ເປັນຫຍັງຊິບລົດຍົນຍັງຂາດແຄນ?

ມາຮອດປະຈຸ, ເກືອບທຸກຄົນຮູ້ວ່າອຸດສາຫະກໍາລົດໃຫຍ່ແມ່ນ chip semiconductor ສັ້ນ, ເຖິງແມ່ນວ່າສະຖານະການເບິ່ງຄືວ່າຈະປັບປຸງ. ໃນຂະນະທີ່ມັນເປັນເລື່ອງທີ່ຂ້ອນຂ້າງວ່າຍານພາຫະນະໄຟຟ້າໃຊ້ semiconductors ຫຼາຍ, ເປັນຫຍັງເຄື່ອງຈັກເຜົາໃຫມ້ພາຍໃນທີ່ໃຊ້ນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟ (ICE) ໃຊ້ຊິບຫຼາຍ? ແລະຊິບເຫຼົ່ານີ້ມີຄຸນລັກສະນະທີ່ເຮັດໃຫ້ມັນຍາກກວ່າທີ່ຈະເພີ່ມກໍາລັງການຜະລິດໃນເວລາທີ່ພວກເຂົາຂາດແຄນບໍ? ນັ້ນແມ່ນສິ່ງທີ່ບົດຄວາມນີ້ຈະພະຍາຍາມອະທິບາຍ.

ເປັນຫຍັງຊິບ semiconductor ຈໍານວນຫຼາຍຈຶ່ງຖືກໃຊ້ໃນລົດ?

ໄດ້ New York TimesNYT
ກ່າວວ່າຍານພາຫະນະທີ່ທັນສະໄຫມສາມາດນໍາໃຊ້ໄດ້ເຖິງ 3,000 ຊິບ semiconductor, ໃນຂະນະທີ່ ແຫຼ່ງອື່ນ ເວົ້າຫຼາຍກວ່າ 1000. ຂ້ອຍແນ່ໃຈວ່າມັນຂຶ້ນກັບສິ່ງທີ່ເຈົ້າກໍາລັງນັບ, ແຕ່ເມື່ອໄວໆມານີ້ 1960s ເອເລັກໂຕຣນິກໃນຍານພາຫະນະໄດ້ຖືກຈໍາກັດ pretty ຫຼາຍພຽງແຕ່ວິທະຍຸລົດ. ຜະລິດຕະພັນທີ່ເປັນເຄື່ອງກົນຈັກເກືອບທັງໝົດບໍ່ດົນປານໃດຈະຈົບລົງດ້ວຍຊິບຫຼາຍອັນແນວໃດ? ຄໍາຕອບມີຫຼາຍພາກສ່ວນ, ແລະມັນສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນເຖິງການເພີ່ມຂຶ້ນໂດຍທົ່ວໄປຂອງການນໍາໃຊ້ຊິບໃນຂອບເຂດທີ່ກວ້າງຂວາງຂອງຜະລິດຕະພັນຜູ້ບໍລິໂພກແລະອຸດສາຫະກໍາ: ການປະຕິບັດ, ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ແລະການເຄື່ອນຍ້າຍຂອງການເຮັດວຽກຈາກຮາດແວໄປຫາຊອບແວ.

ສໍາລັບລົດໃຫຍ່, ການຊຸກຍູ້ຢ່າງໃຫຍ່ຫຼວງສໍາລັບການປັບປຸງເສດຖະກິດນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟຫຼັງຈາກວິກິດການນ້ໍາມັນໃນປີ 1973 ນໍາໄປສູ່ການເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງໄວວາຂອງການນໍາໃຊ້ເອເລັກໂຕຣນິກໃນການຄວບຄຸມເຄື່ອງຈັກ. ໃນຂະນະທີ່ການຕິດໄຟທາງອີເລັກໂທຣນິກໄດ້ເລີ່ມປະກົດຂຶ້ນໃນທ້າຍຊຸມປີ 1960, ການນໍາໃຊ້ຊິບໄມໂຄຄອນຄວບຄຸມສໍາລັບການຄວບຄຸມເຄື່ອງຈັກໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງສິ່ງທີ່ເປັນໄປໄດ້ດ້ວຍວິທີການດິຈິຕອນ. ການນໍາໃຊ້ເຊັນເຊີເພື່ອຕິດຕາມສິ່ງຕ່າງໆເຊັ່ນອຸນຫະພູມ, ຕໍາແຫນ່ງ crankshaft, ການໄຫຼຂອງອາກາດມະຫາຊົນ, ຕໍາແຫນ່ງ throttle, ແລະຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງອົກຊີເຈນໃນອາຍແກັສໄອເສຍ, ຜູ້ຜະລິດລົດໃຫຍ່ສາມາດປັບປຸງການປະຫຍັດນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟຢ່າງຫຼວງຫຼາຍແລະການປ່ອຍອາຍພິດຂອງຍານພາຫະນະຂອງເຂົາເຈົ້າ. ຊິບຄວບຄຸມໄດ້ດໍາເນີນການຄິດໄລ່ໃນເວລາບິນເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງຈັກ, ບາງສິ່ງບາງຢ່າງທີ່ເປັນໄປບໍ່ໄດ້ທີ່ຈະເຮັດກັບເຊັນເຊີກົນຈັກແລະການເຊື່ອມໂຍງ.

ນີ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນຫນຶ່ງໃນຕົວຂັບເຄື່ອນໃຫຍ່ທີ່ຢູ່ເບື້ອງຫລັງການເຕີບໂຕຂອງການນໍາໃຊ້ຊິບ semiconductor: ການປະຕິບັດຫນ້າທີ່ຫຼາຍຢ່າງໂດຍໃຊ້ຊອບແວທີ່ອາດຈະຍາກທີ່ຈະເຮັດ (ຫຼືແມ້ກະທັ້ງເປັນໄປບໍ່ໄດ້) ດ້ວຍຮາດແວຢ່າງດຽວ. ການຄິດໄລ່ອັດຕາທີ່ດີທີ່ສຸດເພື່ອປ້ອນນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟອາດກ່ຽວຂ້ອງກັບການແກ້ໄຂສົມຜົນທີ່ຊັບຊ້ອນໃນເວລາຈິງ ຫຼືຊອກຫາຕົວເລກໃນຕາຕະລາງ. ນັ້ນ​ເປັນ​ການ​ພ້ອມ (ແລະ​ເຮັດ​ໄດ້​ລາ​ຄາ​ຖືກ​) ກັບ​ຊິບ​ຄອມ​ພິວ​ເຕີ​ແລະ​ຊອບ​ແວ​ບາງ​. ນີ້ຍັງເປັນວິທີທີ່ພວກເຮົາໄດ້ຮັບລະບົບສາຍສົ່ງອັດຕະໂນມັດທີ່ຊັບຊ້ອນຫຼາຍຂຶ້ນ, ການນໍາໃຊ້ຊອບແວເພື່ອປະຕິບັດລະບົບການຄວບຄຸມທີ່ຊັບຊ້ອນເຊັ່ນ: downshifting ເມື່ອລົງຄ້ອຍ. ຊິບຄວບຄຸມທີ່ຕິດກັບເຊັນເຊີຄວາມໄວສົ່ງສັນຍານໄປຫາສະວິດໄຟ semiconductor ທີ່ຄວບຄຸມ solenoids ການສົ່ງ. ນີ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນເຖິງບົດບາດຂອງ semiconductors ພະລັງງານ, ອຸປະກອນທີ່ປ່ຽນພະລັງງານພາຍໃຕ້ການຄວບຄຸມດິຈິຕອນ, ເຊິ່ງຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນທົ່ວຍານພາຫະນະ. ຖ້າທ່ານນັບອຸປະກອນເຫຼົ່ານີ້ເປັນ "ຊິບ" ເຊັ່ນດຽວກັນ (ຕາມທີ່ New York Times ອາດຈະເຮັດ), ການນັບອຸປະກອນ semiconductor ໃນຍານພາຫະນະກໍ່ເພີ່ມຂຶ້ນ.

ຊິບ semiconductor ເກຣດຂອງຍານຍົນ ແລະສະວິດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ ແລະອຸປະກອນທີ່ເຂົາເຈົ້າຄວບຄຸມແມ່ນມີຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືໄດ້ຫຼາຍກວ່າເຄື່ອງກົນຈັກ. ຂ້ອຍຈື່ຕອນຂ້ອຍຍັງນ້ອຍ, ໝູ່ຄົນໜຶ່ງໄດ້ສະແດງໃຫ້ຂ້ອຍເຫັນສັນຍານລ້ຽວຕາມລຳດັບຢູ່ໃນລຳຕົ້ນຂອງລົດ Mercury Cougar ປີ 1968. ປາກົດວ່າໄຟລ້ຽວສີແດງໄດ້ເຊື່ອມຕໍ່ກັບສະວິດ rotating motor ເລັກນ້ອຍທີ່ "ສຽງຄ້າຍຄືເຄື່ອງຊັກຜ້າ." ເມື່ອຕິດຕໍ່ພົວພັນໄດ້ສວມໃສ່ຫຼື corroded, ສິ່ງນັ້ນແມ່ນລັງກິນອາຫານ. ການໄປຫາສະຫຼັບເຊມິຄອນດັກເຕີ ແລະວົງຈອນຈັບເວລາແບບງ່າຍດາຍເຮັດໃຫ້ກົນໄກດັ່ງກ່າວມີຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືຫຼາຍຂຶ້ນ.

ຕົວຢ່າງອີກຢ່າງຫນຶ່ງ - ເມື່ອຫລາຍປີກ່ອນ, ຂ້ອຍໄດ້ເຊົ່າລົດ Volkswagen Beetle, ແລະໃນຂະນະທີ່ຂ້ອຍເຂົ້າໄປໃນລົດແລະປິດປະຕູ, ປ່ອງຢ້ຽມຢູ່ດ້ານຂ້າງຂອງຜູ້ຂັບຂີ່ໄດ້ມ້ວນລົງເລັກນ້ອຍໃນຂະນະທີ່ປະຕູກໍາລັງຈະປິດແລະຈາກນັ້ນມັນມ້ວນຄືນ. ນັ້ນເຮັດໃຫ້ຄວາມດັນພາຍໃນຫ້ອງໂດຍສານໄດ້ເທົ່າກັນ, ດັ່ງນັ້ນຫູຂອງເຈົ້າຈະບໍ່ດັງ. ປະເພດຂອງການທໍາງານດັ່ງກ່າວຈະມີຄວາມທ້າທາຍແທ້ໆທີ່ຈະເຮັດດ້ວຍກົນຈັກຢ່າງດຽວ, ແຕ່ດ້ວຍໄມໂຄຊິບມັນອາດຈະມີພຽງແຕ່ສອງສາມເສັ້ນຂອງລະຫັດ. ເຄື່ອງອີເລັກໂທຣນິກຂອງຮ່າງກາຍຂອງຍານພາຫະນະ - ປ່ອງຢ້ຽມໄຟຟ້າ, ລັອກປະຕູ, ກະຈົກມຸມເບິ່ງຂ້າງໂດຍປົກກະຕິແມ່ນເຊື່ອມຕໍ່ກັບຊິບຄວບຄຸມຮ່າງກາຍ (BCM). BCM ຍັງຕິດຕໍ່ສື່ສານກັບຫນ່ວຍງານອີເລັກໂທຣນິກອື່ນໆໃນທົ່ວລົດ - ສິ່ງຕ່າງໆເຊັ່ນ: ກຸ່ມເຄື່ອງມືແລະເຊັນເຊີຈໍານວນຫລາຍ. ແລະແນ່ນອນ, ລະບົບ infotainment ໃຊ້ຊິບຈໍານວນຫລາຍ.

ສິ່ງຫນຶ່ງເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບການປະຕິບັດສິ່ງຕ່າງໆໃນຊອບແວແທນທີ່ຈະເປັນຮາດແວ: ທ່ານສາມາດດັດແປງຜະລິດຕະພັນຫຼັງຈາກທີ່ທ່ານສົ່ງມັນ. ພວກ​ເຮົາ​ເຫັນ​ວ່າ​ທຸກ​ເວ​ລາ​ຢູ່​ໃນ​ຄອມ​ພິວ​ເຕີ​ແລະ​ຊອບ​ແວ​ໂທລະ​ສັບ​ຂອງ​ພວກ​ເຮົາ – ມັນ​ເບິ່ງ​ຄື​ວ່າ​ທຸກໆ​ກອງ​ປະ​ຊຸມ Zoom ຂ້າ​ພະ​ເຈົ້າ​ໄດ້​ຮັບ​ການ​ປັບ​ປຸງ​ຊອບ​ແວ​ໃຫມ່​. ແຕ່ຮາດແວ? Tesla ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງພະລັງຂອງ "ໃນໄລຍະການປັບປຸງທາງອາກາດ," ເຊິ່ງດັດແປງລັກສະນະຕ່າງໆໃນລົດ. ຂ້າ​ພະ​ເຈົ້າ​ຈື່​ໄດ້​ວ່າ GE Aviation ຍັງ​ໄດ້​ແກ້​ໄຂ​ຊອບ​ແວ​ເພື່ອ​ແກ້​ໄຂ​ເປັນ​ການ​ຊົ່ວ​ຄາວ​ທີ່​ມີ​ຄວາມ​ສູງ icing icing ໃນ​ເຄື່ອງ​ຈັກ GEnx turbofan ຂອງ​ຕົນ​ທີ່​ໃຊ້​ໃນ Boeing.BA
787s ແລະ 747-8s. ດ້ວຍຊອບແວ? ຈັ່ງແມ່ນປະທັບໃຈ!

ສິ່ງທີ່ເປັນເອກະລັກກ່ຽວກັບວິທີທີ່ຊິບລົດຍົນຖືກອອກແບບແລະຜະລິດ?

ມີຫຼາຍລັກສະນະເດັ່ນຂອງຊິບລົດຍົນ. ອັນທໍາອິດແມ່ນວ່າພວກເຂົາຕ້ອງປະຕິບັດການເປັນເວລາດົນນານໃນໄລຍະອຸນຫະພູມທີ່ກວ້າງຂວາງ, ໃນຂະນະທີ່ມີການສັ່ນສະເທືອນແລະການສັ່ນສະເທືອນຫຼາຍ. ຜູ້ຜະລິດລົດໃຫຍ່ຄາດວ່າຈະມີຊີວິດການເຮັດວຽກຂອງ 15 ປີແລະທົນທານຕໍ່ອັດຕາການລົ້ມເຫຼວຂອງສູນຊິ້ນສ່ວນຕໍ່ຕື້ໃນເວລານັ້ນ. ພວກເຂົາຍັງຕ້ອງການຊິ້ນສ່ວນທົດແທນທີ່ສາມາດໃຊ້ໄດ້ເປັນເວລາ 30 ປີ. ອຸ​ປະ​ກອນ​ເອ​ເລັກ​ໂຕຣ​ນິກ​ຂອງ​ຜູ້​ບໍ​ລິ​ໂພກ​ສ່ວນ​ໃຫຍ່ (ເຊັ່ນ​: ໂທລະ​ສັບ​ຂອງ​ທ່ານ​) ມີ​ອັດ​ຕາ​ຄວາມ​ລົ້ມ​ເຫຼວ​ໃນ​ການ​ວັດ​ແທກ​ໃນ​ພາກ​ສ່ວນ​ຕໍ່​ລ້ານ​ແລະ​ຈະ​ໄດ້​ຮັບ​ການ​ຖື​ວ່າ​ລ້າ​ສະ​ໄຫມ​ຫຼັງ​ຈາກ​ຫ້າ​ປີ​. ຖ້າ PC ຂອງ​ທ່ານ​ພົບ​ຄວາມ​ຜິດ​ພາດ​, reboot ແລະ​ໃຫ້​ມັນ whirl ອື່ນ​. ຖ້າຕົວຄວບຄຸມເຄື່ອງຈັກຂອງເຈົ້າລົ້ມເຫລວຢ່າງກະທັນຫັນ, ເຈົ້າບໍ່ດຶງໄປຂ້າງຖະຫນົນແລະປິດເປີດໃຫມ່ (ເຖິງແມ່ນວ່າຂ້ອຍໄດ້ຍິນເລື່ອງແບບນີ້ເກີດຂື້ນກັບລະບົບ infotainment ຂອງລົດໄຟຟ້າ). ສະພາເອເລັກໂຕຣນິກລົດຍົນ (ສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໂດຍ Detroit Big Three) ຮັກສາລະດັບມາດຕະຖານຄຸນວຸດທິສໍາລັບຊິບ. ສໍາລັບອຸນຫະພູມປະຕິບັດການ, ມັນກໍານົດ Grades 0, 1, 2, ແລະ 3 ລະດັບການດໍາເນີນງານ, ໂດຍຊັ້ນ 1 ກວມເອົາ -40ºC ຫາ +125ºC ແລະຊັ້ນ 2 ຈາກ -40ºC ເຖິງ +105ºC. ມັນມີຂອບເຂດຈໍາກັດສູງທີ່ຮ້ອນກວ່າອຸນຫະພູມຂອງນ້ໍາຕົ້ມ, ໂດຍວິທີທາງການ. ນີ້ແມ່ນລະດັບທີ່ທ້າທາຍຫຼາຍຫຼາຍກ່ວາຊິບຜູ້ບໍລິໂພກສ່ວນໃຫຍ່ຈະເຄີຍເຫັນ. ຊິບຈໍາເປັນຕ້ອງມີຄວາມຫນ້າເຊື່ອຖື, ດັ່ງນັ້ນພວກເຂົາຕ້ອງໄດ້ຮັບການອອກແບບແລະທົດສອບເພື່ອໃຫ້ມີຊີວິດການເຮັດວຽກທີ່ພຽງພໍພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ຮ້າຍແຮງ.

ຄວາມຕ້ອງການທີສອງແມ່ນພວກເຂົາຕ້ອງໄດ້ຮັບການອອກແບບດ້ວຍຄວາມປອດໄພຢູ່ໃນໃຈ. ຫຼາຍໆອັນນີ້ແມ່ນກວມເອົາ ISO 26262 - ມາດຕະຖານຄວາມປອດໄພຂອງການເຮັດວຽກ, ເຊິ່ງກວມເອົາຫຼາຍໆສິ່ງທີ່ເລີ່ມຕົ້ນດ້ວຍວິທີທີ່ພວກມັນຖືກອອກແບບເພື່ອຈັດການກັບຄວາມລົ້ມເຫລວ.

ສຸດທ້າຍ, ຂະບວນການຜະລິດຊິບໃນ semiconductor fabs ຕ້ອງມີ "ຄຸນສົມບັດ", ເຊິ່ງປົກກະຕິໃຊ້ເວລາຫົກເດືອນ. fabs ຍັງຈໍາເປັນຕ້ອງມີການດັດແປງຊຸດການອອກແບບຂະບວນການຂອງພວກເຂົາສໍາລັບຮູບແບບອຸປະກອນອຸນຫະພູມສູງ, ການເຊື່ອມຕໍ່ກັນທີ່ຫນາກວ່າ, ແລະສິ່ງອື່ນໆທີ່ເພີ່ມຄວາມຫນ້າເຊື່ອຖື. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, chip ຕ້ອງໄດ້ຮັບການທົດສອບຢ່າງກວ້າງຂວາງກ່ອນທີ່ຈະສາມາດສ້າງເປັນຍານພາຫະນະ. ນັ້ນ ໝາຍ ຄວາມວ່າການທົດສອບຊີວິດທີ່ເລັ່ງຢູ່ໃນອຸນຫະພູມສູງແລະສະພາບທີ່ຮຸນແຮງເພື່ອ ຈຳ ລອງການບໍລິການຫຼາຍປີ. ຜູ້ຜະລິດລົດໃຫຍ່ຕົ້ນຕໍໄດ້ໃຊ້ເວລາດົນເຖິງ 3-5 ປີເພື່ອອອກແບບ, ທົດສອບ, ແລະກວດສອບຊິບໃຫມ່.

I ຊີ້ອອກ ກ່ອນຫນ້ານັ້ນ, microcontrollers ລົດຍົນຈໍານວນຫຼາຍໃຊ້ເຕັກໂນໂລຊີ 90 nm, ແລະມັນມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກທີ່ຈະເພີ່ມຄວາມສາມາດ. ການຂາດແຄນໃນໄລຍະ 65 ປີທີ່ຜ່ານມາໄດ້ກະຕຸ້ນໃຫ້ຜູ້ຜະລິດຊິບລົດຍົນບາງຄົນຍ້າຍໄປສູ່ 55/40nm nodes, ແລະບາງຄົນກໍ່ເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງ XNUMX nm. ແຕ່ DigiTimes ເວົ້າວ່າ ມັນຈະໃຊ້ເວລາຫຼາຍເຖິງຫ້າປີສໍາລັບຊິບໃຫມ່ທີ່ສ້າງຂຶ້ນດ້ວຍຂະບວນການ 40nm ເພື່ອລ້າງຂະບວນການກວດສອບແລະເຂົ້າໄປໃນຍານພາຫະນະໃຫມ່, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າເຕັກໂນໂລຢີທີ່ມີຢູ່ຈະຖືກນໍາໃຊ້ໃນບາງເວລາຂ້າງຫນ້າ. ແລະນັ້ນແມ່ນວ່າເປັນຫຍັງການຂາດແຄນຊິບອັດຕະໂນມັດແມ່ນເວົ້າດົນກວ່າທີ່ຈະບັນເທົາທຸກ.