特种技术——芯片改变我们的生活

本文作者：David Haynes博士，泛林集团客户支持事业部战略营销执行总监

材料创新驱动了人类文明的重大进步，作为一名材料工程师，我对这一点感到非常自豪。石器时代、青铜时代和铁器时代都是人类发展至今的重要阶段。

创新并非没有缺点，但的确推动了农业、医药、交通和通讯等领域的进步。因此，如果说“我们现在生活在硅时代”，我相信大多数人都会表示赞同，而且我认为这是泛林集团的每个人都应该引以为傲的事情。

特种技术实现新功能

我们大多数人非常熟悉存储器和微处理器等硅芯片技术，但对手机等现代生活中非常重要的产品所使用的硅芯片，有些人就没有那么熟悉。实际上随着技术的进步，这些用于照相机、传感系统、电源管理系统和射频连接方案的芯片正在逐个切实地改变我们的生活。

如今，一部手机同时也是高清数码相机、摄像机、数码相册、剪贴簿、迷你电视、导航系统、健康追踪器、私人助理、即时通讯软件，此外我们还用它来打电话。所有这些功能既归功于手机的应用处理器和存储器，也归功于装在里面的特种技术设备。有趣的是，在iPhone 12中，按面积计算，73%的硅芯片由28nm及以上节点的技术制造的特种技术方案组成。

应用广泛

无需过多考虑手机在短短几年内发生的变化，即可感受到这些技术对我们生活的影响之大。CMOS图像传感器技术的进步使几年前专业照相机才具备的高清摄影和视频捕捉水平在手机上成为可能，它释放了我们的创造力，正在以前所未有的方式记录着我们的生活。借助三维成像，如今我们可以用面部识别来解锁手机。随着手机的功能变得越来越强大，屏幕清晰度越来越高，电源管理IC技术的进步让电池寿命和充电速度持续得到改善。同时，在日益互联的世界中，先进5G技术的发展保证了超快速、低延迟的有效连接。

而且这种创新的步伐还在加快。2020年初到现在这段时间因为新冠疫情会被历史铭记。但由于需要寻找并适应新的工作方式、购物以及与亲人保持联系的方式，这段时间也见证了前所未有的人类创新和技术加速发展。电商、远程办公、视频通信和线上娱乐等技术在过去18个月中取得的进步比未来五年可能取得的都要多。

包括特种技术在内的硅芯片造就了这些进步，技术的发展速度得到提升，对这类方案的需求也大幅增加。这也是半导体行业商业前景如此广阔的原因之一。甚至在应对新冠疫情的时候，特种技术如MEMS（微机电系统）传感器在温度监测、PCR检测乃至供重症患者使用的呼吸机的发展中发挥了重要作用。现在，我们不仅有好几支WHO批准的新冠疫苗，而且还有很多新冠候选疫苗处于开发或者临床试验阶段。在如此短的时间内，取得这样的成绩实属惊人。在此之前，疫苗开发的最快纪录是四年。如果没有现代计算和传感系统这些用于测序和跟踪病毒遗传密码以及设计和模拟疫苗药物的强大技术，这一切都不可能实现。你看，硅技术不是独立发展的，它还加快了医学、科学和工程等各个领域的创新。

解决方案的核心

如果半导体方案、尤其是特种技术可以帮助人类应对新冠疫情等挑战，那么全球变暖等其他紧迫问题也可以吗？基本上可以确认，是的。特种技术是发展电动和混合动力汽车、电动火车、运载工具、甚至未来电动飞机和电动船舶的关键。所有这些都依赖先进的功率半导体来管理电机驱动以及进行电池充电。碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等新型半导体材料的进步将对这些应用中的硅技术进行补充。这些设备可以实现风能和太阳能等可再生能源的能源转换。

但是，当我们消除温室气体排放的传统来源时，我们要小心不要创造新的来源。正如开篇所提到的，无论技术进步总体上能给人类带来多大收益，它们都有自己的缺点，硅时代也面临着挑战。随着我们越来越依赖数据，我们需要构建消耗大量电力的庞大服务器场，这将成为一个非常现实的问题，整个行业必须控制好这个问题。借助降低芯片能耗方面的创新、可再生能源的使用、先进的电源管理技术和集成硅光子方案，我们可以有颇多建树，而特种技术仍将成为这些解决方案的核心。