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AG娱乐袁理:给手机和汽车充满电将来可能就是几

  我今天的演讲题目是:超越摩尔定律。摩尔定律于1965年由戈登·摩尔博士提出,其内容是:单位面积集成电路上可容纳的元器件数目,约每隔18-24个月便会增加一倍。

  在这个定律的推动下,我们可以想见,每隔一个周期,集成电路的元器件尺寸会缩小、密度会增加、性能会提高、成本会降低。

  摩尔定律推动了半导体行业长达半个多世纪的发展,随着技术的进步,最先进的半导体集成已经到了几个纳米的程度,但摩尔定律越往下走会越困难,所需资源会越来越多。

  现在,我们需要来思考:是否半导体行业的每一个分支、每一个领域都需要遵循摩尔定律的发展?是否未来的困难度在每一个分支下都会增加?答案其实不是的。

  这里有一张图,左边紫色的部分是传统摩尔定律的一些分支,主要以数字电路为主,比如说CPU和内存,它们会随着时间的推进变得越来越小、性能越来越好。

  但是,在半导体行业,大量的领域其实并不遵循这个规律,他们并不追求器件尺寸的减小,而是追求开发出更多新的材料,以用在更多种类的器件、更多精彩的应用当中。我们把这样一些不遵循摩尔定律的分支称为“超越摩尔”的领域。

  超越摩尔大概包括哪些具体的方向?比如说常见的微波通讯器件、无人器件、工艺器件、MEMS器件、手机里的加速度机、陀螺仪,身份证里的小型接触式的芯片等等……这些都是超越摩尔领域的一个范畴。

  今天我就用超越摩尔领域的具体例子来给大家做一些展望。谈到超越摩尔,就不可避免的要提到一个新的半导体材料,因为任何新技术的发展都离不开材料的推动。在我们国内有这样一个讲法,常见的半导体材料一共分为三代。

  到目前为止,第一代半导体材料以硅为代表,第二代半导体材料以砷化镓为代表,它们具有很高的电子迁移率,特别适用于高速应用场景;新的第三代半导体材料以氮化镓、碳化硅为代表,它们特别适合于高功率、高效率的工作。这三代材料互相补充、互相丰富。

  这种材料的历史其实挺长的,第一次人工合成的氮化镓材料早在摩尔定律之前,于1964年提出,但直到上世纪80年代才首次实现产业化的应用,它的第一个应用方向就是LED。

  氮化镓第二个应用领域是微波器件。微波器件最早大家拿它来做军用的雷达,现在民用的基站等也开始用到它。随着氮化镓材料的不断发展,它的可接受电压越来越高。

  首先第一个就是Micro LED。现代的LED尺寸相对比较大,可能有几十到上百个微米,主要起提供亮度的作用。

  随着技术的发展,LED可能会越做越小,小到显示屏的每一个像素点都由一个单独的LED灯组成,而一个像素点又会发出红绿蓝三色光,由此使得我们的显示屏亮度更高、效率更好、色彩更真、也更省电。

  目前来看,消费类领域普遍认为,Micro Led可以成为下一代显示技术的主流之一。未来几年,我们会在可穿戴式设备、智能手机、个人终端里看到这样的应用。

  第二个未来可能发生的是,用最新的材料加强氮化镓。我们都知道钻石很名贵,平时大多用来做装饰,但并不清楚它还有很多工业用途。我们可以用人工合成金刚石加工成一个圆盘,在上面覆一层氮化镓的薄膜,再做成各种我们想要的器件结构。

  拿这么名贵的材料来做这个工作有什么好处?它可以提升氮化镓的性能。氮化镓的新材料生长在碳化硅上,其输出功率密度可达到过去氮化镓或硅的10倍,若再将氮化镓覆在钻石上,则其输出功率密度可达过去的30倍,这个意义非常巨大。

  它意味着什么?我们以雷达来举例,这意味着可以使雷达的探测距离增长,性能上得到180%~200%的提升,AG娱乐这在军事上意义重大,意味着我们的战机可以优先于对手发现对方。

  同时,这对民用领域也同等重要,ag娱乐在民用基站里增大基站的输出功率,意味着单个基站的覆盖面积可以大大增加,还意味着更高的基站密度及更少的硬件设备投入,以降低日常电讯使用开销 。

  首先是充电的部分,过去一个手机充电需要两小时,现在可以做到半小时、20分钟。现在的技术还是基于传统的硅技术,如果我们把氮化镓这种新的材料、技术引入手机快充领域,我们还可以把充电时间再大幅缩短,缩至10分钟、5分钟,甚至更短。

  同时,我们还可以把充电器做得更小、更精致。ag娱乐平台除此之外,导体未来基于氮化镓的快充还可以同时支持好几台设备,比如说同时给手机、iPad、电脑等等充电。

  无线充电这个概念早在几年前就被提出,但该产品还未全面在市场铺开。一方面是因为它性能上的缺陷,例如囿于传统硅的限制,无线充电的输出功率较低;另一方面是无线充电速度较慢,且需让手机与无线充电器近距离接触,一次也只能充一台手机。

  但随着氮化镓等新材料的应用,我们可以大幅提高无线充电的功率,可以使无线充电同时为好几台设备供电,可以把它放在离手机比较远的地方。

  我们可以想像这样一个场景,几个朋友一起去餐馆吃饭,假如说餐馆的餐桌上安装了氮化镓的无线充电器,我们就可以在吃饭的过程中,随意将手机摆在桌面上。吃好饭之后,我们每个人的手机都充好电了。

  还有一个应用场景,虽然不直接跟我们个人接触,但却非常重要,那就是数据中心。

  大家都知道现在是智能时代、云计算时代、互联网时代,我们强调万物互联,所有东西都要上网。在万物互联的背后,其实需要大量的数据中心来处理并存储那些网络数据。

  虽然目前全球的数据中心规模在不断的上涨,但全球的数据中心耗电量也已达到一个不容忽视的程度。

  据统计,去年全球数据中心总耗电量超四千亿度,这超过了英国全年的发电量总和,也占了全人类总发电量约2%~3%的比例。

  我们知道,智能时代才刚刚开始,随着智能技术的进步,未来需要更多的数据中心。由此可见,随着技术的发展,可能未来数据中心的耗电量会占到人类耗电量的很大比例,甚至超过一半的比例。

  该形势还给世界各国带来了巨大的能源安全及环境污染压力,各国都在追求一个新的解决方案,是什么呢?就是绿色数据中心。

  我们希望通过一些技术手段,降低数据中心对能源的依赖,其中氮化镓就是一个很好的方式。比如说用氮化镓来做数据中心的电源,这可使同等情况下,电源体积减少30%~70%,电源功耗降低30%~40%。

  根据我们现在的一个推算,在全球,如果所有的数据中心都用上氮化镓的电源,我们可以每年节省十亿美金的电费。

  我们前面讲了很多氮化镓目前的应用及未来几年对日常生活的改变,其实这些新的改变都离不开材料的不断迭代。

  比如LED方面,很多氮化镓长在蓝宝石上。未来,随着技术的发展,我们可以看到更多新的材料形态的诞生。我们会看到氮化镓长在自己支撑的氮化镓上,这样就可以大大提高LED的发光亮度和效率。

  在一些特定领域,氮化镓的性能已不能满足人类的需求,我们希望产生更新的材料,那么就可以从超越摩尔领域的大范畴里,寻找这些细的分支材料。

  我相信,在超越摩尔领域,随着技术的进一步发展,未来会对人类的生活带来更多、更直观的促进和保护。

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