特種技術(shù)——芯片改變我們的生活

作者：David Haynes博士，泛林集團(tuán)客戶支持事業(yè)部戰(zhàn)略營(yíng)銷執(zhí)行總監(jiān)

材料創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)了人類文明的重大進(jìn)步，作為一名材料工程師，我對(duì)這一點(diǎn)感到非常自豪。石器時(shí)代、青銅時(shí)代和鐵器時(shí)代都是人類發(fā)展至今的重要階段。

創(chuàng)新并非沒有缺點(diǎn)，但的確推動(dòng)了農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、交通和通訊等領(lǐng)域的進(jìn)步。因此，如果說“我們現(xiàn)在生活在硅時(shí)代”，我相信大多數(shù)人都會(huì)表示贊同，而且我認(rèn)為這是泛林集團(tuán)的每個(gè)人都應(yīng)該引以為傲的事情。

特種技術(shù)實(shí)現(xiàn)新功能

我們大多數(shù)人非常熟悉存儲(chǔ)器和微處理器等硅芯片技術(shù)，但對(duì)手機(jī)等現(xiàn)代生活中非常重要的產(chǎn)品所使用的硅芯片，有些人就沒有那么熟悉。實(shí)際上隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些用于照相機(jī)、傳感系統(tǒng)、電源管理系統(tǒng)和射頻連接方案的芯片正在逐個(gè)切實(shí)地改變我們的生活。

如今，一部手機(jī)同時(shí)也是高清數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、數(shù)碼相冊(cè)、剪貼簿、迷你電視、導(dǎo)航系統(tǒng)、健康追蹤器、私人助理、即時(shí)通訊軟件，此外我們還用它來打電話。所有這些功能既歸功于手機(jī)的應(yīng)用處理器和存儲(chǔ)器，也歸功于裝在里面的特種技術(shù)設(shè)備。有趣的是，在iPhone 12中，按面積計(jì)算，73%的硅芯片由28nm及以上節(jié)點(diǎn)的技術(shù)制造的特種技術(shù)方案組成。

應(yīng)用廣泛

無需過多考慮手機(jī)在短短幾年內(nèi)發(fā)生的變化，即可感受到這些技術(shù)對(duì)我們生活的影響之大。CMOS圖像傳感器技術(shù)的進(jìn)步使幾年前專業(yè)照相機(jī)才具備的高清攝影和視頻捕捉水平在手機(jī)上成為可能，它釋放了我們的創(chuàng)造力，正在以前所未有的方式記錄著我們的生活。借助三維成像，如今我們可以用面部識(shí)別來解鎖手機(jī)。隨著手機(jī)的功能變得越來越強(qiáng)大，屏幕清晰度越來越高，電源管理IC技術(shù)的進(jìn)步讓電池壽命和充電速度持續(xù)得到改善。同時(shí)，在日益互聯(lián)的世界中，先進(jìn)5G技術(shù)的發(fā)展保證了超快速、低延遲的有效連接。

而且這種創(chuàng)新的步伐還在加快。2020年初到現(xiàn)在這段時(shí)間因?yàn)樾鹿谝咔闀?huì)被歷史銘記。但由于需要尋找并適應(yīng)新的工作方式、購(gòu)物以及與親人保持聯(lián)系的方式，這段時(shí)間也見證了前所未有的人類創(chuàng)新和技術(shù)加速發(fā)展。電商、遠(yuǎn)程辦公、視頻通信和線上娛樂等技術(shù)在過去18個(gè)月中取得的進(jìn)步比未來五年可能取得的都要多。

包括特種技術(shù)在內(nèi)的硅芯片造就了這些進(jìn)步，技術(shù)的發(fā)展速度得到提升，對(duì)這類方案的需求也大幅增加。這也是半導(dǎo)體行業(yè)商業(yè)前景如此廣闊的原因之一。甚至在應(yīng)對(duì)新冠疫情的時(shí)候，特種技術(shù)如MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）傳感器在溫度監(jiān)測(cè)、PCR檢測(cè)乃至供重癥患者使用的呼吸機(jī)的發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。現(xiàn)在，我們不僅有好幾支WHO批準(zhǔn)的新冠疫苗，而且還有很多新冠候選疫苗處于開發(fā)或者臨床試驗(yàn)階段。在如此短的時(shí)間內(nèi)，取得這樣的成績(jī)實(shí)屬驚人。在此之前，疫苗開發(fā)的最快紀(jì)錄是四年。如果沒有現(xiàn)代計(jì)算和傳感系統(tǒng)這些用于測(cè)序和跟蹤病毒遺傳密碼以及設(shè)計(jì)和模擬疫苗藥物的強(qiáng)大技術(shù)，這一切都不可能實(shí)現(xiàn)。你看，硅技術(shù)不是獨(dú)立發(fā)展的，它還加快了醫(yī)學(xué)、科學(xué)和工程等各個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新。

解決方案的核心

如果半導(dǎo)體方案、尤其是特種技術(shù)可以幫助人類應(yīng)對(duì)新冠疫情等挑戰(zhàn)，那么全球變暖等其他緊迫問題也可以嗎？基本上可以確認(rèn)，是的。特種技術(shù)是發(fā)展電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)火車、運(yùn)載工具、甚至未來電動(dòng)飛機(jī)和電動(dòng)船舶的關(guān)鍵。所有這些都依賴先進(jìn)的功率半導(dǎo)體來管理電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及進(jìn)行電池充電。碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等新型半導(dǎo)體材料的進(jìn)步將對(duì)這些應(yīng)用中的硅技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)充。這些設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源的能源轉(zhuǎn)換。

但是，當(dāng)我們消除溫室氣體排放的傳統(tǒng)來源時(shí)，我們要小心不要?jiǎng)?chuàng)造新的來源。正如開篇所提到的，無論技術(shù)進(jìn)步總體上能給人類帶來多大收益，它們都有自己的缺點(diǎn)，硅時(shí)代也面臨著挑戰(zhàn)。隨著我們?cè)絹碓揭蕾嚁?shù)據(jù)，我們需要構(gòu)建消耗大量電力的龐大服務(wù)器場(chǎng)，這將成為一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)的問題，整個(gè)行業(yè)必須控制好這個(gè)問題。借助降低芯片能耗方面的創(chuàng)新、可再生能源的使用、先進(jìn)的電源管理技術(shù)和集成硅光子方案，我們可以有頗多建樹，而特種技術(shù)仍將成為這些解決方案的核心。