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半导体

应用材料公司:为半导体设计和制造提供“新战略”

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应用材料公司梅丹技术中心

相较于以往的计算时代,现今物联网(IoT)、大数据和人工智能在我们的生活中的渗透比以往任何时候都更加普遍。如PC时代,每年的销售量是数亿台。紧随其后的是智能手机、社交媒体和云计算,年销量超过10亿部。现在,我们正处于最重大变革的早期阶段,边缘计算和人工智能创造了数千亿的智能设备和新应用,将从根本上改变人与人之间、机器与机器之间的沟通方式。半导体设备在每一次信息技术的进步和到来时均发挥了关键性的作用。而随着人工智能和大数据时代的到来,半导体行业将如何发展,以助力这个新的计算时代?

AI和大数据对半导体提出新挑战

在过去的几年里,新的数字技术的出现使人类社会产生的数据量急剧增加。根据统计,2018年机器产生的数据量首次超过了人类产生的数据量。未来几年,预计机器设备产生的数据量将增加5倍,全球每年产生的数据量将超过10ZB。随着大数据对社会生产和生活的渗透不断加深,其重要性也不断凸显。《经济学人》杂志刊文指出:“数据对于这个世纪,就像石油对于上世纪一样举足轻重,它是所有增长和改变的推动力。”

那么,人们如何对海量的数据进行有效的收集、处理、存储和分析呢?这既是一个挑战,也是一个重大机遇。对此,应用材料公司集团副总裁、应用材料中国公司总裁余定陆指出,大数据的产生给半导体行业带来了机遇和挑战,这也是企业是否能在AI与大数据时代掌握制胜先机的关键。其中包括:来自物联网普及和工业4.0所产生的超大量数据资料、现有的空间不足以满足快速增加的数据储存量、新的计算模式和架构不足以应对高性能的处理需求、需要依靠边缘和云计算将数据成功转换成价值等。所有这些都必须高效地应对或完成,这就需要每瓦特的计算性能有显著的提升。

以材料工程为新时代筑基

在对半导体创新的需求从未如此之大的同时,传统摩尔定律(Moore's Law)正面临越来越大的挑战。过去50年间,推动摩尔定律发展的二维缩放技术,不再能同时提高芯片的性能、功率,降低面积成本和加速上市时间,芯片设计者称之为PPACt。余定陆指出,半导体行业不能不假思索地沿袭过去几十年的那套办法。没有任何一种能够完全取代以微缩来增加晶体管数量的方法,并成为取得进步的唯一动力。因此,我们需要综合地采用多种方法,更为确切地说,包括新的系统架构、新的3D结构、新型材料、缩小晶体管尺寸等新方法,以及能以新方式连接芯片的先进封装方案。应用材料公司将这种多面的创新方法称之为半导体设计和制造的“新战略”,而其基础就是材料工程。

余定陆举例表示,NAND存储器已经从二维平面缩放过渡到三维缩放,以进一步提高容量、性能和功率效率。

为发挥这一“新战略”的效用,半导体行业需要在材料工程上持续投入,加强研发。应用材料公司半导体中国区事业部总经理、应用材料中国公司首席技术官赵甘鸣博士接受记者采访时表示,随着摩尔定律的放缓,半导体产业正面临全新的技术变革,需要材料工程提供强有力的支撑。为此,应用材料公司持续推动半导体技术的创新,去年在研发上的投入达到21亿美元。

根据赵甘鸣的介绍,应用材料公司在多个领域助力实现了这项“新战略”。最近,公司引入了几种支持材料的图形化技术,为芯片制造商提供了新方法,无需在PPACt中进行权衡,就可以继续扩展逻辑和内存。应用材料公司的新图形化技术,利用其广泛的技术组合,帮助芯片制造商消减工艺步骤,降低研发成本和时间,并加快上市时间。

与合作伙伴共结产业生态

任何一家公司都不可能独立面对AI和大数据时代所带来的机遇与挑战,这需要半导体行业整个生态链的合作。应用材料公司同样致力于与行业生态共同合作研发在人工智能时代提升PPACt所需的新技术。

2019年11月,应用材料公司成立材料工程技术推动中心(META中心)。该中心位于纽约州立大学理工学院(SUNY Poly)奥尔巴尼校区,是一个独特的协作设施。在这里,客户和合作伙伴可以使用最尖端的工艺系统,以帮助其缩短新技术从实验室到晶圆厂的开发时间。在META中心,工程师可以对新型芯片材料、结构和设备进行评估,进而在成熟的试生产环境中测试,使之能够更快地做好迎接客户大规模量产的准备。

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应用材料公司META中心洁净室

应用材料公司还在其位于新加坡的先进封装开发中心帮助业界实现芯片封装的技术突破,该工厂是世界上最先进的晶圆级封装实验室之一。它拥有一个17300平方英尺的10级洁净室,拥有完整的晶圆级封装设备生产线,应用材料公司在这里与行业合作伙伴们一起研究和开发先进的封装设备、工艺和设备结构。在这里候选的封装产品被设计、建模、模拟、制造和进行充分测试,以开发满足新兴行业需求的工艺技术。

META中心和先进封装开发中心对应用材料公司位于硅谷的梅丹技术中心和新加坡的先进材料实验室,在新工艺系统的研发上形成了有益补充。应用材料公司的全球研发环境展示了公司致力于从材料到系统、为行业创新与协作制定新战略的承诺。

责任编辑:赵强


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