在2018全球CEO峰會上,Soitec公司執行長(CEO) Paul Boudre (參考上方大圖)發表了題為「實現AIoT和5G革命的工程基板(Engineered substrates–enabling the AIoT & 5G revolutions)」的主題演講。內容涵蓋四個部分:透過工程基板支援中國的智慧願景、人工智慧(AI)是物聯網的催化劑——AIoT時代、工程基板對於提供5G來說至關重要,以及最後總結。

透過工程基板支援中國的智慧願景

Boudre指出,中國正在全面佈署「中國製造2025」,希望能把中國建設成為製造業強國。這個項目涵蓋10個關鍵領域,如下圖所示。

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中國對5G和人工智慧進行了巨額投資,可以看到這些領域會有很好的發展前景。例如,在5G網路的基礎設施建設上,中國的投資成本超過美國24億美元。中國在眾多方面都進行了投資,與此同時也將半導體行業作為5G建設的重點來發展。

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中國正在計畫引領5G佈署。如中國移動的5G路線規劃圖所示,到2020年其將佈署1萬多個網站。中國將在sub-6GHz頻段為5G分配多達500MHz頻譜。在這個頻段只需進行少量投資就可以滿足相應要求,因此可以實現快速佈署。這是中國的現狀以及未來的引領方向。

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Boudre說:「我們希望提醒大家選擇最適合的工程基板;」例如,在法國,要想生產非常好的酒,就必須要有很好的生產線,必須根據不同的酒類選擇不同的東西。也要注意它的土壤情況,因為良好的土壤是生產好的作物、最後生產良好酒類的必要條件。同樣,這個概念也可以延伸到基板材料中。對於不同的半導體應用來說,要有非常好的基板,才能支撐其在實現功能方面的優勢。

當討論相關的工程基板最佳化的時候,需要瞭解從1985年到現在超過30年的材料創新歷史。「我們不斷努力進行創新研發,發現新的材料,不斷改進工程基板的性能。可以說這是一種革命。」Boudre說:「從1985年到2015年有很多的發展,很多元素都加入了進來,當然,我們現在仍然在高速發展之中。」

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基於Smart Cut技術的基板如下圖所示。Boudre解釋:「我們現在把這些材料結合在一起。對於將晶體疊加到晶體(晶格不相容)以及非晶材料上的情況,我們可以達成超薄、高度均勻層的設計。這樣的工程基板能達到很好的性能。與此同時,我們的技術實現了基板的最佳化和絕緣層的整合,比如SOI (絕緣矽)。我們把絕緣矽應用上來,如下面的分析圖所示,分為三層,天然氧化物、結晶矽和氧化層,中間的結晶矽達到3.8nm的厚度。透過這樣的設計結構可以達成非常好的性能。」

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Soitec提供全系列的工程基板,涵蓋多個領域和應用模式,包括射頻前端模組等等,可以應用在智慧手機。Boudre指出:「不管你用什麼樣的智慧手機,都可以應用我們相關的產品和技術,能夠達成非常好的性能。與此同時,我們也不斷與我們的客戶進行聯繫和溝通,從他們那裡獲取最新的資訊,瞭解他們所面臨的問題,以便針對這些問題進行個性化的解決。」

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人工智慧是物聯網的催化劑——AIoT時代

現在有數以千計的項目都在圍繞人工智慧和5G,這是人類發展的下一代核心技術。5G網路是支撐我們未來技術發展的基礎。

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什麼是人工智慧?實際上它是將資料轉化為有用的資訊。建立這樣的網路能夠為我們建立全新的世界,讓我們更好地理解這個世界。比如說區分蘋果和其他事物,將人的語音從其他振動波中區分出來。人工智慧需要有很好的CPU晶片來支撐,這樣才能支撐這些技術和最終功能的實現。

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人工智慧技術發展已經發生了很大的變化並取得了很多的突破。比如到成熟階段,我們甚至可以看到像人類一樣提供服務的機器人。與此同時,它也會影響我們人類與智慧手機的互動過程。

那麼,人工智慧下一階段的挑戰又是什麼呢?下一個挑戰是人工智慧推理向邊緣發展,需要低功耗的解決方案。人工智慧涉及非常邊緣、邊緣和雲端這三種不同解決方案。邊緣化發展需要非常安全並且具有保障性的低功耗解決方案。Boudre表示:「低功耗是整個等式中非常重要的一環。我們還有很多工作需要去做。我們透過種種方式降低功耗,提升性能,我想這一切的努力都是值得的。」

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那麼當前的技術進展如何以及將來又到底該走向何方?在未來,IoT和AI將會更好地融合,從而引發一場新的革命。這場新的革命需要我們共同的參與。這場革命也將比以往的革命來得更猛烈一些。

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FD-SOI將在這場革命中扮演重要角色。FD-SOI最佳化的基板將為AI和IoT的融合提供能量。FD-SOI可以提高能效,而使整個解決方案的有效性提高。對於某些技術節點來說,透過在超低功耗上運用體偏壓技術,可以獲得更好的能效。下圖對性能和能效的關係做了分析,FD-SOI在不同的性能下有不同的能效表現。FD-SOI是非常好的一種創新,可以幫助我們推動AI晶片的發展。

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AIoT的演進非常地快,也有很多豐富的應用。例如,我們希望實現始終線上監控、AI防盜、智慧喚醒、始終線上並採用電池供電、本地語音推理以及自動異常檢測等等。有很多例子可以證明FD-SOI在助力AIoT革命。

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目前,市場上已推出第一代AI晶片。例如,NXP的i.MX RT600跨界處理器基於FD-SOI設計,適用於在邊緣實現機器學習和人工智慧功能。這種新的技術可以在未來為我們帶來更多的可能性。Lattice基於FD-SOI開發了新一代始終線上的FPGA低功耗機器學習推理晶片。設計人員可以用它來設計小尺寸並且性能很高的AI設備,而又不違反占位面積和散熱管理限制。FD-SOI在中國也有很多好的開發項目。

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工程基板對於提供5G來說至關重要

FD-SOI對於5G的實施也有重大的意義。人們都說5G會改變人類的未來。未來我們要滿足更多的需求,而AI與5G將是下一個核心。在人類發展的進程中,AI和5G是必然的趨勢。

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到那時,我們會有更靈活、更智慧的網路。LTE和WiFi將繼續存在,頻率在3GHz左右。5G將佈署在毫米波這一更高的頻段上。因為頻率提高,波長就會更短。

5G網路相比當前的網路,所承載的內容將多出許多。那麼當今4G網路中最佳化的基板到底是如何應用的呢? FD-SOI在全球的4G頻寬和核心網等很多領域都有使用(如下圖中的藍色字體)。而5G會給我們帶來很多新的機會。5G互連世界中需要進一步推廣最佳化的基板。在5G時代FD-SOI會有更多的應用,例如毫米波,其在5G時代是必然的發展選擇。FD-SOI mmW在 5G時代將會對核心網和接入網等等提供支援。這在中國有很多機會,中國可以按照這個方向建立完整的生態系統。

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從整體上看,5G是個非常複雜的生態系統。成功的佈署需要整個生態系統中的各方通力協作,需要依託國家的大環境,需要建立很多合作夥伴關係,在當地需要有生產、需要有分銷、需要有工程,還要有網路供應商的參與。在中國,中國移動對於5G的發展非常地給力。在OEM方面,中國也有很多很好的公司,包括華為、OPPO和中興等等。在5G無晶圓廠、IDM公司和設計公司方面,中國也有很多出名的公司。在晶圓代工方面也有很多優秀的公司。

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總結

AI和5G是人類發展的下一個重點。中國將發揮重要作用,幫助這些技術和解決方案進入大眾市場。最佳化基板的作用重大,可以推進新技術的發展。在整個價值鏈中,我們需要加強合作,促進這些新技術在中國的應用。