Integraallülitused (IC-d) on kaasaegse elektroonilise tehnoloogia keskmes ja kogevad pidevat innovatsiooni. Alates nutitelefonidest ja tehisintellektist kuni asjade internetini (IoT), integraallülituste uuendused juhivad muutusi erinevates tööstusharudes. See artikkel süveneb integraallülituste uusimatesse tehnoloogilistesse edusammudesse, keskendudes viiele tipptasemel arengule, mis kujundavad elektroonikatoodete ja -süsteemide tulevikku.

Täiustatud protsessitehnoloogia: läbimurded 3nm-s ja alla selle

Integraallülituste protsessitehnoloogia on võtmetegur, mis mõjutab nende jõudlust, energiatarbimist ja suurust. Viimastel aastatel on 3nm ja alla selle protsessitehnoloogiad järk-järgult jõudnud turustamisfaasi. Juhtivad kiibitootjad nagu TSMC ja Samsung on teatanud selle tehnoloogia masstootmisest, mis aitab leevendada ülemaailmset kiibipuudust. 3nm protsessitehnoloogia, vähendades transistori suurust, suurendab veelgi kiibi jõudlust ja vähendab oluliselt energiatarbimist. See tehnoloogia mitte ainult ei võimalda protsessoritel pakkuda suuremat arvutusvõimsust, vaid toob kaasa ka revolutsioonilisi muudatusi seadmetes sellistes valdkondades nagu nutitelefonid, andmekeskused ja 5G-side.

Joonis 1–1 Integraallülitus (1)

Kvantarvutuse kiipide arendamise edusammud

Kvantarvutus kui uudne arvutusmudel on integraallülituste valdkonnas muutumas oluliseks esiletõstmiseks. Kvantkiibid põhinevad kvantmehaanika põhimõtetel ja kasutavad kvantbitte (qubits), et asendada traditsioonilised binaarsed bitid infotöötluseks. Praegu kiirendavad kvantarvutuse kiipide arendamist suured tehnoloogiaettevõtted kogu maailmas, nagu IBM, Google, Intel ning Hiina Alibaba ja Huawei. Kuigi kvantarvutustehnoloogia on alles eksperimentaalses faasis, on selle potentsiaal tohutu ja see võib muuta mitut valdkonda, sealhulgas tehisintellekti, krüptograafia ja optimeerimise probleeme.

Joonis 1–2 Integraallülitus (2)

Süsteemisisese (SiP) tehnoloogia rakendused

SiP-tehnoloogia integreerib mitu kiipi ühte pakendisse, pakkudes suuremat funktsionaalset integratsiooni ja väiksemat suurust kui traditsiooniline pakend. See tehnoloogia mitte ainult ei paranda seadme jõudlust, vaid optimeerib ka energiatarbimist, muutes selle laialdaselt rakendatavaks nutitelefonides, kantavates seadmetes, autoelektroonikas ja muudes valdkondades. Näiteks Apple'i uusim protsessoriseeria võtab kasutusele SiP-tehnoloogia, integreerides protsessori, mälu ja graafikaprotsessori ühte kiipi, mille tulemuseks on tugevam arvutusvõimsus ja pikem aku tööiga.

Kohanduvad tehisintellekti kiirendid: servtöötlus ja nutikas töötlemine

Tehisintellektist (AI) on viimastel aastatel saanud tehnoloogilise innovatsiooni peamine liikumapanev jõud ning integraallülituste arendamine soodustab tehisintellekti laialdast kasutuselevõttu. Adaptiivsed tehisintellekti kiirendid on kiibid, mis on spetsiaalselt loodud tehisintellekti ülesannete täitmiseks ja tehisintellekti algoritmide, näiteks süvaõppe ja masinõppe arvutamise kiirendamiseks. Võrreldes traditsiooniliste protsessorite ja GPU-dega pakuvad tehisintellekti kiirendid suuremat tõhusust ja väiksemat energiatarbimist. Servtöötluses rakendatakse üha enam tehisintellekti kiirendeid, mis toetavad tehisintellekti rakendusi sellistes tööstusharudes nagu autonoomne juhtimine, arukas turvalisus ja tööstusautomaatika.

Näiteks NVIDIA A100 AI kiirendi ja Google'i TPU (Tensor Processing Unit) on tüüpilised tehisintellekti kiirendid, mis parandavad riistvara optimeerimise kaudu oluliselt tehisintellekti arvutuste kiirust ja tõhusust. Kuna tehisintellekti tehnoloogia areneb edasi, muutuvad tehisintellekti kiirendid integraallülituste asendamatuks osaks, soodustades nutika riistvara ja intelligentsete rakenduste kiiret kasvu.

Kõrgsageduslik signaalitöötlus ja 5G sidekiibi tehnoloogia

5G-võrguside kõrgemate sageduste ja suurema ribalaiuse toetamiseks vajavad sidekiipide projekteerimine ja tootmine täiustatud tehnoloogiaid. Sellega seoses on eriti oluline kõrgsagedusliku signaalitöötluse tehnoloogia. 5G-sidekiibid ei pea vastama mitte ainult väikese latentsusaja ja suure kiiruse nõuetele, vaid toetama ka laiemat sagedusribade valikut ja keerukamaid signaalimodulatsioonitehnoloogiaid.

Näiteks kasutavad selliste ettevõtete nagu Qualcomm ja Huawei käivitatud 5G baasriba kiibid täiustatud tehnoloogiaid, nagu mitmeribaline integreerimine ja millimeeterlaine tehnoloogia, et oluliselt suurendada võrgu edastamise tõhusust. 5G levikuga mängib kõrgsageduslik signaalitöötlustehnoloogia võtmerolli sellistes valdkondades nagu nutikad kodud, autonoomne juhtimine, ja tööstuslik IoT, lükates integraallülituse tehnoloogia veelgi kõrgemale tasemele.

Järeldus

Integraallülituse tehnoloogia edusammud kiirendavad erinevate tööstusharude digitaalset ümberkujundamist. Pidevate läbimurretega 3nm ja alla selle protsessitehnoloogias, kvantarvutuses, paketisiseses süsteemis, tehisintellekti kiirendites ja 5G-sidekiipides muutuvad tulevased elektroonikaseadmed nutikamaks, tõhusamaks ja kompaktsemaks. Olenemata sellest, kas tegemist on nutitelefonide, autonoomse juhtimise, tehisintellekti või 5G-võrkudega, mängivad integraallülitused jätkuvalt olulist rolli. Kuna tehnoloogia areneb edasi, võime kindlalt eeldada, et integraallülituste uuendused mängivad eelseisvas tehnoloogilises revolutsioonis üha olulisemat rolli.