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艰难之后,2020年半导体产业期待复苏

时间:2020-01-01 作者:刘于苇 阅读:
2019年,动荡的全球贸易局势为半导体市场蒙上了一层阴影。不过值得庆幸的是5G、AI、云计算、大数据和物联网等新兴技术持续保持高速发展,让半导体产业进入继个人电脑和智能手机后的下一个发展周期。
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2020技术趋势之:数字孪生

什么是数字孪生(digital-twin)?数字孪生是对一个产品或制造工厂的物理实体进行精确仿真的虚拟数字模型,会随着产品或工厂生命周期的改变而不断进化,可以用来预测产品使用或工厂运营过程中的行为,优化其性能,并从以往的设计和生产经验中吸取教训。c4REETC-电子工程专辑

西门子数字工业软件公司总裁兼首席执行官Tony Hemmelgarn表示:“对于现今日益复杂的产品设计和制造,数字孪生是一种必不可缺的验证/确认工具,但它已经不是新潮的技术概念,而是可以真正解决和预测现实世界中产品或制造工厂可能出现的问题。其价值大小就在于虚拟模型对物理实体的仿真精确度和完整性程度。”c4REETC-电子工程专辑

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数字孪生不仅适用于产品,对于更为复杂的生产工厂和制造流程也同样适用。对于工厂的机器设备,我们也许已经利用工业物联网系统采集到设备的运行状态参数,也进行正常的预防性维护。但设备仍然有可能出现意想不到的问题,难道我们采集足够多的数据,再通过人工智能/机器学习算法就能够解决这个问题吗?目前来看这样想法还是不现实的。c4REETC-电子工程专辑

数据不在于量有多大,而在于相关性。我们不但需要采集数据来告诉我们设备出现了问题,而且需要相关的数据来识别出问题的原因所在。这就涉及闭环的数字孪生,使用这样的模型来放大制造流程的环节以找出真正的原因所在。c4REETC-电子工程专辑

一个产品设计和制造企业要想让收集的海量数据体现出价值,转化为竞争优势,除了建立完整的闭环数字孪生体系外,还需要有个性化的设计及灵活的适应性。Tony Hemmelgarn表示表示:“西门子用了11年时间,投资110亿美元,用于研发、收购和整合从设计到制造整个产品生命周期的管理软件系统,包括收购EDA公司Mentor和低代码(low-code)软件工具开发商Mendix。”c4REETC-电子工程专辑

制造工厂的特定专业技能一般存储在有经验的技术人员头脑中,公司的IT人员没有时间也没有足够的知识来开发适合工厂现场工作人员的应用软件工具,因此工厂的软件很难做到个性化和灵活性。利用Mendix的低代码软件开发工具,经验丰富的技师不需要学习专门的计算机语言来编写应用程序,就可以将其头脑中的知识通过简单的软件搭建工具呈现出来,并将其连接到数字孪生系统中。c4REETC-电子工程专辑

2020技术趋势之:量子计算

监控和隐私,数据及其传输渠道已成为前所未有的政治斗争舞台。同时,大数据将需要新的搜索和处理方式,当今世界也面临着巨大的环境、安全和医疗保健挑战……不断增加的数据量和要考虑的参数数量提醒我们,需要一种新的计算、传感和超安全传输方式,这也将对传统的半导体行业形成挑战。c4REETC-电子工程专辑

Yole Développement资深分析师Eric Mounier认为,尽管摩尔定律已统治微处理器产业50多年之久,可能达到极限(2021年将达到3纳米),但量子计算机(基于量子力学原理)却是一项真正的颠覆性科技,有望解决当今计算之物理边界的难题。它将开辟新的机会,特别是在于密集计算方面。但是,量子计算不是摩尔定律或人工智能的延续。它是一种基于不同硬件和软件的全新的颠覆性方法。c4REETC-电子工程专辑

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量子计算机的基石——量子位——属于这个宇宙。量子位在多维宇宙中运行,其本征态对应于所谓的布洛赫球体的表面,而其逻辑态则对应于该球体的极点。简而言之,量子位不是二进制的。它不像比特那样只是对1或0进行编码,而是1和0的叠加。因此,一组n个量子位可以对2n个可能的量子态的叠加进行编码。通常,具有n个量子位的量子计算机可以处于多达2n个不同状态的任何叠加(如薛定谔的猫)。与此相比,一台普通计算机一次只能处于这2n种状态之一。我们应该还记得诺贝尔奖物理学家Bill Philips所说的话:“量子计算机与经典计算机的区别与经典计算机与算盘的区别一样。”c4REETC-电子工程专辑

过去,我们已经看到了第一次量子革命,当时的优先事项是理解和预测。今天,由于需要通过工程技术来开发基于光子、电子、原子或分子的未来量子系统,我们正在进入第二次量子革命。c4REETC-电子工程专辑

量子技术是一项重要的挑战,它可以解决与国家安全相关的安全通信和数据库管理。它还能解决化学/材料研究、物流、金融服务、医疗保健和生命科学、制造、药物发现、蛋白质结构预测、投资风险分析、原料管理、车辆路线、网络优化等方面的关键工业仿真和优化挑战。c4REETC-电子工程专辑

量子技术将成为各国的优先发展目标,世界顶级大国已经对量子项目进行投资:中国宣布进行100亿美元投资;美国宣布在5年内投资12亿美元;欧洲宣布在10年内投资12亿欧元。c4REETC-电子工程专辑

量子技术不仅可以实现计算,还可以实现密码系统、传感和软件。如今,量子计算吸引了研发人员的巨大兴趣,投资者社区和其他量子领域也从中受益。量子通信技术更为成熟(至少对于今天的短距离而言),而量子传感器和时钟仍然是小市场。尽管如此,密码系统和传感器都在从目前围绕量子计算机的兴奋中受益。c4REETC-电子工程专辑

量子计算机可以区分为量子退火机(例如,D-Wave将量子计算机商业化以解决优化问题已有数年)和“通用”量子计算机(可以解决任何类型的问题)。目前这还是一个很小的市场,因为很少有公司能负担得起与量子计算机的开发相关的巨大开发成本。最重要的一些如下:c4REETC-电子工程专辑

• D-Wave已经在出货量子退火机。它在7年内出货了4代系统。最新一代可以处理2,000个量子位(但不是“通用”量子计算机)c4REETC-电子工程专辑

• 其他开发通用量子计算机的公司包括:Google(以53个量子位展示了量子霸权)、IBM、Rigetti、IonQ、英特尔、ATOSc4REETC-电子工程专辑

量子技术正处在众多应用和领域的十字路口:研究、材料科学、光子学、半导体、工程、软件、教育……但它仍然是项早期技术(潜力巨大)。然而,今天它提出了许多问题:哪种量子位技术将受到青睐?必须定义哪种业务模型——例如,开发量子计算机的Gafam们(编者注:即Google、Apple、Facebook、Amazon、Microsoft五大巨头)是否会提供QaaS(“量子即服务”),或者只是将其保留用于内部开发?我们是否能够利用半导体工艺来制造量子芯片?我们是否能够降低成本(今天的量子计算机价格估计超过2500万美元)?……c4REETC-电子工程专辑

实现台式量子计算机的路还很长,硬件级别的主要挑战是量子位的隔离和控制。但是对于当前开发的所有不同的量子计算机来说,我们仍然缺乏通用的量子语言。但Eric Mounier相信,量子计算的真正价值在于其能够实现更好的药物、更灵活的材料或更高效的服务,而不是实现台式量子计算机!c4REETC-电子工程专辑

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刘于苇
电子工程专辑(EETimes China)副主分析师。
  • 量子计算机是否像我们说的那么近? 如今,着眼于监视和隐私,数据及其传输渠道已成为前所未有的政治斗争舞台。同时,大数据将需要新的搜索和处理方式。这种情况下就可能需要新的计算、传感和超安全传输方式。此外,当今世界也面临着巨大的环境、安全和医疗保健挑战,这些也都需要以新的方式来解决。不断增加的数据量和要考虑的参数数量, 将对传统的半导体行业形成挑战。
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