相較于以往的計算時代，現(xiàn)今物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、大數(shù)據(jù)和人工智能在我們的生活中的滲透比以往任何時候都更加普遍。如PC時代，每年的銷售量是數(shù)億臺。緊隨其后的是智能手機、社交媒體和云計算，年銷量超過10億部?，F(xiàn)在，我們正處于最重大變革的早期階段，邊緣計算和人工智能創(chuàng)造了數(shù)千億的智能設備和新應用，將從根本上改變?nèi)伺c人之間、機器與機器之間的溝通方式。半導體設備在每一次信息技術的進步和到來時均發(fā)揮了關鍵性的作用。而隨著人工智能和大數(shù)據(jù)時代的到來，半導體行業(yè)將如何發(fā)展，以助力這個新的計算時代?
AI和大數(shù)據(jù)對半導體提出新挑戰(zhàn)
在過去的幾年里，新的數(shù)字技術的出現(xiàn)使人類社會產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量急劇增加。根據(jù)統(tǒng)計，2018年機器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量首次超過了人類產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量。未來幾年，預計機器設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將增加5倍，全球每年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將超過10ZB。隨著大數(shù)據(jù)對社會生產(chǎn)和生活的滲透不斷加深，其重要性也不斷凸顯?！督?jīng)濟學人》雜志刊文指出：“數(shù)據(jù)對于這個世紀，就像石油對于上世紀一樣舉足輕重，它是所有增長和改變的推動力?！?/p>
那么，人們?nèi)绾螌Ａ康臄?shù)據(jù)進行有效的收集、處理、存儲和分析呢?這既是一個挑戰(zhàn)，也是一個重大機遇。對此，應用材料公司集團副總裁、應用材料中國公司總裁余定陸指出，大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生給半導體行業(yè)帶來了機遇和挑戰(zhàn)，這也是企業(yè)是否能在AI與大數(shù)據(jù)時代掌握制勝先機的關鍵。其中包括：來自物聯(lián)網(wǎng)普及和工業(yè)4.0所產(chǎn)生的超大量數(shù)據(jù)資料、現(xiàn)有的空間不足以滿足快速增加的數(shù)據(jù)儲存量、新的計算模式和架構不足以應對高性能的處理需求、需要依靠邊緣和云計算將數(shù)據(jù)成功轉(zhuǎn)換成價值等。所有這些都必須高效地應對或完成，這就需要每瓦特的計算性能有顯著的提升。
以材料工程為新時代筑基
在對半導體創(chuàng)新的需求從未如此之大的同時，傳統(tǒng)摩爾定律(Moore’s Law)正面臨越來越大的挑戰(zhàn)。過去50年間，推動摩爾定律發(fā)展的二維縮放技術，不再能同時提高芯片的性能、功率，降低面積成本和加速上市時間，芯片設計者稱之為PPACt。余定陸指出，半導體行業(yè)不能不假思索地沿襲過去幾十年的那套辦法。沒有任何一種能夠完全取代以微縮來增加晶體管數(shù)量的方法，并成為取得進步的唯一動力。因此，我們需要綜合地采用多種方法，更為確切地說，包括新的系統(tǒng)架構、新的3D結構、新型材料、縮小晶體管尺寸等新方法，以及能以新方式連接芯片的先進封裝方案。應用材料公司將這種多面的創(chuàng)新方法稱之為半導體設計和制造的“新戰(zhàn)略”，而其基礎就是材料工程。
余定陸舉例表示，NAND存儲器已經(jīng)從二維平面縮放過渡到三維縮放，以進一步提高容量、性能和功率效率。
為發(fā)揮這一“新戰(zhàn)略”的效用，半導體行業(yè)需要在材料工程上持續(xù)投入，加強研發(fā)。應用材料公司半導體中國區(qū)事業(yè)部總經(jīng)理、應用材料中國公司首席技術官趙甘鳴博士接受記者采訪時表示，隨著摩爾定律的放緩，半導體產(chǎn)業(yè)正面臨全新的技術變革，需要材料工程提供強有力的支撐。為此，應用材料公司持續(xù)推動半導體技術的創(chuàng)新，去年在研發(fā)上的投入達到21億美元。
根據(jù)趙甘鳴的介紹，應用材料公司在多個領域助力實現(xiàn)了這項“新戰(zhàn)略”。最近，公司引入了幾種支持材料的圖形化技術，為芯片制造商提供了新方法，無需在PPACt中進行權衡，就可以繼續(xù)擴展邏輯和內(nèi)存。應用材料公司的新圖形化技術，利用其廣泛的技術組合，幫助芯片制造商消減工藝步驟，降低研發(fā)成本和時間，并加快上市時間。
與合作伙伴共結產(chǎn)業(yè)生態(tài)
任何一家公司都不可能獨立面對AI和大數(shù)據(jù)時代所帶來的機遇與挑戰(zhàn)，這需要半導體行業(yè)整個生態(tài)鏈的合作。應用材料公司同樣致力于與行業(yè)生態(tài)共同合作研發(fā)在人工智能時代提升PPACt所需的新技術。
2019年11月，應用材料公司成立材料工程技術推動中心(META中心)。該中心位于紐約州立大學理工學院(SUNY Poly)奧爾巴尼校區(qū)，是一個獨特的協(xié)作設施。在這里，客戶和合作伙伴可以使用最尖端的工藝系統(tǒng)，以幫助其縮短新技術從實驗室到晶圓廠的開發(fā)時間。在META中心，工程師可以對新型芯片材料、結構和設備進行評估，進而在成熟的試生產(chǎn)環(huán)境中測試，使之能夠更快地做好迎接客戶大規(guī)模量產(chǎn)的準備。
應用材料公司還在其位于新加坡的先進封裝開發(fā)中心幫助業(yè)界實現(xiàn)芯片封裝的技術突破，該工廠是世界上最先進的晶圓級封裝實驗室之一。它擁有一個17300平方英尺的10級潔凈室，擁有完整的晶圓級封裝設備生產(chǎn)線，應用材料公司在這里與行業(yè)合作伙伴們一起研究和開發(fā)先進的封裝設備、工藝和設備結構。在這里候選的封裝產(chǎn)品被設計、建模、模擬、制造和進行充分測試，以開發(fā)滿足新興行業(yè)需求的工藝技術。
META中心和先進封裝開發(fā)中心對應用材料公司位于硅谷的梅丹技術中心和新加坡的先進材料實驗室，在新工藝系統(tǒng)的研發(fā)上形成了有益補充。應用材料公司的全球研發(fā)環(huán)境展示了公司致力于從材料到系統(tǒng)、為行業(yè)創(chuàng)新與協(xié)作制定新戰(zhàn)略的承諾。