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绘制下一个半导体路线图

行业领导者会对不断变化的技术生态系统进行推动者、影响和展望。

受欢迎程度

半导体行业正在追溯到新技术和市场,因为Moore的法律变得越来越难以维持和智能手机的增长率继续平坦。

在过去,它是一个肯定的赌注,推动到下一个流程节点将提供功率,性能和成本的改进。但是在22nm之后,经济学因需要多图案化和FinFet而变化,并且它们在每个新节点上继续改变ITRS路线图。虽然FinFET在16/14nm处使静电漏电流产生静电漏电流,但泄漏问题再次在10nm下重新拍摄,并且在7nm处变得更糟。需要更多颜色和图案层,设计和制造芯片需要更长的时间。此外,由动态功率密度以及静态泄漏引起的热问题变得越来越有问题,更难以在每个新节点上预测和验证。因此,从设计通过制造,每个设计和每个晶体管的成本上升,增加了收回该投资所需的销售量。

经济学在宏观层面也在发生变化。从大型机迁移到桌面PC,然后从笔记本电脑到智能手机和平板电脑的迁移,可以绘制到智能手机和平板电脑,几乎是一条直线。但是,在智能手机之后,没有单个计算设备。相反,垂直市场有许多定制的解决方案,每个解决方案都具有自身独特的要求和要求。结果是,在数百万或数十亿个设备中没有任何设计工作,并且从一个市场到另一个市场的技术重用和共性。此外,计算在这些市场内变得更加分布。即使设计变得越来越复杂,筹码数量也在越来越多,卷是较低的。

从高水平的抽象看,技术和业务都出现了拐点,以及它们之间的协同作用和相互作用。虽然一些部分仍在开发出来,但它变得明显,技术和业务足够先进,以改变我们可以用这种技术做的事情,我们如何与之界面,以及未来的机会和挑战将是。

“毫无疑问存在巨大的拐井,”Aartman兼首席执行官Aart de Geus说synopsys.。“半导体产业只有两个主要阶段。第一个是计算,杀手应用程序是PC。但之后它继续互联网,服务器,云,这一切都是关于计算的。这仍然是持续的,并且大数据将持续大规模,但它在经济学方面已经变平。第二阶段,在增长率方面相当主要的半导体中断后,是移动性的。杀手应用程序是智能手机,这是巨大数量的应用程序的平台。“

De Geus表示,这两个阶段对其他技术具有巨大影响,特别是软件。但是,虽然这些阶段远非结束,但它们不再表现出与过去相同的繁体增长。(见下图)

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图1.随着时间的推移智能手机销售。来源:统计

“The relationship between the hardware platform and the software is changing toward an opportunity, for the first time, to look at truly digital intelligence as now becoming practical, possible, cost-effective and clearly as big a transformation as we’ve seen in the first two,” he said. “So why does it not feel like it’s up and to the right yet? Because multiple things are coming together at the same time, which are not here yet in large volume from a semiconductor perspective.”

他预测,在半导体行业在这种转变的经济效益显现之前需要几年时间需要几年。

Wally Rhines,董事长兼首席执行官导师图形,同意。但正如他所指出的那样,技术和企业中断的赢家和输家。“这是比我们通常的更具破坏性的时期,因为有更多的事情变化。关于所有这些中断的好消息是我们发展业务的唯一方式。建立的设计工具具有相当平坦的市场 - 模拟,地点和路由,以及PCB。这些市场不会特别种植。生长是新功能。虽然PCB设计市场没有成长,但所有使用PCB设计的信号完整性产品都已经成长。虽然仿真市场没有成长,但您添加了模拟以处理新问题的事情已经增长。仿真显着增长。 So with every generation there is something new. At every node, 10nm, 7nm, 5nm, there will be new tools because there will be new problems.”

推动者
除了这些宏观转移旁边,半导体技术本身在过渡。有新的工具,材料,方法和标准,以及建设和包装芯片的新方法。

该班次中的一个基础片段是5G,由第五代无线规范开发下一代移动网络团体。它将增加互联网下载速度到每秒至少10千兆位,延迟小于1毫秒。英特尔表示,它将打开门门向网络功能虚拟化(NFV)和软件定义的网络(SDN)。高通公司认为它将启用一款新服务,连接新行业和设备,并更改用户体验。

“人们想要的数据水平与他们得到的水平之间仍有巨大差距,”史蒂夫·莫尔根科普夫说Qualcomm.。“5G将使许多行业能够利用移动技术。”

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图2. 5G提高可扩展性。来源:Qualcomm.

但是,这不仅仅是另一个婴儿前进。“5G将作为数据行业的破坏性,因为数据是无线行业的数据,”Sanjay Jha表示,首席执行官globalfoundries

移动数据只是一个拼图。存储它是另一个,内存缩放运行其课程。这是搬家背后的东西3d nand.这可以说是近年来记忆方向上最重大的转变HBM.,混合内存立方体和新参赛者,如磁阻RAM.3D-xpoint.

“3D NAND是一个巨大的,我们现在就是现在的”戴夫·赫默斯(CTO)林研究所。“现在我们在32层。人们正在谈论去48.在实验室里,他们正在看60-Plus或90-Plus。在这个阶段是什么乐趣的是,我们不知道,并且答案总是比你所期望的更令人惊讶。你做点什么,你认为这是惊人的,五年后你还在做它并改善它。“

它可能会从那里开始。“从设备的角度来看,我看的方式,是你可以玩的旋钮,”赫默说。“层数是明显的,但是层的厚度和每个细胞的实际间距。还有谈论拍摄你舒适的多个层次,堆积和堆叠它们。所以你做一次,然后重复一遍。这提出了关于你如何覆盖的问题。它很复杂,就像其他一切一样。有些方法可以在能够获得更好的保留和多级别单元格时与存储设备本身一起玩。上面的缩放有空间。我们只是在一开始。 It’s not a one- or two-generation thing.”

另一个拼图涉及包装。电线和互连已经缩小到阻力和电容是严重问题的点。通过越来越窄的电线驱动电子增加热量,这反过来又降低了随时间的可靠性。最重要的是,至少过去十年中至少有萎缩模拟组件的益处。而且Finfet.门 - 全面的FET是控制泄漏和提高性能的可行方式,设计和制造更加困难和昂贵。

替代方案,而且一直在展望性能是一个关键问题的市场中,是先进的包装,无论是涉及的2.5D或者扇出或者之间的东西。半导体世界正在进行工作,以创造理想的包装解决方案,但仍然是不确定的。有无数的方法来包装解决方案。(见下面的三个例子。)

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图3:AMD的斐济解决方案。资料来源:TechSearch International / AMD

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图4:英特尔的嵌入式多模桥。资料来源:英特尔

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图5:SPIL在包装上的扇出包装(FO-POP)。来源:SPIL.

此时,数据的结论太少了,这是特定应用的最佳方法。但是,在整个行业中,从大学到EDA公司的工作量为夏普师和Osats都是显着和增长的。

影响
一旦建造了基础架构并且所有碎片到位,就没有限制了技术可以去的地方。例如,汽车有很多研究,汽车是一种昂贵但利用不良的资产。一个人可以每天开车一两个小时,让它闲置另外23个小时。

“美国有2.5亿辆汽车,平均使用了7%的时间,”GlobalFoundries'JHA说。“所以93%的投资资本的时间根本没有太多。美国的1700万辆汽车可以满足我们的所有需求。随着计划,这可能更像是5000万辆汽车。因此,您可以将输出减少80%并满足每个人的需求。“

JHA说这只是这种转变锻炼的变化的开始。停车车库和城市停车位接管的房地产可能大大缩小,因为城市中的50%的汽车正在寻找停车位。“美国正在为城市中心的拥堵失去数十亿美元。”此外,如果汽车可以在五分钟内调出汽车,他表示,人们可以从市中心那里生活,这对房地产和零售等其他市场涟漪。

曾经有足够的智慧建立在语音技术中的另一个重要转变,以便能够使用自然语言作为界面。而不是要求一个设备多次完成函数,只需与之交谈并拥有它的能力,并识别您所说的会产生戏剧性的变化。

ARM首席执行官西蒙•西格斯表示:“我们预计设备的智能化程度将会提高。”“如果你今天拿着手机,你仍然在一个小键盘上打字,也许还会对着它大喊大叫。我车里的语音识别正常工作,但有时它会拨错人——相当尴尬。在嵌入设备,特别是手机和汽车中,用户界面会发生变化,这将是一个转折点。随着语音、手势和图像识别技术的进步,我们与计算机交互的方式也随之改变。甚至当你现在使用电脑时,你也会意识到这正在发生。这将会改变。我们会达到这样的程度:人们可以享受技术带来的好处,而不必担心技术。”

塞加尔斯表示,一个明显的变化将是获得更加一致的反应的能力,无论是否在安静的房间或嘈杂的环境中给出了命令。“从根本上改变了人们与技术互动的方式,”他说。“如果你看一下你家里的大部分东西,界面并没有变化很多。我有一个能够做语音识别的电视,我们最终会关闭它,因为电视上会发生一些事情,它认为它是一个语音命令。随着改进,您互动的方式将变得更加自然。“

其他市场也开始受益于这些进展。Medical,即未来潜在的近期潜力长期以来一直看到的,达到了终身效益被记录为新技术的直接结果。

“使用半导体过程,伯克利灯正在与一位教授一起制作创造的微细胞光学过程,用于单细胞开发和显示癌症,”节的首席执行官Lip-Bu Tan说。“我们与UCSF发布了公告。我们正在真实肿瘤中使用大规模并行加工。您可以看到机器上下跳跃的癌症细胞。这使您可以拍摄一个好的细胞并将其转移回来而不是使用Chemo,这使您的整个身体变得薄弱。这真的很令人兴奋。这是一个巨大的序列,你必须分析,并且有很多数据。大家伙花了很多钱拥有那个空间。它不仅仅是癌症。有很多疾病可以提前识别,以及药物治疗它们。 You can have a lot of machine learning and intelligence to make the right decision. The whole medical field is interesting, and the margins are much better.”

看法
机器学习、深度学习和神经网络都可以归入人工智能的范畴。这些都有子类别,但从半导体的角度来看,基本原理是清楚的。在合适的价位和足够低的功率下,处理速度为连接更多市场的更多设备提供了一条途径,这是计算从未实现过的。最终,它们都将改变技术的使用方式。

在半导体和系统级别的需求将继续增长,并且在每种设计中都需要作为水平和垂直组件所需的安全性。但是,在最基本的层面发生变化的是,随着所有这些能力的改善,计算不再是最终目标。且越来越多地将跨工作的机器分发,无论是异步还是同步,而不是限制到单个设备。计算是一种推动器,并且足够的其他部分正在进行到可以从一个设备传递到下一个设备的点,在跨网络上分析,更重要的是,跨市场和不同的位置。

在过去,从半导体到软件到网络,它是开展设计的碎片的能力。将来,它将是推动技术设计的最终市场需求。随着技术的进展,人与机器之间的基本互动正在转移。为了释放史蒂夫乔布斯,它不再是如何使用机器。现在是他们可以做到的问题 - 也许是什么,他们还能做些什么。

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