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WD/Kioxia發表BiCS5 3D NAND全面進入百層世代

自三星電子(Samsung Electronics)在2019年第二季發表其第六代V-NAND,將堆疊層數首度拉高到132層後,SK海力士(SK Hynix)、美光(Micron)與英特爾(Intel),均已陸續發表堆疊層數超過100層的3D NAND Flash。近日威騰(WD)與鎧俠(Kioxia)亦發表其BiCS5 NAND Flash,將堆疊層數提升到112層,正式宣告3D NAND Flash的堆疊競賽進入百層世代。 威騰與鎧俠近日宣布,兩家公司已成功開發出第五代3D NAND技術BiCS5。BiCS5採用三層單元(TLC)與四層單元(QLC)兩種架構,堆疊層數則提高到112層,能以更低成本提供更大儲存容量,效能與穩定性亦比現有的BiCS4更優異,可滿足因連網汽車、行動裝置與人工智慧而急速增長的資料量需求。 威騰與鎧俠目前已開始生產512Gb的BiCS5 TLC,並預計在2020年下半年就能開始商業化量產,供應採用新技術的消費性產品。未來,BiCS5 TLC與BiCS5 QLC將提供包括1.33Tb等多樣的儲存容量選擇。 因應BiCS5 NAND Flash顆粒進入量產,下半年威騰與鎧俠的SSD產品線應會有明顯更新。 威騰記憶體技術與製造部門資深副總裁Steve Paak博士表示,隨著下一個十年的到來,如何增加3D NAND容量以滿足龐大且快速增長的資料量需求是重要關鍵。該公司利用更先進的多層儲存通孔(Multi-tier Memory Hole)技術來增加橫向儲存密度,同時透過增加儲存層讓3D NAND技術的容量與效能顯著提升,以滿足客戶對穩定性與低成本的期望。 採用多種新技術與創新製程的BiCS5,是威騰與鎧俠目前密度最高、最先進的3D NAND技術。第二代多層儲存通孔技術、經過最佳化的工程設計流程,及其他先進的3D NAND儲存單元技術大幅提升了晶圓的橫向儲存單元陣列密度。BiCS5採用112層垂直堆疊,使每片晶圓的儲存容量比96層的BiCS4高出40%。新架構設計也為BiCS5挹注更高效能,使其I/O效能較BiCS4提高50%。 BiCS5是由威騰與鎧俠共同開發,將於日本三重縣四日市及岩手縣北上市的合資晶圓廠製造。
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英特爾/QuTech發表Horse Ridge 強化量子運算布局 

英特爾實驗室(Intel Labs)日前與荷蘭研究機構QuTech共同於2020年國際固態電路研討會(International Solid-State Circuits Conference, ISSCC)發表研究論文,介紹其新型低溫量子控制晶片Horse Ridge所採用的關鍵技術,包含可擴展性、保真度和彈性等特性,進一步解決建構量子系統時面臨的挑戰。 英特爾實驗室量子硬體總監Jim Clarke表示,現今的量子研究人員僅能使用少量的量子位元(Qubits),以及圍繞著複雜控制和互連機制的較小型客製化設計系統。Horse Ridge大幅降低了這種複雜性,透過系統化擴展到量子實用性所需的數千個量子位元,將持續朝著在未來實踐量子運算的商業可行性的目標邁進。 新低溫控制晶片將加速全端(Full-stack)量子運算系統發展。 Horse Ridge透過整合式系統單晶片(SoC)設計,採用英特爾22奈米FFL(FinFET低功耗)CMOS技術,將四個射頻(RF)通道整合到單一裝置當中;每個通道都可以利用分頻多工(Frequency Multiplexing)的方式控制多達32個量子位元;該技術將可用的總頻寬畫分為一系列不重疊的頻段,每個頻段均用於承載獨立的訊號。利用這四個通道,可透過單一裝置控制多達128個量子位元,進而大幅減少先前所需的電纜和機架儀器的數量。 而量子位元數的增加會引發其他挑戰量子系統容量和運作的問題,其潛在影響之一將使量子位元保真度和效能下降。英特爾最佳化多工(Multiplexing)技術,使系統能夠擴大規模並減少相位偏移(Phase Shift)所帶來的誤差,避免量子位元之間的串擾(Crosstalk)。該晶片所利用的各種頻率都可以進行高精度的調諧(Tune),使量子系統能用同一個射頻頻率控制多個量子位元時調整並自動校正相移,以提高量子位元的量子閘(Gate)保真度。 雙方於2019年便已攜手研究以晶片控制自旋量子位元。 此外,該晶片可覆蓋廣泛的頻率範圍,以控制超導量子位元(又稱為Transmon)和自旋量子位元(Spin Qubit),其通常在6GHz~7GHz左右的頻率下運作,而自旋量子位元則在13GHz~20GHz的頻率下運作。 目前量子研究界仍處於起步階段,距離展示量子實用性仍有很長的一段路。量子運算能否應用於實際問題,取決於能否在高保真度下同時擴展和控制數千個量子位元。英特爾目前正研究矽(Silicon)自旋量子位元,其有可能在高達1克耳文(Kelvin, K)的環境下工作,而本次研究整合矽自旋量子位元裝置和新晶片的低溫控件,於精簡封裝中配置量子位元和控制元件。
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Gartner:2019全球記憶體市場衰退 英特爾重奪龍頭寶座

國際研究暨顧問機構Gartner初步調查結果顯示,2019年全球半導體總營收為4,183億美元,較2018年減少11.9%。由於記憶體市場衰退,許多大廠受到負面衝擊,像是2017、2018年營收都排名第一的三星電子(Samsung)也深受影響,讓英特爾(Intel)藉此重新奪回市場冠軍寶座。 Gartner研究副總裁Andrew Norwood表示,2019年記憶體市場營收下滑31.5%,占半導體整體銷售的26.7%,其中DRAM從2018年底到2019年全年都供過於求,因此2019年營收下滑37.5%。這次供過於求狀況產生,主要原因在於超大規模(Hyperscale)市場需求突然下滑。OEM庫存水位過高,使得廠商於2019上半年期間都在解決此狀況,而下半年DRAM廠商庫存過多也壓低了價格,造成2019年全球DRAM平均售價(ASP)下滑47.4%。 2019年,英特爾從連續稱霸兩年的三星電子手中,重新奪回全球半導體廠商營收排名第一的寶座(見表1)。由於伺服器市場趨緩、CPU供應持續吃緊、英特爾在去年第四季將蜂巢式調變解調器(cellular modem)業務出售給蘋果(Apple)等因素,導致英特爾2019年半導體營收下滑0.7%。 三星因記憶體市場衰退落到第二名,與其他記憶體廠商一樣因DRAM及NAND flash市場供過於求和價格下滑而陷入苦戰。2019年三星記憶體營收下滑34%,占整體銷售的82%。 表1:2019年全球前十大半導體廠商營收(單位:億美元) 就記憶體部門而言,2019年NAND flash衰退幅度較整體記憶體市場小,營收下滑23.1%,主因是2018年底庫存水位上升,2019年上半需求趨緩又更形惡化。KIOXIA和Western Digital合資成立的晶圓廠發生斷電事故,促使廠商出清庫存,推動價格從低點回升,使2019年7月NAND市場開始穩定。由於市場對於固態硬碟(SSD)及5G智慧型手機需求強勁,Gartner認為NAND市場回溫的趨勢將持續到2020年。 其他類型裝置的營收表現各異。類比產品下滑5.4%,主要原因在於終端設備市場疲軟,尤其是工業與舊款車用產品與其他泛用標準型裝置,例如微控制器和其他邏輯產品;受惠於智慧型手機鏡頭數量不斷增加,光電類則是增長2.4%,創下所有類型裝置當中最佳表現。 Andrew Norwood指出,Gartner預期在廠商清空過高庫存,進而拉抬晶片(尤其是記憶體部門)的平均售價後,2020年半導體市場營收將會上揚。邁入2020年,儘管中美貿易戰的局勢似有緩解趨勢,不過2019年美國已將華為等幾家中國大陸企業列入出口管制實體名單,最直接的衝擊就是迫使華為到美國以外地區尋找替代的晶片供應商,像華為獨資成立的海思半導體(HiSilicon)就是名單首選,其他還有日本、台灣、南韓和中國大陸廠商。這部分將是2020年的觀察重點之一。
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Mobileye看好自駕潛力 強攻中韓市場

英特爾子公司Mobileye進一步擴大先進駕駛輔助系統(Advanced Driver-Assistance System, ADAS)及自動駕駛移動即服務(Mobility-as-a-Service, MaaS)的全球版圖,於CES 2020期間宣布分別與上海汽車集團(上汽集團)及韓國大邱廣域市合作,拓展該公司於全球布建自駕技術版圖,進一步提升駕駛體驗。 Mobileye持續擴展ADAS、MaaS及AV等領域版圖。 Mobileye執行長暨英特爾資深副總裁Amnon Shashua表示,該兩項新協議拓展Mobileye在MaaS和ADAS領域的全球版圖,同時進一步接近完全自動駕駛。 Mobileye首度攻入中國市場,偕上海上汽於中國布建L2+系統,使用Mobileye道路體驗管理(Road Experience Management, REM)技術及全球雲端地圖資料庫RoadBook,匯集中國道路資訊,製作高清晰度地圖以供L2+和更高自動駕駛層級車輛使用,推動中國L2+級ADAS系統布建,並提供其他OEM合作車廠進入中國地圖測繪市場的機會。 另一方面,該公司則聯手韓國大邱廣域市推動自駕MaaS布建,結合自動駕駛計程車(Robotaxis)移動服務協定,預計連同大邱廣域市(直轄市)測試、部署自動駕駛計程車移動解決方案,將自駕系統整合至車輛中,實現無人駕駛MaaS操作。 該公司於全球亦有多方合作案例,如與巴黎大眾運輸公司(RATP)聯合巴黎市政府將自動駕駛計程車(Robotaxis)導入法國市場;與中國蔚來汽車(NIO)合作生產該公司自駕系統,並銷售搭載該系統的消費者層級自駕車;聯手福斯汽車(Volkswagen)及Champion Motors的合資事業在以色列經營自動駕駛計程車隊等。 本次的兩項合作反映Mobileye針對車用市場的投入策略,包括地圖道路體驗管理、先進駕駛輔助系統(ADAS)、自動駕駛移動即服務(MaaS)和消費者自動駕駛車輛(Autonomous Vehicle, AV)等領域,據悉該公司於2019年的銷售額接近10億美元,有望於2020年達到雙位數成長;至2030年MaaS總體潛在市場規模(Total Addressable Market, TAM)將達1,600億美元,拓展其於ADAS領域的地位。
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購併Barefoot 英特爾攻雲端市場更有底氣

Intel對外聲明,強化數據中心互聯方案,提供客戶更充沛的資源,利用高速成長的龐大數據來提升競爭力,是其認定的六項重要技術基礎之一(Process and packaging, Architecture, Memory, Interconnect, Software and Security)。而Barefoot Networks在雲端網路架構、P4可編程軟體與編譯器、交換機晶片、驅動程式軟體,網路遙測等面向具備互聯技術的專業知識,因此促成本次的併購案。 全球雲端運算應用趨勢剖析 在Amazon、Google與Microsoft等雲端大廠帶頭下,全球資料中心市場持續成長,帶動x86架構伺服器的需求,也為當中具近壟斷地位、以Xeon處理器為主力產品的Intel挹注豐厚營收。Intel資料中心事業部營收在2018年以前呈現持續成長態勢,營業利潤表現與占公司總營收比重也同步爬升,其重要性已十分明顯。 網通大廠Cisco在2018年發表之Global Cloud Index報告中指出,在雲端應用的高速發展下,2021年全球雲端資料中心流量將達19.5Zettabytes的水準(2016年為6Zettabytes),並占據各型資料中心整體95%的流量。 在上述預測下,裝載上千台伺服器、占地達萬平方英尺的超大型雲端資料中心在2021年可達628座,較2016年的水準(338座)大幅增加。上述地點屆時將占有全球資料中心53%伺服器數量、65%資料儲存量,以及55%的數據流量。 另一方面,為支援低延遲與IoT應用(多人雲端遊戲、AR/VR、智慧製造與V2X等)、分散運算與儲存等需求,相對一般資料中心規模(設備數量、場域大小、用電等面向)較小的邊緣運算市場也受到矚目。 資料中心三項主要IT設備:伺服器(Server)、儲存裝置(Storage)、交換器(Switch),在各型資料中心持續擴展下,市場穩定成長,也吸引許多業者投入開發產品。其中,從網路通訊的觀點,包括資料中心聯外的骨幹網路、機架間的連結,以及上述三大設備的通訊介面,主要有乙太網路、光纖通道與InfiniBand三大類,分別常見於伺服器/交換器、儲存裝置、高性能的超級電腦領域。 高速運算急速成長成為併購幕後推手 隨雲端資料量大幅成長,使得高速傳輸具有迫切需求,上述3大陣營持續朝100G發展。其中,由電機電子工程師學會主導的Ethernet陣營,在Cisco、Juniper、Arista、HPE、DELL等交換器與伺服器大廠主導下已朝400G、800G方向邁進,同期間另外兩個陣營則發展至200G規格。Ethernet在大廠支持、高速傳輸標準發展領先下,持續擴展在伺服器/交換器與儲存裝置的市占;InfiniBand則守住在超級電腦領域的主要地位。 Intel對於發展自有高速傳輸介面一直十分積極,最主要的布局即為2012年併購InfiniBand業者QLogic,並於2015年正式量產的「Omni-Path」規格。然而,無論在交換器(未獲多數OEM業者主力產品採用)、儲存裝置(多家大廠支持另一個開放標準)與超級電腦領域(InfiniBand主導業者Mellanox技術與市占領先),Omni-Path未能取得預期成績。因此Intel併購Barefoot後,2019年7月也宣布不再繼續發展Omni-Path藍圖,集中資源投入Ethernet後續標準與產品發展。 2019年在伺服器之核心處理器市場,Intel目前仍維持9成以上市占率,主要對手為半導體大廠AMD,持續開發高性能效率、高兼容性的第二代EPYC處理器,爭取DELL、IBM與Nokia等大廠青睞。GPU大廠NVIDIA如前文所提,更提出高於Intel之收購價,與資料中心聯網晶片Tier1業者Mellanox完成整併協議。 NVIDIA執行長黃仁勳針對此項併購,明白說明背後動機。網路資料量高速增加下,促使資料中心內部伺服器間,東西向水平資料傳輸呈現指數型成長態勢。後續,資料中心將轉變成數萬運算節點的巨型運算引擎,對於特別是雲端大廠,在建置下一代資料中心時,將採用新架構。NVIDIA已看出可能的市場變化,在硬體加速與聯網加速進行雙邊布局,來滿足客戶的潛在需求。 Broadcom/Marvell進逼交換器市場競爭更猛烈 在交換器領域,Broadcom擁有完整交換器處理器、乙太網路與Fiber Channel方案;在伺服器、儲存裝置領域也有對應的搭配產品。有別於多數對手的策略,Broadcom近兩年的併購主題鎖定軟體,包括CA Technologies與Symantec兩家業者,深化企業、資料中心市場的產品組合,為客戶提供更具成本效益與彈性的授權合作模式,成為橫跨硬軟體整體解決方案大廠。 另一家交換器晶片大廠Marvell,從2018年起也進行多個併購案。首先是2018年收購伺服器處理器知名廠商Cavium,取得其以ARM處理器架構開發的ThunderX系列產品;2019年分別買下ASIC業者Avera與乙太網路IC設計業者Aquantia。Marvell原本在伺服器、交換器、儲存裝置都有對應產品,透過上述併購增加產品完整性與技術實力,展現深耕資料中心市場的決心。 在主要對手近兩年積極布局下,Intel透過補強通訊處理器提高資料中心方案完整度,鞏固伺服器晶片市場領導地位。 放眼未來 英特爾朝擴大生態系邁進 Intel收購Barefoot的新聞,從其本身競爭力提升的角度,獲得主流媒體、市場分析機構與產業的正面評價。首先,在既有的伺服器處理器市場上,RISC與Unix搭配的ARM陣營(如Cavium)、共同屬於x86架構下的對手AMD,以及IBM等大廠之自研平台,至少目前都未對Intel在數據中心的霸主地位帶來威脅。但在NVIDIA、AMD等對手加強資料中心產品布局下,Intel做出此項回應。 Barefoot的Tofino系列主要特色在於導入開源P4程式語言而具備可編程能力,藉以執行多元數據封包功能,例如防火牆或負載平衡、效能監控和遙測。上述的重要性在於雲端大廠甚至大型企業,其資料中心未來將可能需要更多客製化的軟硬體,Intel的網路工程師未來可與客戶合作(或客戶自行開發),從晶片端就能開發專屬功能,為伺服器等設備帶入更多AI與機器學習元素,提升資料中心的自動化與運作效率。 整體而言,Intel回應主要對手NVIDIA收購Mellanox、AMD積極推出新伺服器平台的動作,併購目前在資料中心互聯產品中,具備競爭力的新創業者Barefoot。這家公司在400G乙太網路技術位於領先群,可協助Intel掌握最新通訊規格動向與產品發展能力。而環顧Intel在資料中心的方案,在Xeon和Atom伺服器晶片外,並包括Altera(Arria和Stratix FPGA方案)、Nervana(Spring Crest神經網路處理器)、Barefoot(Tofino交換器ASIC),可提出更完整的產品包裝。 Intel在併購Barefoot之前,曾在2011年以未公開的價格,收購了專門為數據中心網路設備商設計乙太網交換器晶片的Fulcrum Microsystems,這家公司當時發展了10G/40G產品,並與交換器主要業者Arista展開合作。 回顧過去8年,Intel並未充分利用Fulcrum的技術,在交換器領域發展出獲得主流業者採用之乙太網路產品。 另一方面,Intel在2012年以1.25億美元代價收購QLogic的InfiniBand資產,後續推出自有的Omni-Path規格,經過3年推廣,決定在2019年停止後續投資。上述案例大致說明,Intel發動許多併購活動,包括在網路通訊領域布局,常見後來兩種發展變化,一為Intel藉機發展自有標準並對外推廣,一為該公司技術後續未充分發揮預期能量,消失在後續相關產品藍圖中。 然而,資料中心市場在雲端大廠主導,並採用開源標準、軟體定義網路(Software-Defined Networking, SDN)、網路功能虛擬(Network Functions Virtualization, NFV)等技術下,整個生態系更加開放。後續,資料中心無論朝向超大型架構或者微型化的邊緣運算架構,天秤兩端的品牌大廠與新創小廠都擁有成長機會,為雲端服務業者與企業客戶提供基於開放軟硬體平台下的客製化產品。 上述的產業樣貌與過去PC領域不同,Intel已掌握上述趨勢,併購Barefoot後藉由其乙太網路領先且創新的技術,不再創造自有標準而於相同基礎上提出更具競爭力的產品,帶領整個生態系做大市場規模。  
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CES 2020開幕 大廠亮點產品紛現

美國消費性電子展(CES) 2020正式拉開序幕,會中所展示的技術/產品,向來是當年度技產業重要指標,而CES 2020開展至今短短兩天,在5G、汽車、面板等領域便已有許多亮點出現,以下便簡單整理各大廠商的重點動態。 Sony秀電動車令人驚艷 Sony可說是本屆CES展會最大亮點之一。Sony本屆並非如同外界所預期的推出手機等消費性電子產品,而是大秀電動車「Vision-S」,該原型車搭載33個感測器,同時配置360 Reality Audio技術,於前後座設置多螢幕。不過可惜的是,目前Sony官方目前尚未有量產計畫,Vision-S貌似只是概念展示車而已。 Sony在CES 2020秀出電動車Vision-S。 高通車用運算處理器終亮相 高通在CES 2020終於推出汽車運算平台「Snapdragon Ride」,其平台內包括Snapdragon Ride Safety系統單晶片(SoC),Snapdragon Ride安全加速器(Snapdragon Ride Safety Accelerator)和Snapdragon Ride自動疊層(Snapdragon Ride Autonomous Stack)。該產品旨在通過利用其高性能、高效能硬體、產業領先的人工智慧技術,以及開創性的自動駕駛疊層以解決自動駕駛和先進駕駛輔助系統(ADAS)的複雜性, 高通車用運算平台終於亮相。 藍牙公布新一代音訊標準 真無線耳機(TWS)熱潮在這一兩年快速升溫,尤其在AirPods問世後,TWS市場更是蓬勃發展。而為讓藍牙無線耳機能有更好的音訊體驗,藍牙技術聯盟(SIG)也在CES 2020展會期間宣布推出新一代藍牙音訊技術標準「低功耗音訊LE Audio」,不但強化藍牙音訊效能、新增助聽器支援,還提供全新的音訊分享(Audio Sharing)功能。 藍牙技術聯盟公布新一代標準要提升音訊體驗。 聯發科再發天璣800搶攻5G手機市場 聯發科發布「天璣800」系列5G晶片,為中端5G智慧手機帶來旗艦級的功能、能效與體驗,致力打造新高端智慧手機。聯發科技天璣系列為高整合度的系統單晶片(SoC),將通信、多媒體、人工智慧和影像等創新技術融合在7奈米製程的5G單晶片中。「天璣800」系列整合了聯發科技的5G數據機,相較於外掛解決方案,可顯著降低功耗,讓手機客戶輕鬆擁有省電散熱佳的優勢。首批搭載「天璣800」系列5G晶片的終端手機將於2020年上半年問市。 聯發科再推出天璣800。 英特爾全新Tiger Lake處理器問世 英特爾在展會上首次亮相和展示代號為「Tiger Lake」的最新Intel Core筆電處理器,Tiger...
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凌華偕英特爾攜手AWS拓展AI邊緣運算

邊緣運算解決方案商凌華科技(Adlink)與英特爾(Intel)和亞馬遜(Amazon)雲端運算服務(AWS)聯手簡化機器視覺的人工智慧(AI)邊緣運算服務。凌華科技提供的人工智慧邊緣運算解決方案其中包含Amazon Sagemaker建構的機器學習模型,採用英特爾發布的OpenVINO工具套件和ADLINK Edge軟體套件,以最佳化方式完成機器視覺應用的部署並通過AWS Greengrass認證。 凌華科技物聯網創新與技術副總裁Toby McClean表示,該公司已經導入多個受惠於人工智慧邊緣運算的工業相關應用案例,包括智慧棧板的解決方案,將一般的棧板賦予智慧,讓包裹可被智慧棧板即時偵測,可立即知道包裹應該所在的位置,包括時間、地點,使倉儲業者提高物流效率和生產力,並降低包裹運輸的錯誤和失竊。同時,還可以複製到其他垂直應用市場,提高營運效率和生產力。 凌華科技針對機器視覺推出的人工智慧邊緣運算服務串接了建構機器學習模型的整個過程,將設計、部署再到優化的流程串聯起來,讓客戶專注於開發應用程式,無需具備數據科學和機器學習模型的高深知識。 其他案例包括用於物件偵測,例如在製造環境中辨識輸送系統上的產品缺陷,以及預知預防診斷,減少機器停機時間,提高生產力。
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SEMI:2020年國際晶圓廠設備支出再創新高達580億美元

SEMI(國際半導體產業協會)公布2019年全球晶圓廠預測報告,經歷上半年衰退態勢後,在下半年因記憶體投資激增所挾帶的優勢,預估2019年全球晶圓廠設備支出將上修至566億美元。報告指出,2018年至2019年,晶圓廠設備投資僅下滑7%,相較於先前所預測降幅18%獲得顯著改善。 SEMI全球行銷長暨台灣區總裁曹世綸表示,晶圓廠設備支出成長主要來自於先進的邏輯晶片製造與晶圓代工業者對於記憶體,尤其是3D NAND的投資挹注持續成長。SEMI同時修正2020年晶圓設備投資預測,總金額上修至580億美元,整體市場轉趨樂觀。 由圖黃色趨勢線可見,記憶體設備支出力道是扭轉全球晶圓廠設備支出放緩趨勢的關鍵。整體設備支出分別在2018下半年及2019上半年下降10%及12%,其中下滑主因便來自全球記憶體設備支出萎縮。在2019上半年記憶體設備投資下滑幅度達38%,降至100億美元的水平之下;其中又以3D NAND的設備投資下滑幅度最為慘烈,衰退57%;DRAM的設備投資也在2018下半年及2019上半年分別下滑各12%。 在台積電與英特爾(Intel)的引領下,先進邏輯晶片製造與晶圓代工業者的投資預計在2019下半年攀升26%,而同一時期3D NAND支出則將大幅成長逾70%。儘管今年上半年對於DRAM的投資仍持續下降,但自7月份以來的下降幅度已較和緩。 報告進一步顯示,2020上半年,受到索尼(Sony)建廠計畫的帶動,影像感測器投資預期將成長20%,下半年增幅更將超過90%,達16億美元高峰;另外,由於英飛凌(Infineon)、意法半導體(ST Microelectronics)和博世(Bosch)皆發表相關投資計畫,電源管理元件的投資預計大幅成長40%以上,下半年將維持成長態勢,再度上升29%,金額上看近17億美元。  
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大廠競逐量子霸權 百萬Qubit商用門檻仍卡關

對量子運算領域的研究者來說,2019年無疑是非常令人振奮的一年。早在1926年,奧地利物理學家薛丁格(Schrodinger)發表論文,提出薛丁格方程式,奠定量子力學的基礎後,量子運算的概念就開始逐漸醞釀。在此後數十年,多位大師級學者先後從理論上證明,量子運算是可行的,而且有些證明十分優雅,其數學推導過程甚至不到半張A4紙就能寫完。這使得學術界對於量子運算的理論研究跟硬體原型建構,一直有很高的興趣。 量子狀態難維持  系統/處理器設計考驗眾多 然而,理論歸理論,實務歸實務。量子運算在實作上非常困難,因為量子狀態本身極為脆弱,任何干擾,甚至只是試圖度量,都會使量子狀態難以維持,回復到古典(二位元)狀態。 其次,量子狀態得在接近絕對零度(攝氏-273.15度)的環境下才能維持,這使得人類開始試圖建造量子運算硬體的原型時,很自然地選擇超導體這條路徑。直到近年才開始有人探索新的設計架構,例如英特爾的自旋量子位元等基於矽晶的設計架構,或漢威聯合採用的離子阱(Ion Trap)架構(圖1)。 圖1 目前人類所發展出的六種量子運算原型系統,其中以基於超導體和半導體的系統最具發展潛力。 但這些新架構其實也無法有效解決量子運算長期以來最棘手的環境溫度問題。即便改用其他架構,可以稍微提高容許溫度,幅度也不大。舉例來說,超導量子位元必須在20毫克耳文溫度,也就是只能比絕對零度高20毫度的超低溫下才能運作。但基於矽晶的Tangle Lake,也只能把容許的溫度範圍從絕對零度往上提高一度。雖然這已能讓系統設計者在維持低溫環境方面省下許多努力,但從現實面來說,要長時間維持如此低溫的環境,還是一個很複雜的工程問題,也註定了量子運算系統必然是台龐然大物(圖2)。 圖2 Google量子電腦原型設備的局部照片。量子電腦不僅尺寸龐大,且線路非常複雜。 第三,基於超導體的設計方案很難像積體電路般微縮,這會使得量子處理器很難內建數量足以支撐商業應用的量子位元(Qubit)數量。不過,這也只是理論,實際上,Tangle Lake量子處理器的晶片尺寸還是高達三平方英吋,卻只內建了49個Qubit,低於Google在自然(Nature)期刊上發表的54Qubit超導量子處理器。這跟技術的成熟度有關,畢竟超導量子處理器的發展已經累積了數十年經驗,但矽基量子處理器的研究,是近幾年才開始。 Qubit數量對於量子運算能否實現商業應用極為關鍵。不管是54Qubit或49Qubit,都還不足以支撐真實的應用,只能用來執行實驗性質的演算法。這也是為何Google在自然期刊上發表其研究突破,聲稱實現量子霸權(Quantumn Supremacy)後,立刻引來IBM反駁的原因。 Google的研究使用了專為驗證其量子處理器所設計的演算法,因此才能在極短時間內完成超級電腦得花上萬年才能執行的運算量,但如果把Google所使用的演算法改寫成適合超級電腦執行的型態,超級電腦依然可以在幾天內跑完相同的運算任務。 撇開Google以專用的實驗性演算法來驗證其量子處理器設計不談,對任何運算設備來說,如果要進入實用階段,糾錯(Error Correction)能力是非常重要的機制,而這會需要大量的Qubit冗餘。根據英特爾、愛美科(imec)、CEA-Leti等領先企業跟研究機構的估計,如果要實現可執行商業應用,且具有糾錯能力的量子處理器,該處理器至少要整合100萬個Qubit。相較之下,目前最先進的量子處理器,離這個門檻都還有一段非常遙遠的距離。 而這也正是半導體業界為何對矽基量子處理器的前景充滿信心的原因。從物理層來看,一個量子位元的結構其實並不複雜(圖3),在半導體製程已經可以在單一晶片上整合數億個電晶體的情況下,用半導體製程來生產整合了數百萬個Qubit的處理器晶片,具有很高的可行性。英特爾的研究團隊就估計,理論上,1平方毫米的晶片面積可放置十億個自旋量子位元,且自旋量子位元與傳統電晶體在結構上有很高的相似性,因此自旋量子位元可能有助於將量子運算系統的規模擴充至估計數百萬個量子位元。CEA-Leti的研究團隊則已經訂下目標,希望在2024年之前,製造出內建100個Qubit,基於半導體製程的量子處理器。 圖3 超導量子位元與半導體量子位元的實體結構。 量子運算成熟還需十年 大廠動作頻頻為哪樁? 其實,按照許多技術研究單位跟科技大廠的預估跟規畫,量子運算是2020~2030年這段期間的重點研發題目。換言之,即便研發進度超前,量子運算進入實用階段,最快恐怕也得等到2020年代的下半葉。那麼,為何量子運算的議題提前在2019年引爆? 答案在於高效能運算的效能成長空間,已經出現瓶頸。由於功耗、通訊頻寬等限制運算效能成長的因素,本質上都跟物理有關,因此高效能運算相關的晶片業者,均急於尋求突破效能天花板的辦法,而量子運算則是其中之一。 量子運算會帶來前所未見的運算能力,可模擬和分析自然現象,從而迅速找出這類問題的解答。現今的超級電腦必須花費大量時間才能為這類問題求解,因此業界預期,量子運算會在各領域促成突破性發展,包括個體化遺傳醫學、天體物理學等。 不過,這並不意味著量子電腦會是一個通用運算系統。據CEA-Leti量子運算計畫總監Maud Vinet(圖4)指出,目前高效能運算在許多方面都已經面臨極限,要進一步提高效能的難度只會越來越高。但量子運算是領域專用型運算,無法像超級電腦般,靈活地執行各種不同類型的運算任機構合力進行的研究,從量子裝置開始擴大建構,納入諸如錯誤修正、硬體和軟體型控制等機制,以及用來發展量子應用程式的方法和工具。 但即便上述工程挑戰均獲得解決,也無法保證量子運算能獲得普及應用。由於量子運算先天上就不適合當作通用運算任務的執行平台,因此量子運算的應用會受到相當多限制。即便是在適合使用量子運算的領域,由於量子運算的效能極為驚人,全世界可能只需要一到兩台量子電腦,就足以滿足運算需求。將這些因素加總起來,量子電腦很可能無法創造出夠大的經濟規模,驅動其成本下滑,而這會進一步對量子運算的商用化進程造成阻礙。 圖4 CEA-Leti量子運算計畫總監Maud Vinet指出,量子運算並非通用運算,無法完全取代超級電腦。 旺宏電子總經理盧志遠日前在SEMICON Taiwan 2019展會期間,針對量子電腦的商業化挑戰,做出了很精闢的總結。他表示,對現有的半導體產業而言,量子運算無疑是一項破壞性創新,但一個破壞性創新技術要成功,除了工程、材料、設備機台等生態系統的配套要同步到位之外,最重要的還是應用。有廣大的應用,才能讓一項技術變成一個產業。 量子運算對高科技、工業、化學製藥、金融及能源產業都有可能帶來巨大的顛覆,但現在看來,量子運算要應用在這些領域,也還有諸多技術及工程上的難題需要克服。在量子運算真正起飛之前,必然會經歷一段炒作周期(Hype Cycle),只有撐到最後,把主要問題解決的廠商,才能享受到量子運算的豐碩果實。
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半導體業大者恆大 2019資本支出集中率再攀高

產業研究機構IC Insights發表主要半導體公司2019年和2020年的資本支出預測,2019年排名前五位的公司(三星、英特爾、台積電、SK海力士和美光)在半導體產業資本支出中所占的比重將達到68%的歷史新高,超過2013年和2018年創下的67%高點。回顧1994年,前五名支出僅占產業總支出的25%,因此大公司增加其資本支出比重的趨勢一直沒有減弱,再次證明半導體產業大者恆大的走向。 2019年排名前五位的半導體廠商資本支出所占的比重將達到68%的歷史新高。 三星和台積電2019年第四季與整年度資本支出顯示,兩家公司在年初時的支出都相對較低,然後在第二季支出增加到了較為適度的水平。此外,兩家公司在第三技法說會中都宣布,計劃將第四季的資本支出增加到創紀錄的水準。 台積電計劃將2019年第四季的資本支出較第三季增加64%至51.47億美元。這將是該公司季度支出的歷史新高,比2014年第一季度的37.99億美元的歷史記錄高出36%。台積電TSMC 7奈米(nm)製程的需求非常強勁,預計該製程將占2019年第四季營收的33%。目前,其大部分投資將針對7奈米和5奈米技術的的新增產能。 另一家半導體大廠三星則宣布了計劃在2019年四季創下其半導體支出的單季新高記錄,該季大部分資本支出專用於建立記憶體設備,以滿足中長期需求。三星2019年第四季資本支出預計達79億美元,與第三季相比,成長81%。比該公司在2017年第四季的單季最高支出68.77億美元高出15%。 對於2019年全年,三星的半導體資本支出預計為199億美元,較2018年的支出下降8%。然而,該公司2017、2018和2019年的半導體集團資本支出總額預計為658億美元,較同期第二大支出的英特爾多53%。此外,三星在2017~2019年的658億美元半導體資本支出將是同期所有中國本土半導體廠商總支出308億美元的兩倍多。無論是台積電或三星半導體,想要在產業中保持領先從來就不是件簡單的事,包括更多資本與研發都是必要的投資。
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