مدارهای مجتمع (IC) در هسته فناوری الکترونیکی مدرن قرار دارند و نوآوری مستمری را تجربه می کنند. از گوشی های هوشمند و هوش مصنوعی گرفته تا اینترنت اشیا (IoT)، نوآوری در مدارهای مجتمع باعث تحول در صنایع مختلف می شود. این مقاله به آخرین پیشرفت های تکنولوژیکی در مدارهای مجتمع می پردازد و بر پنج پیشرفت پیشرفته تمرکز می کند که آینده محصولات و سیستم های الکترونیکی را شکل می دهد.

ج1. فناوری فرآیند پیشرفته: پیشرفت در 3 نانومتر و کمتر

ج2. پیشرفت توسعه تراشه محاسبات کوانتومی

ج3. کاربردهای فناوری سیستم در بسته (SiP)

ج4. شتاب دهنده های هوش مصنوعی تطبیقی: محاسبات لبه و پردازش هوشمند

ج5. پردازش سیگنال فرکانس بالا و فناوری تراشه ارتباطی 5G

ج6. نتیجه

فناوری فرآیند پیشرفته: پیشرفت در 3 نانومتر و کمتر

فناوری فرآیند مدارهای مجتمع یک عامل کلیدی موثر بر عملکرد، مصرف برق و اندازه آنها است. در سال های اخیر، فناوری های فرآیند 3 نانومتری و کمتر به تدریج وارد مرحله تجاری سازی شده اند. تولیدکنندگان پیشرو تراشه مانند TSMC و سامسونگ از تولید انبوه این فناوری خبر داده اند که به کاهش کمبود جهانی تراشه کمک می کند. فناوری فرآیند 3 نانومتری با کاهش اندازه ترانزیستور، عملکرد تراشه را بیشتر می کند و مصرف برق را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. این فناوری نه تنها پردازنده ها را قادر می سازد تا قدرت محاسباتی بیشتری را ارائه دهند، بلکه تغییرات انقلابی را در دستگاه ها در زمینه هایی مانند گوشی های هوشمند، مراکز داده و ارتباطات 5G به ارمغان می آورد.

شکل 1-1 مدار مجتمع (1)

پیشرفت توسعه تراشه محاسبات کوانتومی

محاسبات کوانتومی، به عنوان یک مدل محاسباتی جدید، در حال تبدیل شدن به یک نقطه برجسته در زمینه مدارهای مجتمع است. تراشه های کوانتومی بر اساس اصول مکانیک کوانتومی هستند و از بیت های کوانتومی (کیوبیت) برای جایگزینی بیت های باینری سنتی برای پردازش اطلاعات استفاده می کنند. در حال حاضر، شرکت های بزرگ فناوری در سراسر جهان، مانند IBM، گوگل، اینتل و علی بابا و هوآوی چینی، در حال تسریع در توسعه تراشه های محاسبات کوانتومی هستند. اگرچه فناوری محاسبات کوانتومی هنوز در مرحله آزمایشی خود است، اما پتانسیل آن بسیار زیاد است و ممکن است انقلابی در زمینه های متعددی از جمله هوش مصنوعی، رمزنگاری و مشکلات بهینه سازی ایجاد کند.

شکل 1-2 مدار مجتمع (2)

کاربردهای فناوری سیستم در بسته (SiP).

فناوری SiP چندین تراشه را در یک بسته واحد ادغام می کند و یکپارچه سازی عملکردی بالاتر و اندازه کوچکتر از بسته بندی سنتی را ارائه می دهد. این فناوری نه تنها عملکرد دستگاه را بهبود می بخشد، بلکه مصرف برق را نیز بهینه می کند و آن را به طور گسترده در گوشی های هوشمند، دستگاه های پوشیدنی، الکترونیک خودرو و سایر زمینه ها کاربرد می دهد. به عنوان مثال، آخرین سری پردازنده های اپل از فناوری SiP استفاده می کند و پردازنده، حافظه و واحد پردازش گرافیکی را در یک تراشه ادغام می کند و در نتیجه قدرت محاسباتی قوی تر و عمر باتری طولانی تری دارد.

شتاب دهنده های هوش مصنوعی تطبیقی: محاسبات لبه و پردازش هوشمند

هوش مصنوعی (AI) در سال های اخیر به نیروی محرکه اصلی نوآوری های تکنولوژیکی تبدیل شده است و توسعه مدارهای مجتمع به پذیرش گسترده هوش مصنوعی کمک می کند. شتاب دهنده های هوش مصنوعی تطبیقی تراشه هایی هستند که به طور خاص برای انجام وظایف هوش مصنوعی و تسریع محاسبات الگوریتم های هوش مصنوعی مانند یادگیری عمیق و یادگیری ماشین طراحی شده اند. در مقایسه با CPU ها و GPU های سنتی، شتاب دهنده های هوش مصنوعی راندمان بالاتر و مصرف انرژی کمتری را ارائه می دهند. شتاب دهنده های هوش مصنوعی به طور فزاینده ای در محاسبات لبه استفاده می شوند و از برنامه های هوش مصنوعی در صنایعی مانند رانندگی خودران، امنیت هوشمند و اتوماسیون صنعتی پشتیبانی می کنند.

به عنوان مثال، شتاب دهنده هوش مصنوعی A100 NVIDIA و TPU گوگل (واحد پردازش تانسور) شتاب دهنده های معمولی هوش مصنوعی هستند که سرعت و کارایی محاسبات هوش مصنوعی را از طریق بهینه سازی سخت افزار به میزان قابل توجهی بهبود می بخشند. با ادامه توسعه فناوری هوش مصنوعی، شتاب دهنده های هوش مصنوعی به بخشی ضروری از مدارهای مجتمع تبدیل می شوند و رشد سریع سخت افزار هوشمند و برنامه های هوشمند را هدایت می کنند.

پردازش سیگنال فرکانس بالا و فناوری تراشه ارتباطی 5G

برای پشتیبانی از فرکانس های بالاتر و پهنای باند بزرگتر برای ارتباطات شبکه 5G، طراحی و ساخت تراشه های ارتباطی به فناوری های پیشرفته تری نیاز دارد. در این راستا، فناوری پردازش سیگنال فرکانس بالا از اهمیت ویژه ای برخوردار است. تراشه های ارتباطی 5G نه تنها باید الزامات تأخیر کم و سرعت بالا را برآورده کنند، بلکه باید از طیف وسیع تری از باندهای فرکانسی و فناوری های پیچیده تر مدولاسیون سیگنال پشتیبانی کنند.

به عنوان مثال، تراشه های باند پایه 5G که توسط شرکت هایی مانند کوالکام و هواوی راه اندازی شده اند، از فناوری های پیشرفته ای مانند یکپارچه سازی چند باند و فناوری موج میلی متری برای افزایش قابل توجه کارایی انتقال شبکه استفاده می کنند. با گسترش 5G, فناوری پردازش سیگنال فرکانس بالا نقش کلیدی در زمینه هایی مانند خانه های هوشمند ایفا خواهد کرد, رانندگی خودران, و اینترنت اشیا صنعتی, سوق دادن فناوری مدار مجتمع به سطوح بالاتری

نتیجه گیری

پیشرفت در فناوری مدار مجتمع تحول دیجیتال صنایع مختلف را تسریع می کند. با پیشرفت های مداوم در فناوری فرآیند 3 نانومتری و پایین، محاسبات کوانتومی، سیستم در بسته، شتاب دهنده های هوش مصنوعی و تراشه های ارتباطی 5G، دستگاه های الکترونیکی آینده هوشمندتر، کارآمدتر و فشرده تر خواهند شد. چه در گوشی های هوشمند، چه در رانندگی خودران، هوش مصنوعی یا شبکه های 5G، مدارهای مجتمع همچنان نقش مهمی ایفا خواهند کرد. همانطور که فناوری به تکامل خود ادامه می دهد، می توانیم با اطمینان انتظار داشته باشیم که نوآوری در مدارهای مجتمع نقش مهمی در انقلاب فناوری آینده ایفا کند.