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皇冠买球网(www.hg8080.vip):小晶片潜藏经济发展大天地

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小晶片潜藏经济发展大天地

来源:联合早报 作者: 苏秉苓   邮箱: sohpl@sph.com.sg 2022-12-25 05:00 苏秉苓 | 联系作者
小小米粒般的晶片,对比刘爱群教授身边满满一桌的玻璃镜子,量子晶片不仅节省空间,信息传送速度更是惊人。普通计算机以年数完成的计算工作,使用量子晶片的计算机顷刻就完成了。(苏秉苓摄) ▲柳淡副教授以自己做试验,把充当电流源头的设备戴在左手腕,以无线传送不会伤害人体的电流,为裤袋里的手机充电。(国大提供)

未来目标是强化
高增值电子部件科研发展

中心则是在半导体硅器件的基础上,引用自己设计的新技术平台,把1200个器件结合起来,同时克服热噪音和过热问题。此外,米粒般大小的量子晶片,比现有市面上的量子密钥技术,体积小很多,更具商业潜能。

去年我国半导体产值达387亿元,占国内生产总值的约7%,是制造业的最大领域,约占三分之一,所带动的供应链和生态系统及就业市场,纵深广度不容小觑。

新加坡国立大学电气与计算机工程系柳淡副教授曾在中东和韩国工作,对比韩国的强大半导体市场,他认为,本地半导体业最需要的是能提出设计方案、加入创意的人才,而不是大多数学生感兴趣的单一解决模式。

不过,在穿戴设备后,如果以无线来传送符合安全水平的电流,人体爱“电”的特质会先把电流吸收,设备就无法充电。如何把人体变成传电的耦合媒介,又得按人人不同的“吸”电力加以调整,是柳淡研究团队的挑战。

中心主任刘爱群教授说,预计明年下半年,中心能研发出以硅器件制成的量子晶片,制造出64量子比特的量子计算机。

把单晶硅棒切成超薄片(slicing)、研磨、抛光(lapping and polishing)后,就成了硅晶圆片(wafer)。晶圆片按直径分类,从3寸至12寸不等。面积越大,晶圆片上的电路设计就能更多,可降低成本。

近来半导体技术的另一热门话题是量子计算机(又称量子电脑)。

正如新加坡国立大学电气与计算机工程系柳淡副教授所言,本地半导体产业的势力不容忽视,所带动的周边经济和劳动市场更是庞大,只是鲜为人知。小小晶片之争,正是激励本地商家发挥创意、探索新机遇的最佳时刻。

实况报道 苏秉苓

刘爱群说,这些量子计算机并不是以半导体硅器件为基础,而是采用超导技术或离子井技术,面临的问题是精准度不高、需低温冷却。

作为小红点,我们如何在夹缝中站稳立场?如何通过半导体相关研究发展,让国际看到我们的优势?这期《实况报道》反映经济发展局、大专学府和业界的看法。

“硅晶片有非常成熟的电子设计自动化软件(EDA),但二维材料仍处于萌芽阶段。一旦我们研究成功,就可成为下一代EDA,使二维半导体进一步发挥实质意义。”据2021年数据,EDA的市场规模为100亿美元(135亿新元)。

多名半导体业者虽然对科技战感到无奈,但他们对实际的业务影响都三缄其口。除了对制裁的模糊困惑,他们也得时时留意最新时局发展,了解新颁布的条规内容是否会影响下一批出口。

南大团队料明年研发出64量子比特计算机

研究领队数理与科技系助理教授洪逸欣受访时说,以二维材料取代目前晶片科技的硅材料(silicon),好处是能量身定制,按需优化晶片性能,减去生产工程的有害环境物质,而且能直接把耗电、漏电或过热问题最低化。

英飞凌亚太私人有限公司总裁兼董事经理蔡志雄说,本区域许多半导体工厂历史悠久,要向数码化和先进自动化转型并非易事,需要合适的系统整合,才能发挥成效。

洪玮盛说,与许多传统工业一样,半导体业一直面对人才短缺问题。要维持产业的长期生存,培养年轻新血、提升现有劳动队伍的技术,以及加强对行业的关注和认识是当务之急。

他以追踪卫星和通信的常用普通晶片,在冠病疫情期间因供求落差从5元飙升至1000元,说明了简单的技术仍存有极大的发挥空间。“许多人以为追求高端科技是解决问题的唯一途径,而忽略了跳出现有框框的重要性。”

大专学府是培养未来劳动市场生力军的场所,要满足本地半导体产业的人才需求,在学术课程中加入更多有关生产过程的解决问题技能,培养设计方面的实用技巧,是弥合人力资源与职位空缺不匹配的方法之一。

但尽管量子计算机潜能大,所使用的量子晶片还是得由硅材料制成的器件组成。

此外,生产晶片时,必须以有害环境的气体或含剧毒的化学成分如砒霜进行加工。

大家都游走在平衡索上,小心翼翼地处理任何可能触碰地雷的尖端科技,即使是间接售卖某个机械产品给海外公司,也不能掉以轻心,务必审核了再审核。据知,一些公司甚至增聘专门人员,负责这方面的审核工作。

洪逸欣说,研究队准备在这一两年建立起二维材料库,按“晶片级”性能编目,未来随时可按工业需求,迅速找出合适的原材料。同时也从电路设计上着手,整合世界各地各自为政的二维材料器件研究,设计出如同硅器件或更薄更小的优化晶片,无缝衔接现有的大规模硅晶片生产线。

一年前成立的南洋理工大学量子科学与工程中心,其中一个科研项目就是解决上述瓶颈,让量子计算机的量产技术能与技术成熟、资源丰富的电子计算机半导体产业互补兼容。

新加坡政府多年来不遗余力地推动半导体产业,主要推手经济发展局致力吸引跨国半导体企业入驻我国,而且越来越重视企业的增值效益,借此提升我国的半导体技术水平。

目前我国有四家晶圆片厂,是本地从研发到生产多元化半导体生态系统的一大主要组成。其中格芯(GlobalFoundries)是本地规模最大的晶圆代工厂,其他重要半导体公司有去年增加20亿元扩厂的Siltronic、制造22至28纳米集成电路的联电(UMC)、壮大NAND科研新团队的美光科技(Micron)等。

超过半个世纪的投资与发展,新加坡占有一定的国际地位。首先,我国的晶圆装机容量与欧洲旗鼓相当,占全球约5%。我国也是集成电路(IC)的主要生产地,主力产品如NAND闪存、设备之间传输信号的波频过滤器、汽车集成电路等。

然而,二维材料就好比煮饭。同样食谱、同样食材,味道却因厨艺、火候、厨具或环境而有所不同。二维材料非常精密与敏感,无法准确掌控与有效生产高纯度低瑕疵的二维材料,是国际科研界的最大瓶颈。

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经济发展局半导体产业高级副总裁郑振南接受《联合早报》专访时说,许多全球领先的半导体设备和基底制造商,都在新加坡具有相当规模的制造业务。过去10年,该产业的复合年增长率为10.6%。

专家:人们解决问题
常忽略跳出现有框框重要性

“这个研究并没有使用高端的纳米晶片,而是从最简单、最常见的晶片,探讨如何以设计、材料等途径来解决问题。”

普通电脑以二进制的0或1进行运算,传递信息时,电子只能以0或1传输。量子计算机以多维度方式运算,可同时传输0和1,而且以光子传递。光传输的速度远快于电,因此量子计算机可执行传统电脑无法处理的海量信息,速度极快。而且以光传导信息,几乎不产生热能。

在集成电路设计方面,全球10大无厂晶圆公司,有八家在新加坡建立起集成电路设计团队,如Marvell和Medic。他们设计的产品范围很广,从有线和无线通信晶片、电源管理晶片、为超级计算机量身定制的中央处理器(CPU),到安全处理器等都有。

量子计算机一般以量子比特来判断开发水平。2019年,谷歌实现所谓的“量子霸权”,仅用了三分钟,就能解决超级计算机需1万年才能解决的问题。当时使用的量子计算机为53量子比特。

硅(silicon)是地球上常见的元素,导电能力远远高于其他材料,可由普通的硅沙提炼出来,经过溶解、提纯、蒸馏等步骤,制成圆柱形的单晶硅棒。

早在1990年代,晶片科技就面临一个挑战,即晶片体积越来越小,速度需求越来越快,但耗电量却越来越大、误差概率相对提高,经常出现过热或漏电。

实际上,不少公司都与本地大专学府或专业研究院合作,致力推动本地半导体行业应用的科研发展,像英飞凌与南大合作物色有潜质的能源项目初创企业。

文/摄影 sohpl@sph.com.sg

他说,尽管预计全球对半导体投资的竞争会因经济和战略因素而加剧,但鉴于基础牢固,作为半导体制造基地,新加坡仍具有竞争力,“因为新加坡有健全的知识产权保护制度、熟练的劳动队伍、先进的科研能力和高效的供应链”。

在封装和产品终端测试方面,我国表现不俗。全球10大半导体制造商中的四家,以及全球排名前10名的封装和测试外包公司的其中三家,都在新加坡设封装和产品测试厂,包括采用ALD和Epi先进工具进行封装的ASM国际公司。

随着人工智能和5G电信网络普及化,计算晶片的耗电量也跟着增加。例如训练一台英德翻译机所需的总耗电量,相当于150个典型新加坡家庭一个月的用电量。

柳淡副教授认为,本地半导体业最需要的是能提出设计方案、加入创意的人才,而不是大多数学生感兴趣的单一解决模式。

负责电路设计的是无厂晶圆公司(类似建筑师),通过电子设计自动化软件(EDA)等工具设计出电路图,交给晶圆片厂,以光刻和其他技术复制在晶圆片上。

新加坡科技设计大学一组研究人员正研究如何从五六千种化学材料中,按其所具备的特性,筛选组合培育出新的二维晶片原材料。例如制造太阳能电池晶片,材料以光感性能强为首选。

经过后阶段的测试、切割、封装(安装保护结构和连接电路板),就制成有多重线路和器件组成的集成电路(Integrated Circuit)芯片(或称晶片)。

这一来,又面对硅材料的局限。要提高量子计算机的计算速度,需要更多器件以增加量子光度,加强传送。硅器件过度集合,不仅会过热,还会产生热噪音,干扰量子传送。

这些跨国企业在不同国家地点设有制造厂或科研点,面对中美科技战,他们有什么对策?

然而,自五年前中美爆发贸易战和科技战后,半导体技术体系成了政治腕力的拼搏。今年中,美国国会通过“芯片法案”,更是雪上加霜。

专家:业界急需人才提出设计方案

强化高增值电子部件的科研发展是未来目标之一。政府拟在2021年至2025年拨出250亿元支持研究、创新和企业发展的投资,其中一部分用来提升半导体产业的研发能力,包括人工智能、5G、电动车和元宇宙等领域。此外,加速半导体业的减碳转型也刻不容缓。

自1969年第一批半导体晶圆片厂落户新加坡,经过超过半个世纪的发展,半导体产业不仅是我国重要的经济支柱,也让我国跻身全球半导体供应链的一席之位。

科研界也无法置身事外。受访的研究学者都说,一旦研究项目涉及军方或敏感领域的拨款,若有中美任何一方参与,原本立场中立的科学家,都无可奈何被迫选边站,这多少会妨碍科技交流的自由度。

芯片如何制成?

他以自己的研究为例加以说明。许多人常申诉为不同穿戴设备充电,既麻烦又容易遗漏。如果有一款产品穿戴后能自动为其他设备充电,就能把握穿戴设备48亿美元(约65亿新元)市场规模的机遇。

格芯新加坡区高级副总裁兼总经理陈耀光指出,本地半导体业存在许多适合中小企业把握的机遇,特别是在维修零件、修理和翻新,以及本地材料供应方面。

一些业者受访时强调,本地半导体生态系统的长期可持续发展存在一些不利因素。首先是工程人才库不够强大,特别是硕士和博士研究生;其次是如何宏观全面地整合生产系统,而不仅仅是提升硬件,以加强国际竞争力。

拥有200名行业代表的新加坡半导体工业协会执行董事洪玮盛受访时说,美国晶片制裁行动,对本地半导体业影响最甚的是仪器和设备制造商。许多公司还努力适应不断变化的环境,确保供应链多元化。近来,能源价格上涨更直接加重公司的运营成本。

新科大研究培育新二维晶片原材料

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