uno stato stabile di 8 elettroni, come l'azoto.
Attualmente, abbiamo controllato attentamente che ci siano solo quattro elettroni nello strato più esterno degli elementi del gruppo C nella tavola periodica, che non è facile perdere o ottenere elettroni. Questo è il concetto di semiconduttore. Tuttavia, con l'aumento del numero di strati di elettroni, diventerà sempre più facile perdere elettroni in questo gruppo di elementi (Si elementi successivi Ge, Sn, Pb, ecc.), Si è scoperto che il silicio Si è diventato il miglior materiale semiconduttore ai nostri occhi a causa del suo numero appropriato di strati di elettroni e il numero di elettroni nello strato più esterno. Questa è anche l'origine della "Silicon Valley" dove si riuniscono le industrie high-tech del mondo. La "Silicon Valley" è anche il primo posto per studiare e produrre chip semiconduttori a base di silicio, perché è chiamata.
2. Tubi di cristallo e circuiti integrati:
Il diodo è uno dei tubi cristallini. Si tratta di un componente elettronico che può condurre l'elettricità in una direzione fatta di materiali semiconduttori (silicio, selenio, germanio, ecc.), cioè si accende quando l'anodo e il catodo del diodo ricevono una tensione in avanti e termina quando viene data la tensione inversa, che è equivalente alla connessione e alla rottura di un interruttore. Ora abbiamo la differenza di segnale più basilare. Ad esempio, registriamo la conduzione corrente come 1 e la frattura come 0. Questo è il linguaggio informatico 0 e 1 che conosciamo molto bene. Ora il linguaggio C, C + +, JS e H5 sono diventati lingue, che è anche un modo per tradurre tali 01 lingue in un modo che possiamo capire e modificare comodamente.
Dopo la nascita del diodo, possiamo preimpostare la legge originale del pensiero. Tutti coloro che hanno studiato il corso del principio di controllo semi-automatico sanno che c'è un circuito gate e o non (ad esempio, il gate e realizza con successo l'uscita di 1 allo stesso tempo). Tutti i tipi di circuiti del cancello sono riuniti in parallelo e in serie. I circuiti di gate legge apparentemente semplici possono realizzare con successo calcoli molto complessi dopo che centinaia di milioni di arrangiamenti e combinazioni di circuiti gate sono riuniti insieme (dove la disposizione e la combinazione preimpostata dei circuiti del cancello non è solo il preimpostato della tecnologia del chip, ma anche l'elemento centrale della prestazione del chip di voto, ha bisogno dell'accumulo di tecnologia per molto tempo), e il chip è l'aggregazione di questo tipo di circuito di calcolo, cioè, IC del circuito integrato.
Il processo di fabbricazione del chip è relativamente complesso, ma è generalmente diviso in tre fasi:? Test di progettazione, produzione e confezionamento.
1, Preset:
Preset front end, simulazione frontale, preset back-end, verifica, simulazione post, ricerca di signoff e quindi inviare le statistiche impostate alla fabbrica agente.
Dobbiamo conoscere un principio sulla preimpostazione. Per realizzare con successo una determinata funzione, la preimpostazione del chip deve basarsi su un'architettura preimpostata. Finora, le architetture chip mainstream includono x86 (esclusiva di Intel e AMD, che domina il mercato dei PC), braccio (strutture di convenienza mobile), risc-v (stella nascente, ampiamente utilizzato nelle strutture indossabili intelligenti), MIP (utilizzato principalmente nei gateway Set top box), perché l'architettura del braccio ha un posto unico di basso consumo energetico e basso costo, È particolarmente popolare tra i dispositivi mobili come i telefoni cellulari (arm e x86 architecture sono le due più grandi architetture con la maggiore quota di mercato).
L'architettura del chip di cui sopra è solo un prerequisito. Il software EDA è necessario per l'intero processo preimpostato del chip. In breve, il software EDA può essere inteso come il nostro software CAD comunemente utilizzato, perché un circuito chip è molto complesso e piccolo, che contiene decine di miliardi di componenti. Posizionamento errato di un componente o circuito può rendere l'intero chip incapace di funzionare. Il software EDA può semi-automaticamente preimpostare il processo per garantire il funzionamento del chip. Il partito chip preset ha solo bisogno di votare sul preset di diverse posizioni chiave.
2, Produzione:
Linea di produzione
Ossigenazione - deposizione di film - litografia - incisione - perfusione ionica - pulizia.
In primo luogo, estraiamo silicio semplice ad alta purezza dal biossido di silicio, cioè sabbia ad alta temperatura. Il silicio semplice è una struttura cristallina con atomi puliti e legami covalenti per formare grandi molecole. I lavoratori dell'ufficio tagliano il silicio a fette rotonde per produrre chip.
Applicare la gelatina uniformemente sul wafer di silicio, controllare la mappatura della luce (macchina litografica), modificare le proprietà della gelatina nella posizione appositamente designata (solubile in acqua), quindi risciacquare con acqua per ottenere la scanalatura di silicio.
Quando le impurità come lo strato fotosensibile del polisilico vengono aggiunte all'area appositamente designata, come la scansione e il fosforo nel diodo, il circuito di legge del pensiero viene continuamente formato nella scanalatura, comunemente noto come perfusione delle particelle.
Il resto dei luoghi può anche essere coperto da rivestimento fotosensibile e il silicio può essere corroso con soluzione corrosiva per formare tubi di cristallo.
Naturalmente, è anche possibile mescolare materiali metallici per formare fili, elettricità o resistenza.
Questo processo può essere ripetuto molte volte (generalmente non meno di 20) per ottenere il circuito integrato che ci aspettiamo, un grande disco di cristallo contenente molti chip.
3, prova del pacchetto:
Come accennato in precedenza, dopo la produzione del chip, non è un prodotto finito, ma un grande wafer, che deve essere testato, tagliato e incapsulato dal chip tester.
Test soddisfacenti possono rendere obsoleti i prodotti che non soddisfano gli standard qualitativi prima che raggiungano gli utenti, il che è fondamentale per aumentare la produzione e la qualità e stabilire un circolo virtuoso di produzione e commercializzazione. La macchina di prova è un test di successo per verificare se il chip soddisfa lo scopo preimpostato, studiare l'impatto dei cambiamenti di fondo su di esso e la durata di vita irregolare.
Entro il 2019, la Cina aveva speso più di 300 miliardi di dollari in chip importati (solo più di 200 miliardi di dollari in carburante), e acquistato un totale di un terzo dei chip mondiali, di cui più del 90% dipendeva dalle importazioni. Si può vedere che la nostra dipendenza dai chip è ancora abbastanza grande. Per studiare la situazione attuale dei chip a semiconduttore in Cina, dobbiamo prima guardare alla divisione del lavoro nell'intero processo dell'industria dei chip.
Catena mondiale dell'industria dei chip:
La società di precisione cinese, frutta d'oltremare, AMD, Qualcomm e altri famosi produttori spesso fanno solo preset, che chiamiamo preset chip fabless; Dopo la preimpostazione, consegnare i disegni a una fonderia di produzione di chip di terze parti come TSMC o Samsung; Dopo la produzione, non è un prodotto finito, ma un grande cristallo rotondo di giunzione del silicio. Deve essere consegnato al giorno colore e sicurezza. Tali imprese utilizzano il software EDA per testare, tagliare e confezionare e infine formare i chip che di solito vediamo.
La maggior parte dei processi di produzione di chip sono descritti sopra, ma ci sono rare eccezioni. Ad esempio, l'intero processo di super grandi imprese come Intel e Samsung è bilanciato da se stessi, cioè il preset, la produzione, il test e l'imballaggio sono tutti fatti da soli. Generalmente chiamiamo questo stile standard IDM stile standard. In effetti, all'inizio, abbiamo prodotto tutti chip in stile standard IDM, ma in seguito, abbiamo pensato al costo e alla velocità. Dopotutto, creare una linea di produzione da soli è troppo costoso e l'aggiornamento è veloce. Dopo che le strutture sono messe lì per l'ammortamento.
Poi, la necessità ha portato alla nascita di un'impresa come TSMC, che ha notevolmente aumentato la sua capacità produttiva sulla premessa del controllo dei costi. Tuttavia, questo ha portato anche un altro cambiamento, vale a dire che il gruppo di soglia dell'industria dei chip è stato ridotto. Una volta non c'erano centinaia di miliardi di persone che non potevano toccare la soglia dell'industria del chip. Ora ha solo bisogno di investire più di una dozzina a miliardi di chip preset sviluppo per trovare qualcuno per fare chip.
Confronto tra il chip preimpostato, la produzione e l'imballaggio di prova della Cina e lo standard mondiale:
Dopo aver finito la catena mondiale dell'industria dei chip, torniamo al flusso di processo del chip stesso, cioè, preset, produzione e test di imballaggio. Analizziamolo da queste tre dimensioni.
1, Chip preset:
Il preset del chip è generalmente suddiviso in: preset front-end, simulazione front-end, preset back-end, verifica, simulazione post, indagine di signoff e quindi inviare le statistiche impostate all'OEM.
Come accennato in precedenza, molte grandi aziende tra cui Huawei Hisilicon fanno solo chip preset, quindi Hisilicon è fondamentalmente un chip preset enterprise.
1. Arm architecture:
Come accennato in precedenza, finora, le architetture principali dei chip includono x86 (esclusiva di Intel e AMD, che domina il mercato dei PC), braccio (mobile convenience facility), risc-v (stella nascente, ampiamente utilizzata nelle strutture indossabili intelligenti), MIP (utilizzato principalmente in gateway e set-top box), Il posto unico del basso costo è particolarmente influenzato dall'occhio blu delle strutture mobili come i telefoni cellulari (l'architettura braccio e x86 sono le due architetture più grandi in termini di quote di mercato).
La nostra azienda Precision proveniva dalla ricerca secondaria e dallo sviluppo basato sull'architettura di versione pubblica di arm enterprise. Anche se arm è un'impresa britannica e sostiene di non essere influenzata dal dipartimento degli affari commerciali del paese a, il comportamento del braccio è stato instabile nell'ultimo anno. Finora, è stato riferito che sarà acquistato da NVIDIA da tutto il mondo, il che sembra anche molto inaffidabile. Se non permettiamo alla società di Precisione di preimpostare autonomamente il chip del set di istruzioni di prossima generazione, il grado di difficoltà è molto alto.
2. EDA preset:
La struttura del chip è la premessa del presupposto. Quando si sceglie un cantiere e cemento espanso, è necessario anche un piano architettonico specifico, cioè, preimpostazione del chip. In questo processo, abbiamo parlato dell'intero percorso di richiesta di software EDA (più o meno simile al software CAD nel settore delle costruzioni). Come accennato in precedenza, il software EDA può semi-automaticamente preimpostare il chip dell'intero processo per garantire il suo funzionamento di successo. I progettisti hanno solo bisogno di cambiare diverse posizioni chiave, il che riduce notevolmente il rischio incontrollabile.
La nostra azienda di precisione utilizza principalmente il software di Mingdao internazionale, Xinsi scienza e tecnologia e Kaideng elettronica. Succede che queste tre siano le più grandi imprese di software EDA al mondo, e tutte sono imprese americane.
I fornitori di software EDA intelligenti forniscono anche software EDA gratuito alle fabbriche di fonderie come TSMC, richiedendo alla fonderia di fornire software EDA pacchetti numerici di informazioni di base di componenti e unità di legge di pensiero come tubi di cristallo, tubi MOS, resistenze, condensatori, ecc. i pacchetti numerici sono continuamente ottimizzati e aggiornati molte volte (a volte un mese) e la verifica dei moduli e l'associazione con il software, quindi, fondamentalmente supporta solo la versione più recente. A differenza del software piratato, possiamo ancora utilizzare la vecchia versione senza aggiornarla dopo la legge di divieto. Se non abbiamo bisogno dell'ultima versione del software per verificare il chip, è probabile che il chip preimpostato non possa funzionare, con conseguente errore di streaming, e un errore di streaming significa che centinaia di milioni di fondi sono stati persi e il rischio di costo è molto alto.
Huada Jiutian è finalmente la società leader di software EDA in Cina. Attraverso anni di progresso, è stata in grado di assumere la responsabilità di alcuni settori. Tuttavia, come detto sopra, come chip a semiconduttore s, ha bisogno della cooperazione dell'intero processo per coprire il processo preimpostato dell'intero chip di fascia alta e possiamo coprire solo alcuni punti.
2, fabbricazione del chip:
Il processo di fabbricazione del chip può essere approssimativamente suddiviso in: ossigenazione - deposizione del film - litografia - incisione - perfusione ionica - pulizia;
Nel campo della produzione di chip, TSMC è senza dubbio l'azienda più forte al mondo. La sua forte tecnologia e la capacità leader garantiscono la sua posizione di leader. Tuttavia, tutto questo si basa sull'uso di un gran numero di impianti a semiconduttori americani. Si può dire che non ci sarà TSMC oggi senza il supporto della tecnologia americana. Pertanto, se viene emesso un divieto nel paese a, TSMC sarà in grado di scegliere di non elaborare chip per noi dopo aver pesato l'ordine e la sua tecnologia di base.
Potresti dire che abbiamo ancora SMIC? Dopo anni di duro lavoro, SMIC internazionale, che è stato elencato nel 2004, ha finalmente conquistato il nodo del processo 14nm in 19 anni, che è stato finalmente una svolta importante. Tuttavia, prima di tutto, dobbiamo renderci conto che TSMC ha fornito chip di 7 nm ai frutti in 18 anni, che è indietro di almeno due generazioni in termini di tecnologia di processo. In secondo luogo, anche se possiamo accettare prodotti che non sono così buoni in dimensioni, prestazioni e navigazione continua, SMIC non può farlo per noi. Nel processo di fabbricazione di chip sopra menzionato, nel collegamento di incisione, la nostra microelettronica è stata in grado di applicare la tecnologia più avanzata alle linee di produzione 7Nm e 5nm. Tuttavia, inoltre, è in ritardo rispetto al livello medio mondiale. Nel collegamento produttivo, ci sono un gran numero di tecnologie provenienti dagli Stati Uniti. Ad esempio, SMIC ha applicato lo schema delle imprese americane dei materiali applicati. Pertanto, se un paese ha davvero un divieto, SMIC non può fare chip per Huawei.
Litografia:
In secondo luogo, solo una tecnologia chiave - litografia può essere menzionata nella fabbricazione di chip. Una macchina litografica proietta un diagramma del circuito su un wafer di silicio coperto di fotoresist; L'incisione corrode il diagramma del circuito a ramo parallelo sul wafer di silicio che ha appena disegnato il diagramma del circuito. Le due strutture si completano a vicenda e non può mancare una.
La tecnologia litografica EUV ha un alto grado di difficoltà (la versione migliorata di DUV è cambiata con successo da grande a piccola lunghezza d'onda dopo aver soppresso lo stagno metallico liquido, che non sarà descritto in dettaglio qui). Lo sviluppo è iniziato più di 20 anni fa, con la partecipazione di quasi 40 paesi, compresi tutti i paesi europei. Tuttavia, solo gli Stati Uniti hanno sostenuto fermamente che, alla fine, il grado di difficoltà tecnica è superiore alla fabbricazione di bombe atomiche. Nel chip attuale, dobbiamo eseguire almeno 20 volte di litografia (uno strato alla volta), e quando ingrandiamo il disegno di un singolo strato di incisione molte volte, è più complesso della mappa topografica di tutta la città di New York e periferie. Immaginate di registrare tutta la mappa topografica di New York e suburbana su un chip con una superficie piana o oggetto di soli 100 mm quadrati (la dimensione di un tubo di cristallo è inferiore a uno degli estremi di un diametro di capelli). Si può immaginare quanto sia complessa la struttura.
Pertanto, la fotolitografia è una tecnologia molto complessa e chiave. La sua precisione e nitidezza votano direttamente sull'esperienza di calcolo e sulla qualità del chip. Solo l'abilità di incisione più accurata può realizzare con successo l'idea del progettista del circuito alla micro scala. Non c'è dubbio che la tecnologia litografica è in prima linea nella concorrenza tra i paesi nel periodo della litografia chip.
Il campo all'avanguardia della tecnologia litografica è monopolizzato dall'impresa olandese ASML (ASML) e la sua macchina litografica 5nm è stata messa in uso. Quest'anno, il processore A14 TSMC, Qualcomm Xiaolong serie 875 e il processore mascot 9000 sono stati tutti prodotti da questa struttura. Fino ad ora, la macchina litografica cinese è il processo 28nm di microelettronica. C'è un'era di differenza di esperienza nello sviluppo e due volte di differenza di esperienza nella produzione di massa. Come per molti altri link, hanno anche appena iniziato ad andare.
3, prova del pacchetto:
Come accennato in precedenza, dopo la produzione del chip, non è un prodotto finito, ma un grande wafer, che deve essere testato, tagliato e incapsulato dal chip tester.
Test soddisfacenti possono rendere obsoleti i prodotti che non soddisfano gli standard qualitativi prima che raggiungano gli utenti, il che è fondamentale per aumentare la produzione e la qualità e stabilire un circolo virtuoso di produzione e commercializzazione. La macchina di prova è un test di successo per verificare se il chip soddisfa lo scopo preimpostato, studiare l'impatto dei cambiamenti di fondo su di esso e la durata di vita irregolare.
Entro il 2019, la Cina aveva speso più di 300 miliardi di dollari in chip importati (solo più di 200 miliardi di dollari in carburante), e acquistato un totale di un terzo dei chip mondiali, di cui più del 90% dipendeva dalle importazioni. Si può vedere che la nostra dipendenza dai chip è ancora abbastanza grande. Per studiare la situazione attuale dei chip a semiconduttore in Cina, dobbiamo prima guardare alla divisione del lavoro nell'intero processo dell'industria dei chip.
Catena mondiale dell'industria dei chip:
La società di precisione cinese, frutta d'oltremare, AMD, Qualcomm e altri famosi produttori spesso fanno solo preset, che chiamiamo preset chip fabless; Dopo la preimpostazione, consegnare i disegni a una fonderia di produzione di chip di terze parti come TSMC o Samsung; Dopo la produzione, non è un prodotto finito, ma un grande cristallo rotondo di giunzione del silicio. Deve essere consegnato al giorno colore e sicurezza. Tali imprese utilizzano il software EDA per testare, tagliare e confezionare e infine formare i chip che di solito vediamo.
La maggior parte dei processi di produzione di chip sono descritti sopra, ma ci sono rare eccezioni. Ad esempio, l'intero processo di super grandi imprese come Intel e Samsung è bilanciato da se stessi, cioè il preset, la produzione, il test e l'imballaggio sono tutti fatti da soli. Generalmente chiamiamo questo stile standard IDM stile standard. In effetti, all'inizio, abbiamo prodotto tutti chip in stile standard IDM, ma in seguito, abbiamo pensato al costo e alla velocità. Dopotutto, creare una linea di produzione da soli è troppo costoso e l'aggiornamento è veloce. Dopo che le strutture sono messe lì per l'ammortamento.
Poi, la necessità ha portato alla nascita di un'impresa come TSMC, che ha notevolmente aumentato la sua capacità produttiva sulla premessa del controllo dei costi. Tuttavia, questo ha portato anche un altro cambiamento, vale a dire che il gruppo di soglia dell'industria dei chip è stato ridotto. Una volta non c'erano centinaia di miliardi di persone che non potevano toccare la soglia dell'industria del chip. Ora ha solo bisogno di investire più di una dozzina a miliardi di chip preset sviluppo per trovare qualcuno per fare chip.
Confronto tra il chip preimpostato, la produzione e l'imballaggio di prova della Cina e lo standard mondiale:
Dopo aver finito la catena mondiale dell'industria dei chip, torniamo al flusso di processo del chip stesso, cioè, preset, produzione e test di imballaggio. Analizziamolo da queste tre dimensioni.
1, Chip preset:
Il preset del chip è generalmente suddiviso in: preset front-end, simulazione front-end, preset back-end, verifica, simulazione post, indagine di signoff e quindi inviare le statistiche impostate all'OEM.
Come accennato in precedenza, molte grandi aziende tra cui H-Hisilicon fanno solo chip preset, quindi Hisilicon è fondamentalmente un chip preset impresa.
1. Arm architecture:
Come accennato in precedenza, finora, le architetture principali dei chip includono x86 (esclusiva di Intel e AMD, che domina il mercato dei PC), braccio (mobile convenience facility), risc-v (stella nascente, ampiamente utilizzata nelle strutture indossabili intelligenti), MIP (utilizzato principalmente in gateway e set-top box), Il posto unico del basso costo è particolarmente influenzato dall'occhio blu delle strutture mobili come i telefoni cellulari (l'architettura braccio e x86 sono le due architetture più grandi in termini di quote di mercato).
La nostra azienda High Precision proviene dalla ricerca secondaria e dallo sviluppo basato sull'architettura di versione pubblica dell'impresa arm. Anche se arm è un'impresa britannica e sostiene di non essere influenzata dal dipartimento degli affari commerciali del paese a, il comportamento del braccio è stato instabile nell'ultimo anno. Finora, è stato riferito che sarà acquistato da NVIDIA da tutto il mondo, il che sembra anche molto inaffidabile. Se non permettiamo a Huawei di preimpostare autonomamente il chip del set di istruzioni di prossima generazione, il grado di difficoltà è molto alto.
2. EDA preset:
La struttura del chip è la premessa del presupposto. Quando si sceglie un cantiere e cemento espanso, è necessario anche un piano architettonico specifico, cioè, preimpostazione del chip. In questo processo, abbiamo parlato dell'intero percorso di richiesta di software EDA (più o meno simile al software CAD nel settore delle costruzioni). Come accennato in precedenza, il software EDA può semi-automaticamente preimpostare il chip dell'intero processo per garantire il suo funzionamento di successo. I progettisti hanno solo bisogno di cambiare diverse posizioni chiave, il che riduce notevolmente il rischio incontrollabile.
La nostra azienda di alta precisione utilizza principalmente il software di Mingdao internazionale, scienza e tecnologia Xinsi e elettronica Kaideng. Succede che queste tre siano le più grandi imprese di software EDA al mondo, e tutte sono imprese americane.
I fornitori di software EDA intelligenti forniscono anche software EDA gratuito alle fabbriche di fonderie come TSMC, richiedendo alla fonderia di fornire software EDA pacchetti numerici di informazioni di base di componenti e unità di legge di pensiero come tubi di cristallo, tubi MOS, resistenze, condensatori, ecc. i pacchetti numerici sono continuamente ottimizzati e aggiornati molte volte (a volte un mese) e la verifica dei moduli e l'associazione con il software, quindi, fondamentalmente supporta solo la versione più recente. A differenza del software piratato, possiamo ancora utilizzare la vecchia versione senza aggiornarla dopo la legge di divieto. Se non abbiamo bisogno dell'ultima versione del software per verificare il chip, è probabile che il chip preimpostato non possa funzionare, con conseguente errore di streaming, e un errore di streaming significa che centinaia di milioni di fondi sono stati persi e il rischio di costo è molto alto.
HD JT è finalmente la società leader di software EDA in Cina. Attraverso anni di progresso, è stata in grado di assumere la responsabilità di alcuni settori. Tuttavia, come detto sopra, come i chip a semiconduttore, ha bisogno della cooperazione dell'intero processo per coprire il processo preimpostato dell'intero chip di fascia alta e possiamo coprire solo alcuni punti.
2, fabbricazione del chip:
Il processo di fabbricazione del chip può essere approssimativamente suddiviso in: ossigenazione - deposizione del film - litografia - incisione - perfusione ionica - pulizia;
Nel campo della produzione di chip, TSMC è senza dubbio l'azienda più forte al mondo. La sua forte tecnologia e la capacità leader garantiscono la sua posizione di leader. Tuttavia, tutto questo si basa sull'uso di un gran numero di impianti a semiconduttori americani. Si può dire che non ci sarà TSMC oggi senza il supporto della tecnologia americana. Pertanto, se viene emesso un divieto nel paese a, TSMC sarà in grado di scegliere di non elaborare chip per noi dopo aver pesato l'ordine e la sua tecnologia di base.
Potresti dire che abbiamo ancora SMIC? Dopo anni di duro lavoro, SMIC internazionale, che è stato elencato nel 2004, ha finalmente conquistato il nodo del processo 14nm in 19 anni, che è stato finalmente una svolta importante. Tuttavia, prima di tutto, dobbiamo renderci conto che TSMC ha fornito chip di 7 nm ai frutti in 18 anni, che è indietro di almeno due generazioni in termini di tecnologia di processo. In secondo luogo, anche se possiamo accettare prodotti che non sono così buoni in dimensioni, prestazioni e navigazione continua, SMIC non può farlo per noi. Nel processo di fabbricazione di chip sopra menzionato, nel collegamento di incisione, la nostra microelettronica è stata in grado di applicare la tecnologia più avanzata alle linee di produzione 7Nm e 5nm. Tuttavia, inoltre, è in ritardo rispetto al livello medio mondiale. Nel collegamento produttivo, ci sono un gran numero di tecnologie provenienti dagli Stati Uniti. Ad esempio, SMIC ha applicato lo schema delle imprese americane dei materiali applicati. Pertanto, se un paese ha davvero un divieto, SMIC non può fare chip per Huawei.
Litografia:
In secondo luogo, solo una tecnologia chiave - litografia può essere menzionata nella fabbricazione di chip. Una macchina litografica proietta un diagramma del circuito su un wafer di silicio coperto di fotoresist; L'incisione corrode il diagramma del circuito a ramo parallelo sul wafer di silicio che ha appena disegnato il diagramma del circuito. Le due strutture si completano a vicenda e non può mancare una.
La tecnologia litografica EUV ha un alto grado di difficoltà (la versione migliorata di DUV è cambiata con successo da grande a piccola lunghezza d'onda dopo aver soppresso lo stagno metallico liquido, che non sarà descritto in dettaglio qui). Lo sviluppo è iniziato più di 20 anni fa, con la partecipazione di quasi 40 paesi, compresi tutti i paesi europei. Tuttavia, solo gli Stati Uniti hanno sostenuto fermamente che, alla fine, il grado di difficoltà tecnica è superiore alla fabbricazione di bombe atomiche. Nel chip attuale, dobbiamo eseguire almeno 20 volte di litografia (uno strato alla volta), e quando ingrandiamo il disegno di un singolo strato di incisione molte volte, è più complesso della mappa topografica di tutta la città di New York e periferie. Immaginate di registrare tutta la mappa topografica di New York e suburbana su un chip con una superficie piana o oggetto di soli 100 mm quadrati (la dimensione di un tubo di cristallo è inferiore a uno degli estremi di un diametro di capelli). Si può immaginare quanto sia complessa la struttura.
Pertanto, la fotolitografia è una tecnologia molto complessa e chiave. La sua precisione e nitidezza votano direttamente sull'esperienza di calcolo e sulla qualità del chip. Solo l'abilità di incisione più accurata può realizzare con successo l'idea del progettista del circuito alla micro scala. Non c'è dubbio che la tecnologia litografica è in prima linea nella concorrenza tra i paesi nel periodo della litografia chip.
Il campo all'avanguardia della tecnologia litografica è monopolizzato dall'impresa olandese ASML (ASML) e la sua macchina litografica 5nm è stata messa in uso. Quest'anno, il processore A14 TSMC, Qualcomm Xiaolong serie 875 e il processore mascot 9000 sono stati tutti prodotti da questa struttura. Fino ad ora, la macchina litografica cinese è il processo 28nm di microelettronica. C'è un'era di differenza di esperienza nello sviluppo e due volte di differenza di esperienza nella produzione di massa. Come per molti altri link, hanno anche appena iniziato ad andare.
3, prova del pacchetto:
Gli amici che capiscono il chip potrebbero pensare che la Cina sia nella prima colonna al mondo nel collegamento di imballaggio e test. Tuttavia, la situazione reale della questione è che la macchina per la prova di lucidatura è monopolizzata da aziende giapponesi e americane, dove tereda e Kexiu semiconduttori dagli Stati Uniti occupano più della metà degli impianti nazionali di sigillatura e collaudo, e il tasso di localizzazione degli impianti di prova a semiconduttori non è sufficiente del 10%.
Prova di imballaggio
Dopo il divario tra i chip a semiconduttore cinesi e gli standard mondiali in termini di preset, produzione e test di imballaggio, non dovremmo essere troppo ottimisti. Infatti, non siamo senza esperienza in EDA, produzione, litografia e OEM. Huada Jiutian, Zhongwei elettronica, Hisilicon e altre aziende hanno gettato molte basi in vari campi, In alcuni punti e campi, possiamo anche confrontare con la linea del fronte. Ciò che dobbiamo fare ora è lasciare emergere sempre più punti e infine formare una catena matura e completa dell'industria dei semiconduttori attraverso progressi coordinati da un punto all'altro, che non è più controllata da altri.
Dopo aver compreso la situazione attuale e il divario della tecnologia cinese del chip a semiconduttore, dobbiamo pensare profondamente a come perseguire e superare con successo.
1, situazione attuale dei chip a semiconduttore in Cina
In un settore in cui la fisica di base è stagnante (come sarà menzionato di seguito), anche se Intel ha ancora grandi vantaggi (EDA preset, processo, ecc.), il divario tra stelle nascenti e gradualmente diminuirà. La Cina ha perso la finestra di progresso nell'industria dei semiconduttori nella storia, insieme a alcuni errori decisionali, con conseguente situazione inattiva dell'industria dei chip a semiconduttore. Tuttavia, il rapido sviluppo dell'industria fotovoltaica cinese negli ultimi anni ha anche rotto i materiali di silicio ad alto cristallo richiesti da un piccolo numero di semiconduttori.
Tuttavia, i problemi affrontati sono ancora molto difficili e ardui. Il software di ingegneria EDA dei chip preimpostati sono fondamentalmente monopolizzati dagli Stati Uniti e dall'Europa; La macchina litografica degli impianti di elaborazione del chip è ancora monopolizzata dalle imprese asmel nei Paesi Bassi e la sua serie di impianti composti da una serie di tecnologie elevate e nuove è monopolizzata dall'impresa americana dei materiali applicati (Amat) e dall'impresa di sviluppo Colin (LAM); Inoltre, la produzione di trucioli necessita anche di acido fluoridrico, fotoresist e altre materie prime chimiche, e queste materie prime chimiche di alta precisione sono fornite da Toyo (la Corea del Sud è stata interrotta da Toyo, quasi con conseguente arresto dei trucioli). Anche se le condizioni hardware sono soddisfatte con il processo di produzione, l'esperienza preimpostata industriale accumulata (disposizione del circuito gate e combinazione e forma di realizzazione di funzioni di successo) del chip Intel non può recuperare durante la notte. Dobbiamo studiare per più di dieci o anche venti anni.
2, problemi affrontati dalla catena industriale dei semiconduttori della Cina:
Il progresso della tecnologia è inseparabile dal mercato dei capitali. Partiamo dal punto di vista del capitale per analizzare la promozione del mercato dei chip e del capitale dietro di esso.
Prima di tutto, l'industria dei chip ha una caratteristica notevole e unica che la sua velocità di aggiornamento è abbastanza veloce. A differenza di altri settori, c'è anche una grande quantità di domanda nel mercato low-end e low-cost. Attraverso il vantaggio di prezzo, possiamo iniziare dalla fascia bassa, espandere gradualmente il mercato, accumulare talenti e passare alla fascia alta. Per i chip, il mercato è sempre chip di fascia alta con prestazioni eccellenti e non c'è quasi nessun mercato di fascia bassa.
In secondo luogo, per le aziende con tecnologia avanzata del chip, anche se lo sviluppo e la preimpostazione dei chip e la creazione di linee di produzione richiedono molti investimenti, il nuovo mercato del chip è così grande. Allo stesso tempo, un insieme di tecnologie mature come il fotoresist ad alta precisione può anche garantire una produzione su larga scala. Gli investimenti nello sviluppo saranno presto diluiti da una grande quantità di materie prime.
Inoltre, lo sviluppo del chip cinese, la Cina non manca di capitale (spende decine di miliardi per lo sviluppo) e persone che occupano posizioni nella scienza e nella tecnologia di sviluppo di base (tuttavia, manca l'accumulo di esperienza del chip). Tuttavia, l'investimento di capitale presta attenzione al rapporto input/output. Il gruppo di capitali è preoccupato che i prodotti investiti da decine di miliardi non possano nemmeno raggiungere il processo tradizionale dei semiconduttori (chip terminale), e possano sviluppare solo vecchi prodotti. Un costo di sviluppo così elevato non è diluito dal mercato, ma il prezzo dei chip di fascia media e bassa è più costoso. L'investimento è come un buco senza fondo, quindi l'azienda non ha alcuna motivazione per implementare investimenti e sviluppo su larga scala, che è l'essenza del difficile progresso del settore dei chip.
In poche parole, a causa del vantaggio del primo mover, il cerchio di vita della CPU è stato formato. Il desktop x86, il braccio incorporato e il cerchio di abitudini di vita del software e hardware sono maturi e stabili. Camminando lungo la strada straniera sarà bloccato dalla barriera brevettuale. Se si costruisce il proprio cerchio di abitudini di vita, come detto sopra, si può solo sperare che il paese possa acquistarlo. Il mercato non ha bisogno di chip di fascia bassa. È troppo difficile salvare la vita sul mercato.
3, come sviluppare l'industria del chip a semiconduttore?
Devo ammettere che dopo aver analizzato le ragioni di cui sopra che portano al ritardo dello sviluppo del chip in Cina, come può essere cambiata la capacità?
1. La legge MOLLE perde gradualmente la sua efficacia
Come accennato in precedenza, con il processo denso, i chip di processo 3nm sono ora in fase di sviluppo e pronti per essere messi in produzione di massa. Tuttavia, il miglioramento delle prestazioni, del trattamento superficiale e della velocità di densità non sono in proporzione diretta, il che dimostra che la legge di MOLLE ha gradualmente iniziato a perdere la sua efficacia. Partendo dalla premessa che la fisica di base non è stata interrotta, il miglioramento della densità dei chip semiconduttori in tutto il mondo stagnerà, e possiamo solo ottimizzare continuamente e preimpostare processi migliori. Questo offre anche al nostro paese un'opportunità unica nella vita. Se non avanziamo, ci ritireremo. Tuttavia, dobbiamo ancora ammettere che la sua esperienza di preselezione chip si è accumulata per decenni. In un piccolo dettaglio, le funzioni realizzate con successo da squisito e ingegnoso preset possono farci stupire per decenni o anche 20 anni.
2. Le principali società di chip si ritirano dal mercato cinese
Come accennato in precedenza, i giganti delle aziende di semiconduttori con vantaggi first mover si baseranno sulla loro forte ricerca scientifica ed esperienza per mantenere la velocità di aggiornamento. Tuttavia, il mercato ha bisogno solo dei chip più recenti e più forti, che equivale a monopolizzare l'intero mercato dei chip e cadere in un circolo vizioso di nessun profitto di mercato e nessun potere di investire nello sviluppo, Pertanto, la ricerca dell'industria dei semiconduttori sarà molto più difficile di altre industrie.
Tuttavia, ora la politica di embargo sui chip di un paese ha preso l'iniziativa di ritirarsi dal mercato cinese. Anche se questa non è una piccola brutta notizia per le aziende high-tech cinesi e molte persone sentiranno il declino delle prestazioni quando utilizzano impianti elettronici di chip domestici durante il periodo, dà un'opportunità una volta nella vita per lo sviluppo dell'industria dei chip nel paese di equitazione del muro. Per noi, potrebbe essere necessario tollerare l'inadeguatezza delle prestazioni del chip autoprodotto in breve tempo. Tuttavia, da un'ampia prospettiva, si tratta di un passo necessario per conseguire con successo progressi vigorosi. Sotto la pressione di questo background di mercato non oggettivo, il livello di tecnologia dei chip della Cina sarà perseguito con successo.
In considerazione dei cambiamenti nello slancio delle attività internazionali e commerciali, al fine di sbarazzarsi della dipendenza dell'industria dei semiconduttori dall'estero, anche la Cina ha promulgato una serie di politiche. Il 4 agosto dell'anno in cui ho parlato, il Consiglio del Governo ha stampato e distribuito "quante politiche politiche sono coinvolte nel miglioramento del progresso di alta qualità dell'industria dei circuiti integrati e dell'industria del software nel nuovo periodo", che ha espresso che le società di circuiti integrati con una larghezza di linea inferiore a 28nm e un periodo di gestione superiore a 15 anni saranno esentate dall'imposta sulle persone fisiche delle società entro 10 anni.
Proprio quest'anno Intel, il più grande produttore di chip al mondo, si stava preparando anche a esternalizzare il suo business di chip a TSMC. Oltre al pensiero aziendale, ci sono fattori che perderanno l'efficacia della legge MOLLE sulla tecnologia stessa. Secondo questa legge, il miglioramento della tecnologia di produzione di chip rallenterà o addirittura ristagnerà. Pertanto, Intel non è desiderosa di perseguire gli ultimi processi chip 7Nm e 5nm.
1, Legge di MOLLE:
Questa legge è stata proposta da Gordon MOLLE, uno dei fondatori di Intel. Il suo significato sostanziale interno centrale consiste nel fatto che il numero di tubi di cristallo tollerabili su circuiti integrati con dimensioni di piano unitario o superficie oggetto raddoppierà approssimativamente ogni 24 mesi, vale a dire, le prestazioni del processore raddoppieranno ogni due anni (questa legge è solo l'esperienza dell'industria, non la legge fisica naturale). Questa legge è adatta anche allo sviluppo della capacità di archiviazione dei driver del computer, che è diventata la base per molte aziende industriali per speculare sulle prestazioni in anticipo.
2, la legge di MOLLE perde gradualmente la sua efficacia:
Tuttavia, l'ultima ricerca mostra che il chip di processo 3nm di prima generazione è simile al chip 5nm, la sua densità è aumentata del 70% e la velocità è aumentata del 10% ~ 15%. Tuttavia, alla fine, le prestazioni del chip sono migliorate solo del 25% ~ 30%. La superficie di miglioramento delle prestazioni non è direttamente proporzionale al miglioramento della densità e della velocità. Pertanto, i chip contemporanei con l'ultimo processo 3nm probabilmente hanno incontrato il limite della legge fisica della talpa.
1. Penetrazione della barriera
La ragione della perdita di efficacia è legata alla fisica di base e alla meccanica quantistica. La meccanica classica sostiene che un oggetto (come un elettrone) che passa attraverso una barriera potenziale ha bisogno di più di una soglia energia + capacità di raggio. La meccanica quantistica riconosce che anche se l'energia della particella + filo è inferiore alla soglia di energia + filo, un piccolo lotto viene rimbalzato e un piccolo lotto può ancora passare attraverso la barriera potenziale.
2. Probabilità di penetrazione della barriera
Sappiamo tutti che la meccanica quantistica è lo studio delle particelle di micro scala, e i sottili circuiti integrati nei semiconduttori sono adatti a questa legge. Usiamo t per indicare il coefficiente di probabilità degli elettroni che penetrano la barriera, e a rappresenta la larghezza della barriera.
Si può vedere da quanto sopra che la probabilità di penetrazione degli elettroni diminuisce rapidamente con l'aumento della larghezza della barriera A. Si conclude che quando la barriera è molto ampia, la differenza energia + filo è molto grande, o la qualità delle particelle è grande, il coefficiente di penetrazione T â 0. Al contrario, più stretta è la barriera potenziale, più facile è passare attraverso la barriera potenziale e produrre effetto di tunneling quantistico.
Guarda i chip integrati. Lo spazio del circuito del tubo di cristallo sta diventando sempre più stretto, cioè, la barriera potenziale sta diventando sempre più stretta. Quando è piccolo a una certa distanza, la probabilità di tunneling quantistico aumenterà notevolmente. In questo modo, il normale pensiero e funzionamento del chip diventeranno fuori ordine ed è impossibile migliorare le prestazioni.
3. Cosa ci porterà la fine della legge di MOLLE?
Guardando indietro negli ultimi 20 anni, le prestazioni medie di computer o smartphone sono raddoppiate in due anni, ed è molto veloce sputare fuori il vecchio e accettare il nuovo. Con la promozione iterativa del software applicativo, lo abbiamo cambiato anche come FMCG per più volte. Questi sono votati da processi IC e chip più piccoli, più precisi e più veloci. Se il miglioramento della tecnologia dei semiconduttori di base ristagna, i nostri attuali prodotti elettronici diventeranno beni di consumo non facili da logorare. I chip si sforzeranno di raggiungere un equilibrio tra stabilità e costo. Infine, diventeranno beni di consumo non facili da logorare, come frigoriferi, condizionatori d'aria e televisori. Se continuiamo ad andare avanti, si ridurrà anche il margine di profitto dei produttori.
Per riassumere, se i principali produttori non possono più sviluppare chip più accurati (prestazioni migliorate) e convenienti dopo 3nm, la tecnologia chip è probabile che ristagni in futuro. Tuttavia, ci sono due lati di cui parlare. Se non avanzi, ti ritirerai. La stagnazione dell'intera industria dei semiconduttori probabilmente porterà anche alcune opportunità al progresso dell'industria cinese dei semiconduttori. Tuttavia, dobbiamo renderci conto che l'accumulo di tecnologia non si ottiene durante la notte. Anche se la fisica di base ha incontrato un collo di bottiglia, l'esperienza preimpostata del chip di inter negli ultimi decenni non può essere facilmente superata. La preimpostazione intelligente e intelligente dei dettagli e il valore di ottimizzazione in esso è stato ponderato per diversi anni.
4, Supercomputer
Qui c'è un supercomputer, che si chiama supercomputer. La sua performance continua a migliorare in linea con la legge MOLLE, come se non fosse stata influenzata da nulla. La nostra luce Taihu ha operazioni a virgola mobile (punti di esecuzione) in condizioni ideali, e anche alcune persone che sono arroganti e dominano nel mondo, ma è davvero così?
Prima di tutto, dobbiamo chiarire un concetto. Supercomputer si concentra sul lavorare insieme a molti processori, cioè, raccogliere le prestazioni. Non si concentra particolarmente sull'esperienza di un singolo processore. Naturalmente, dal punto di vista del rapporto di consumo energetico, anche le prestazioni di un singolo processore sono molto importanti. La nostra luce Taihu magica è quella di impilare più chip sulla base del fatto che il processo di un singolo chip è in ritardo rispetto a Intel di due generazioni. Dipende dall'eccellente architettura di collegamento per realizzare con successo un certo aspetto del computing, che va oltre l'esperienza.
In generale, proprio come aggiungere una scheda grafica indipendente quando si gioca un gioco, è sempre possibile aggiungere rtx3090 se si dispone di soldi. Basta provare a preimpostare l'architettura che consente a molte schede grafiche di eseguire operazioni parallele per esercitare più potenza di calcolo, e si può sempre aggiungere denaro (denaro in un altro modo ha esperienza, ma purtroppo non può essere aggiunto indefinitamente).
1. Qual è l'indicatore centrale del supercomputing?
Sappiamo tutti che il supercomputing cerca di raccogliere le prestazioni. Tuttavia, se si aggiungono 1000 chip, il picco di calcolo effettivo è solo 100 chip, che è troppo costoso. Pertanto, a livello internazionale, si ritiene generalmente che l'indicatore più significativo del supercomputing sia la velocità. Cioè, la percentuale del picco calcolato al picco teorico, cioè la prestazione che può eseguire.
(Nota: il valore di picco calcolato è ottenuto attraverso la procedura Linpack, che è uno standard accettato a livello internazionale. È una procedura parallela open source per equazioni di primo ordine su scala super grande)
2. Velocità di supercomputering
Il tasso qui si riferisce alla velocità di elaborazione parallela. Prima di parlare di velocità, comprendiamo prima un concetto. La caratteristica unica delle procedure parallele è quella di dividere un grande problema in quanti piccoli problemi devono essere calcolati da più processori. Allo stesso tempo, vota anche sulla sua necessità di scambiare valori tra più processori, cioè comunicazione, In generale, la procedura seriale è principalmente negligente nel tempo di comunicazione in memoria (ha bisogno di essere ottimizzata nel contesto di severi requisiti di prestazioni come le grandi librerie numeriche). Per il supercalcolo delle procedure parallele, infatti, più computer indipendenti sono collegati tra loro attraverso la rete, che è una sorta di comunicazione cross node. Le prestazioni della rete votano direttamente sul tempo di comunicazione e influiscono sul tasso finale. Il supercomputing ordinario considererà opportuno utilizzare una rete privata, almeno 10 Gigabit di larghezza di banda.
Dopo aver compreso i concetti di cui sopra, diamo un'occhiata alla seguente formula:
Tempo di esecuzione della procedura parallela = tempo di esecuzione del processore + tempo di comunicazione
Velocità di elaborazione parallela = tempo di elaborazione seriale / tempo di elaborazione parallela * numero di processori X100%
Si può vedere dalla formula di cui sopra che quando riteniamo opportuno utilizzare la parallelizzazione (compresa l'eterogeneità) per ridurre il tempo di esecuzione delle procedure, è probabile che aumenti il tempo di comunicazione. A condizione che le prestazioni di un singolo smaltimento siano fisse in modo permanente, è fondamentale ottimizzare la riduzione della rete. L'indice di tasso valuta direttamente se vale la pena farlo, Dopo tutto, hai vinto un carro armato con 100 cavalli, che non è una questione di compiacenza.
Una cosa che dobbiamo ammettere è che dalla seconda guerra mondiale, non c'è stato alcun salto in avanti nell'innovazione nelle scienze fisiche di base. Osservando le industrie nei settori dell'energia, della materia, dei materiali e così via, non ci sono stati molti progressi e miglioramenti rispetto agli anni '50 e '60 dopo la seconda guerra mondiale. È più per portare avanti le teorie di base come la meccanica quantistica nella scienza applicata. I semiconduttori sono nati anche nella ricerca della teoria delle bande energetiche nella meccanica quantistica. La sua applicazione ha creato oggi l'industria IT in rapido miglioramento.
Industria informatica:
L'industria che può ancora fare rapidi progressi ora è l'industria IT basata sull'esperienza di chip computing. Non possiamo fare a meno di chiederci se il progresso dell'industria IT incontrerà un collo di bottiglia man mano che l'operazione portata dal tubo di cristallo è vissuta e vicina al limite fisico, e la legge di MOLLE gradualmente scompare? Questo ci porta un problema. Dopo che la forza motrice del progresso economico scompare, il miglioramento della forza lavoro stagnerà. Quando la popolazione e il desiderio aumentano in una certa misura, se l'economia non migliora, si formerà una grande contraddizione sociale. Solo con la rottura e il progresso della scienza e della tecnologia, come la crescita della capacità delle tre rivoluzioni industriali, la forza lavoro ha portato le persone fuori dalla fossa maltese.
Nell'attuale situazione in cui 7Nm viene commercializzato, i chip 5nm e 3nm sono vicini al limite e la legge di MOLLE perderà la sua efficacia, dov'è la via d'uscita per il futuro semiconduttore e persino per l'industria IT? Forse un'altra applicazione della meccanica quantistica coinvolge altre teorie come l'entanglement quantistico, cioè la comunicazione quantistica e il computer quantistico.
Calcolo quantistico:
Il calcolo quantistico è senza dubbio un'altra rivoluzione nel campo dell'informatica. Esprimiamo la più piccola unità di informazione, cioè la macchina di conteggio del trasferimento del bit. Usiamo tubi di cristallo per realizzare con successo se il circuito è acceso ed esprimere 0 o 1. I computer quantistici esprimono sempre la rotazione di rotazione di un protone. Allo stesso tempo, a causa dello stato di sovrapposizione del quantum, un protone può esistere in molte condizioni contemporaneamente, cioè memorizza una varietà di variabili, continua ad andare avanti e realizza con successo l'operazione parallela multi-purpose (simultanea). Con esperienza nel calcolo, è naturalmente rinforzato esponenzialmente, e il tasso di calcolo aumenta centinaia di volte.
Ad esempio, l'interazione tra il sistema composto da entità quantistiche coerenti e il suo sfondo circostante causerà la rapida scomparsa delle proprietà quantistiche. Questo processo è chiamato "decoerenza", che può essere esteso solo a pochi decimi di secondo. Con l'aumento del numero di bit quantistici, aumenta la possibilità di contatto con lo sfondo circostante, Come estendere il tempo rilevante è diventato la chiave; Inoltre, il calcolo quantistico incontrerà l'influenza delle calorie e dell'agitazione casuale, comunemente noto come rumore, con conseguente risultati finali errati e così via; Il suo background operativo è anche estremamente duro e la sua domanda è vicino a zero completo.
Outlook:
La produzione di chip a semiconduttore è un'industria che attribuisce importanza all'accumulo di scienza e tecnologia di base e ha bisogno dell'appropriato dell'intera catena industriale in molti campi. Non c'è scorciatoia per il progresso dei chip. Dobbiamo uscire passo dopo passo. Nel contesto dell'attuale guerra delle attività commerciali, ci siamo resi conto della gravità delle tecnologie chiave controllate da altri, e crediamo che guarderemo all'aumento degli investimenti e finalmente faremo buoni progressi nel campo dei semiconduttori.
Per eliminare ulteriormente la concorrenza a livello nazionale, dovremmo renderci conto che la svolta tecnologica coinvolta nel campo dei chip a semiconduttore non solo porterà benefici a un paese, ma porterà anche buone notizie al progresso generale e al progresso di tutta la popolazione. Una volta che la tecnologia è realizzata con successo, non è nulla per rompere la trappola malthusiana, quello che possiamo fare è costruire un buon background di ricerca, rispettare, coltivare e prestare attenzione ai talenti, rompere la scienza di base e infine realizzare con successo il progresso e il miglioramento della forma sociale generale delle persone.
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