如果我们能从历史尘埃中重新体会到他们的精神核心:不盲从、不畏惧,从否定中汲取力量,那么我们就始终和这些开拓者的灵魂在一起。
3nm芯片争夺战
人工智能、大数据等技术的爆发式发展,日益增加的数据存储计算、信息传输需求,以及消费者对更加集成化、便携化和多功能化的电子产品的渴望,使得产业界对芯片的性能提出越来越高的要求。如今人们手机上搭载的芯片大多在5nm~10nm制程内,主流安卓智能手机上搭载的“骁龙8Gen1”“天玑9000”已经用上了4nm的工艺。芯片设计巨头台积电、三星等高端系列芯片先进制程竞争战火也逐渐从5nm蔓延到了3nm。
根据“半导体行业观察”报道,第一款由台积电代工的3nm芯片于2023年4月20日正式问世,它是美国芯片公司美满电子科技(Marvell Technology)的数据中心芯片。美满电子科技采用台积电3nm工艺,制作了高速率、高带宽的芯片间接口模块,该数据中心芯片的发布标志着3nm争夺战的“枪声”已经打响,竞争局面将被打破。
美满电子科技(Marvell Technology)总部办公楼
据美满电子科技介绍,公司在该节点中的业界首创硅构建模块包括112G XSR SerDes(串行器/解串行器)、Long Reach SerDes、PCIe Gen 6 / CXL 3.0 SerDes和240 Tbps并行芯片到芯片互连。数据显示,新的并行芯片到芯片互连可实现高达240 Tbps的聚合数据传输,比多芯片封装应用的可用替代方案快45%。
与之前的5nm芯片相比,3nm芯片在处理器性能和功耗等方面都有很大的提升,更高的性能,更低的功耗,更小的占据空间,推动计算机的性能和可靠性的不断提升,有助于推动数字经济、物联网、云计算、人工智能等领域的发展,这标志着半导体技术的又一个重要突破,将会对全球芯片市场格局产生深刻的影响。
“改变一切的芯片设计”
在“数智时代”,作为智能电子产品的“心脏”,芯片和半导体技术也正在经历变革,现在,一个被称为 RISC-V 的开放标准可能会改变产业界制造计算机芯片的方式。“改变一切的芯片设计”(A chip design that changes everything)入选2023年《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”,该技术有望打破芯片巨头公司的高价垄断,降低计算机芯片设计的成本和难度。
改变一切的芯片设计,插画作者尼克•利特尔(Nick Little)
英特尔(Intel)和ARM 等芯片公司长期以来一直掌控着其芯片设计的所有权,客户只能购买现成的芯片,这些芯片可能有多余的功能,定制设计则要支付更多费用。而RISC-V是一个开放标准,任何人都可以免费用它来设计芯片。
RISC-V规定了计算机芯片指令集的设计规范,指令集描述了芯片改变其晶体管所代表的值的基本操作。例如,如何将两个数字相加。RISC-V 最简单的设计只有47条指令,但如果公司需要功能更复杂的芯片,它也提供了其他设计规范。
RISC-V市场规模,资料来源:《RISC-V处理器报告》(Omdia咨询公司,2020年)
包括公司和学术机构在内的全球约3100名成员目前正在通过非营利组织RISC-V International 合作建立和发展这些规范。2022年2月,英特尔宣布了一项10亿美元的基金,该基金的一部分将用来支持发展RISC-V芯片的公司。
RISC-V芯片已经开始出现在耳机、硬盘和AI处理器中,已经售出了100亿个内核。许多公司也在为数据中心和航天器进行 RISC-V设计。RISC-V的支持者预测,几年后,这种芯片将无处不在。
编辑荐书
从5nm到3nm,从巨头垄断到开放标准,芯片的发展史,就是一部创新史与叛逆史。
资深芯片研究专家、科普作家汪波根据其20年来芯片行业经验,撰写了《芯片简史》一书,该书聚焦于热门话题、热门行业,完整呈现芯片发明和发展的60多年历程,是一部跨越专业人士与大众藩篱的科技创新史,也是读者了解芯片发展历程及看清未来发展趋势的绝佳商业图书。
《芯片简史》
汪波老师是法国里昂国立应用科学学院集成电路硕士、利摩日大学高频微电子学博士,有着二十余年行业经验积累。他在华为公司、法国里昂纳米国家实验室和北京大学深圳研究生院从事集成电路设计的教学与科研工作。
全书完整呈现了芯片发明与发展的历程,从支撑芯片产业发展的量子力学讲起,逐渐发展到半导体物理学,进而催生了半导体器件,这些器件又由简到繁,像一颗发芽的种子,演化出了双极型晶体管、MOS场效晶体管、光电二极管等,并由此集成构造出了模拟芯片(通信和传感器芯片等)、数字芯片(CPU、存储器、FPGA等)和光电芯片等。最后,本书还展示了芯片设计方法和制造方法由手工到自动的发展过程,并指出了芯片未来面对的挑战和可能的解决路径。
作者以芯片诞生和发展为主线,将散落在世界各地的实验室、杂志、书籍或新闻报道的庞杂信息重新组织、编排,在力求准确、科学的前提下,写作了这样一本综合性作品,使得我们透过“芯片简史”这四个字,深入了解那些散落在历史深处的芯片发明者的个人世界,体验他们在发明中所经历的种种困苦与喜悦、磨难与幸福,与他们一起重走芯片发明之路,看他们如何突破科学研究中的困难与现实世界的阻碍,做出一项项改变甚至颠覆世界面貌的发明和创新。
芯片构成了现代社会正常运转的核心控制单元,影响范围涉及国家安全、商业、政治、文化等方面,没有芯片,我们现在所拥有的一切都无从谈起。为了使大众能够更加容易、更加清晰地了解芯片,本书作者在写作时做了以下努力:一是高度还原创新的历史过程,展现曾经盛行的观念和技术,以及新的技术是如何萌芽并与之斗争和最终突破的。二是突出作为创新者的个体,将历史的聚光灯打在实验台前的科学家和工程师身上,展现他们内心的渴望、追求、困顿、嫉妒和欣喜。三是将发明一刹那的火花清晰呈现出来。虽然知识的“剂量”被压缩,却足以激发读者智识上的兴趣,全书叙述上的惊险程度不逊于一部小说。
全书500多页,其中正文465页,图片111幅,参考文献43页,共400多条文献(不含重复的),缩略语50余条,索引词约200条。
芯片大事年表,图片来源:《芯片简史》
本书附有彩色拉页展示了芯片发展史中重要事件,还有一幅芯片发展树展示从半导体到不同芯片之间的传承发展脉络。全书14章,从量子物理、晶体管一直到CPU、LED、光刻机、EDA等。每章结尾提炼出了一页的核心要点。附录中包括缩略语、索引,半导体技术发展图,还有重要人物列表和关系图谱,构成了一幅芯片群英谱。
参考文献:
[1] 半导体行业观察.全球首款3nm芯片,正式发布[EB/OL].2023-4-20[2023-4-25]. https://mp.weixin.qq.com/s/eM-9OG52rFCSqeCgjzlKOg.
[2] 连于慧. 台积电:芯片供应链库存高居不下,中国市场复苏力道弱,全球半导体春天未到[EB/OL]. 2023-04-20[2023-04-25]. https://mp.weixin.qq.com/s/zt0HbHO8hFFjHASn1E6Qkw.
[3] Omdia. RISC-V Processors Report[R]. London , 2020.
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