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2024-07-09 15:06:44

今天中国半导体学术进展真不少!纳芯微并购麦歌恩分析解读;国产算力路在何方?2完美电竞024 WAIC行业观察

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  4.北京大学电子学院张志勇课题组基于钙钛矿掺杂碳纳米管实现低功耗隧穿晶体管

  6.北京大学集成电路学院集成电路高精尖创新中心共6篇论文入选ISPSD 2024

  7.中国科学院微电子所在IGZO DRAM后道集成的三维存储研究领域上取得进展

  9.西安电子科技大学广研院第三代半导体创新中心攻克1200V以上增强型氮化镓电力电子芯片量产技术

  2024年7月4日~6日,2024世界人工智能大会暨人工智能全球治理高级别会议(WAIC 2024)在上海圆满召开。当今全球生成式人工智能(AI)发展热潮正加大对“算力”的需求,这也成为本届大会的重要议题之一。

  作为AI生态基础设施的重要组成部分,包括华为、浪潮信息、中兴通讯、壁仞科技、摩尔线程、燧原科技、国科微、无问芯穹、天数智芯、联想、中科曙光在内的中国GPU芯片与设备公司,以及中国电信、中国联通、中国移动等头部算力企业,均在WAIC 2024大会精彩亮相,展示一系列助力我国AI算力发展“破局”的成果。

  2022年ChatGPT-3.5大模型横空出世,引发全世界生成式AI浪潮,彼时这一大模型规模约为1750亿个参数,然而2023年推出的ChatGPT-4,参数迅速膨胀至1万亿个。如此体量的大模型,建设超过1万张GPU加速卡的算力集群必不可少。

  在7月6日WAIC举办的中兴通讯AI创新生态论坛,中国工程院院士郑纬民指出,“人工智能发展有三驾马车,其中一驾就是算力。”步入万卡集群时代,数据中心将面临一系列全新挑战需要攻克。郑纬民表示,万卡时代GPU之间的互联是大问题,如何实现高带宽、低时延连接?将是提高计算效率的重点。此外作为万卡规模的数据中心,可能2~3小时就会发生一次故障,如何应对故障率增加的问题同样是一大挑战。

  郑纬民指出,尽管目前英伟达占据AI GPU龙头位置,性能领先,但是目前基于国产AI芯片的系统,最关键的差距并不在算力方面,而是生态。他表示,之前许多企业并不愿意使用国产AI芯片方案,最核心的问题在于国产AI芯片的软件生态不好,易用性方面与英伟达相比有明显差距。为此,郑纬民提出国产软件生态需解决的重点,包括编程框架、并行加速、容错系统等。

  目前,我国算力基础设施规模位居全球第二,截至2023年底,我国在用数据中心机架总规模超过810万架,算力总规模达到230EFlops;以闪存技术为代表的先进“存力”不断提高,在部分行业占比超过25%。郑纬民认为,尽管目前我国算力行业面临国外算力获取难、国产算力使用难/效率低、国产算力种类多等痛点,但只要解决关键问题,一定可以构建开放解耦、互联互通的国产算力新生态。

  为解决当前算力提升瓶颈难题,助力我国生成式AI进一步发展,本届WAIC各大厂商带来一系列解决方案,涵盖“云、边、端”各个应用场景。以下为集微网对本届大会亮相的重点国内算力企业进行盘点:

  壁仞科技创立于2019年,致力于研发原创性的通用计算体系,建立高效的软硬件平台,同时在智能计算领域提供一体化的解决方案。在7月5日举办的“智启新章·算引未来”AI基础设施论坛,壁仞科技副总裁兼AI软件首席架构师丁云帆表示:“解决算力瓶颈问题需要从三个维度考虑:硬件集群算力、软件有效算力、异构聚合算力。”

  丁云帆称,在硬件集群算力维度,壁仞科技在行业中相对领先,2020年设计的第一代产品里面就做了chiplet的架构,兼具DSA和通用GPU两个优势,是当前行业主流能够突破摩尔定律的解决方案。壁仞科技同样注重互联能力,支持单节点8卡全互连,目前已推出千卡集群建设方案,并可扩展至万卡规模。在软件效率方面,通过优先级、资源配额、弹性训练等多种手段来提升集群的调度效率,真正发挥硬件算力优势。此外,壁仞科技同样开发了异构聚合算力技术,支持壁仞GPU与英伟达A100 GPU协同训练,效率超过90%。

  如何解决郑纬民院士提出的“高故障率”“并行难”问题?在7月6日举行的“中兴通讯AI创新生态论坛”,丁云帆介绍,与中兴通讯合作开发大型计算集群的3D并行、弹性训练技术,能够自动进行故障迁移,灵活应对故障;创新的网络拓扑,也能够减少网络拥塞风险。

  对于AI芯片企业来说,在不断攻克技术难点的同时,需提前进行算力建设规划。7月4日,壁仞科技联合创始人兼COO张凌岚在圆桌会议表示,AI算力芯片的迭代周期通常为两年至三年,远远慢于应用侧的迭代速度。今年壁仞科技将重点发展两部分:一是进一步完善软件平台,让现有产品尽快适配全新的应用需求;二是在下一代产品中前瞻性地预见市场趋势带来的技术需求,并提前在设计中布局。

  摩尔线,宣布其AI旗舰产品夸娥(KUAE)智算集群解决方案升级,在GPU显存和传输带宽方面,夸娥万卡集群具备PB级显存总容量、每秒PB级超高速卡间互联总带宽和节点间互联总带宽,全面提升集群计算性能。

  摩尔线程称,希望能够建设一个规模超万卡、场景够通用、生态兼容好的加速计算平台,并优先解决大模型训练的难题。此外,该公司同时推出夸娥集群管理平台(KUAE Platform)以及夸娥大模型服务平台(KUAE ModelStudio),旨在以一体化交付的方式解决大规模GPU算力的建设和运营管理问题。

  燧原科技在WAIC现场展示了展示了智算中心落地案例和里程碑系列产品,还为与会者带来了基于燧原算力的AIGC交互体验站,展示其最新商业落地成果及规模化应用。

  在生成式人工智能(AIGC)应用方面,燧原科技现场展示编程助手、AI视频生成、3D生成等交互技术。由燧原和智谱AI合作的大模型编程助手一体机,基于云燧i20推理加速卡,能为软件开发企业提供代码生成、代码翻译、代码注释、代码补全、智能问答等多种服务。

  无问芯穹联合创始人兼CEO夏立雪,在7月4日WAIC现场发布了千卡规模异构芯片混训平台,称这一训练集群算力利用率最高达到了 97.6%。夏立雪宣布,无问芯穹 Infini-AI 云平台已集成大模型异构千卡混训能力,是全球首个可进行单任务千卡规模异构芯片混合训练的平台,具备万卡扩展性。

  无问芯穹同样展示其Infini-AI大模型开发与服务云平台,并表示7月起,通过试训申请的用户,已可在Infini-AI上一键发起700亿参数规模的大模型训练。

  天数智芯连续4年参加WAIC大会,该公司表示,联合合作伙伴推出的大模型推理16卡服务器,搭载16张自主研发的智铠100推理卡,性能和性价比达到国际一流水平。天数智芯宣布,与爱特云翔合作建设千卡GPU算力集群,可支持千亿以上参数大模型的全量预训练,支持客户进行微调、参数高效微调等服务,解决了大模型训练高端算力紧缺的瓶颈问题,从算力底层支持国产大模型创新发展。

  我国人工智能的发展,效率、生态是一大瓶颈。为齐心协力推动我国AI算力及应用建设,多家企业拿出了开放包容的态度,携手打造中国AI生态。

  壁仞科技联席CEO李新荣强调,人工智能是一个庞大的系统工程,人工智能产业形成的三大要素包括:数据、算力、算法。融合三大要素的AI生态集成、生态建设,需以软硬件整合的方式实现。

  壁仞科技丁云帆介绍,壁仞科技构建了开放的BIRENSUPA软件生态系统,携手合作伙伴和客户共同推进大模型产业生态的发展,为国产GPU在千卡集群规模上实现商用落地提供了有力支持。这一平台包含编译器、多种工具链,支持主流深度学习框架和自研推理加速引擎,并配备针对不同场景的应用SDK等,能够助力开发者实现软硬件协同,探索未来的无限可能。目前壁仞科技《BIRENSUPA编程模型白皮书》现已正式公开。

  在WAIC大会期间,壁仞科技对外宣布,搭载壁砺系列通用GPU算力产品的中国移动智算中心(呼和浩特),近日成功上线运营。据了解,中国移动智算中心(呼和浩特)属于全国型N节点万卡训练场,单体算力6.7EFLOPS(FP16)。采用万卡高速互联、软硬全链路监控等高新技术为AI业务保驾护航,同时通过液冷机柜、闭式冷却塔、智能小母线等绿色节能技术,实现设计PUE值平均为1.15。今年5月,壁仞科技正式获颁中国电信“云网基础设施安全国家工程研究中心云计算合作伙伴”;在WAIC大会期间,中国电信发布了四大AI联创基地,壁仞科技作为中国电信的算力合作伙伴参与其中,共同为人工智能大模型场景应用助力赋能。

  摩尔线程表示,万卡集群的建设需要产业界的齐心协力,为实现大模型创新应用的快速落地,让国产算力“为用而建”。发布会现场,摩尔线程携手中国移动通信集团青海有限公司、中国联通青海公司、北京德道信科集团、中国能源建设股份有限公司总承包公司、桂林华崛大数据科技有限公司(排名不分先后),分别就青海零碳产业园万卡集群项目、青海高原夸娥万卡集群项目、广西东盟万卡集群项目进行了战略签约。

  本届WAIC,燧原科技表示正在推进“燎原”生态合作计划,以全国算力一体化布局的智算中心算力网络为根基,在燧原自主技术体系的基础上,发展云服务、大模型、垂直模型(ISV)、AIDC集成部署运营运维等战略生态伙伴,打造从算力建设到应用的完整落地闭环。目前,燧原科技已在四川成都、湖北宜昌和甘肃庆阳展开了智算中心的建设及合作。其中,宜昌点军智算中心仅用1年时间完成了300P国产算力建设和交付,并实现了上线全消纳。

  无问芯穹在4个月前,宣布其Infini-AI大模型开发与服务云平台宣布首次公测,已有智谱AI、月之暗面、生数科技等大模型公司客户在Infini-AI上稳定使用异构算力,还有20余家AI Native应用创业公司在Infini-AI上持续调用各种预置模型API,使用无问芯穹提供的工具链开发自身业务模型。此举将打通异构新品生态,持续降低大模型应用落地成本。

  天数智芯表示,天数智芯通用GPU产品适配主流CPU芯片/服务器厂商,能够支持国内外主流AI生态和各种深度学习框架,通过标准化的软硬件生态接口为行业解决产品使用难、开发平台迁移成本大等痛点,大幅缩短适配验证周期,实现业务系统的无缝使用,可以灵活支持各种算法模型,便于客户自定义开发。

  集微网了解到,本届WAIC 2024,中国电信领衔承办主题论坛,聚焦中国电信智算及大模型能力规划;中国联通在“AI+赋能,智算未来”论坛上启动“上海联通新一代智算中心”,加快国产算力布局;中国移动举办以“AI赋能,创见未来”为主题的生态论坛,并正式启动五个“100”人工智能生态计划。

  其它厂商方面,在“2024昇腾人工智能产业高峰论坛”中,华为携手生态伙伴首发昇腾AI新品,展现AI算力领域的技术与商业合作新样本;中兴通讯展示端到端的全栈全场景开放解耦的智算解决方案,覆盖智算、通算、存储全场景组网;算能科技携算力处理器、RISC-V融合服务器智算集群、多样大模型体验区、云边端全场景智能生态产品等亮相展区;商汤科技带来国内训练大模型的先进基础设施,SenseCore商汤大装置总算力规模高达12000PFLOPS,可支撑超过20个千亿超大模型同时训练。

  随着AI大模型引发全球新一轮科技浪潮,我国算力产业在压力之下正在蓬勃发展,各项创新技术不断涌现。除了技术领域,目前我国同样注重AI产业安全与风险,已建立了一套涵盖产业应用、算法、算力、数据等方面的治理规则。

  壁仞科技张凌岚强调,壁仞科技对未来AI算力芯片的市场前景和技术落地充满信心。未来,随着国产AI算力芯片陆续落地,我国多产业的数字化转型有望进一步加深。李新荣表示,希望早日实现自主可控的国产供应链,同时搭建一个覆盖全产业的软件生态合作平台。壁仞科技不只是国产大模型训练的支持者,同时也希望能够积极支持并且利用自有的资源来推动产业协作。

  本届WAIC 2024大会,吸引来自50多个国家和地区的嘉宾、观众前来,汇聚1300位全球领军人物,9位图灵奖、菲尔兹奖、诺贝尔奖得主,以及88位国内外顶级院士,线万人次。

  如今万卡计算时代正逐步到来,AI基础设施提供的强大算力,正为生成式AI、大模型前沿创新提供充足的想象空间。本届WAIC 2024汇聚全球AI领域前沿技术与成果,促成产学研各界的深度对话。通过不断创新的架构和开源开放的生态系统,未来中国算力产业必将持续取得突破性进步,紧紧跟随世界前沿。从长远看,人工智能必将成为推动产业经济发展的关键,随着各类应用逐步落地,AI将深入赋能千行百业,成为我国创新与发展的得力助手。

  当前,半导体产业并购整合的条件正逐渐成熟,并购潮已经来临,上市公司及一级市场投资机构正积极助攻中国半导体产业的并购活动。作为“科创板八条”出台后的示范并购方案,纳芯微拟并购上海麦歌恩微电子股份有限公司(下称“麦歌恩”),仍在持续受到市场高度关注。

  7月1日,就并购后业务协同发展等相关事宜,纳芯微管理层在接受集微网记者采访时,予以解答。纳芯微传感器产品线总监赵佳表示,通过此次并购重组,将进一步丰富纳芯微在磁传感器方面的产品组合,夯实纳芯微的头部地位,同时,助力加强国产磁传感器的国际竞争地位。

  纳芯微与麦歌恩在产品、技术、市场及客户、消费市场等方面均具有业务协同基础。通过本次交易,在产品方面,有助于丰富纳芯微磁编码、磁开关等磁传感器的产品品类,与纳芯微现有的磁传感器产品形成互补,完善公司磁传感器的产品解决方案;在技术方面,纳芯微将利用麦歌恩在平面霍尔、垂直霍尔、磁阻效应等多种磁感应技术,积极整合双方的研发资源,增强公司整体的技术实力和产品竞争力;在市场及客户方面,纳芯微与麦歌恩可充分发挥各自的市场和客户优势,促进市场与客户协同,进一步提升纳芯微在磁传感器领域的市场覆盖度和占有率;在消费市场方面,麦歌恩产品主要面向智能家电,纳芯微客户群体更集中在手机、可穿戴设备领域,因此,在完成业务协同后,客户覆盖范围进一步拓宽,更好地打开消费类头部客户群体及应用。

  对于磁传感器行业未来的增量市场,赵佳认为,“磁传感器市场份额增量的最大贡献预计将来自汽车出行和工业领域,此外,还有来自医疗和消费领域的一定增量”。

  行业周知,磁传感器在汽车上的应用尤其普遍,例如包括汽车安全、汽车舒适性、汽车节能降耗等,磁传感器在汽车市场的应用在逐步增大,主要基于两方面原因:汽车电气化和智能化对汽车本身提出了更高的要求,促使单车的磁传感器用量在持续上升,根据第三方研报,磁传感器的单车价值量预计将从2023年的150元人民币提升到2029年的180元人民币;与此同时,新能源汽车上出现更多磁电流传感器的应用,这些应用也贡献了非常大的增长份额。此外,磁传感另一个比较大的潜在市场增量来源于机器人开发,传统上的工业机器人当前已经拥有不少磁传感器的应用,包括位置、角度、编码、电流等,而随着应用上更高的追求和创新需求,磁位置、磁电流、磁编码器的应用在人形机器人上会呈现指数级的爆发,额外带来非常大的增量市场。

  据第三方市场调研机构统计,2023年全球磁传感器价值超过30多亿美元,未来五年将进一步增长37亿美元。而磁传感器品类的全球市场格局,仍旧被国际头部厂商占据主导地位,并超过70%的市场份额。

  因此,无论是面对磁传感器的市场增量,还是提升自身国际竞争力来看,纳芯微收购麦歌恩都有望实现1+1>2的协同性发展。

  新能源整车市场竞争激烈,对汽车传感器的价格是不是也产生了非常大的影响?赵佳回应称,由于终端整车市场的竞争激烈带来了非常大的降本压力,并确实一步步地传导到了汽车零部件供应链,每一家厂商都面临了不同程度的价格下降压力。而面临这种大环境,纳芯微能做的就是提升自己的产品竞争力,更好地服务客户,争取在市场竞争中实现一些差异化的产品卖点。

  纳芯微强调,从并购麦歌恩的角度来讲,给双方公司带来了资源协同、方向聚焦的极大优势,可以从容地来应对整个汽车传感器的激烈竞争。并购完成后,纳芯微的研发团队就不需要在类似的产品方向上重复投入研发,进而提升了整个研发资源的聚焦程度,有利于纳芯微开发出更加有竞争力的产品。另一方面,纳芯微在车规产品领域整体出货量规模也会变大,在供应链上完成更多的协同,其中,包括公司在整个BOM和封装测试的成本上,可以去除一些不必要的重复投入,并产生更多的复用环节,帮助纳芯微产品构筑成本优势。

  最后,赵佳补充道,汽车传感器这个品类当前国产渗透率还比较有限,国产芯片公司还有很大增长空间。同时,传感器市场比较碎片化,客户分布于全球各个角落,目前只有少数国际巨头,才有能力在全球进行传感器市场营销,从而进入全球各地客户的选型列表中,将各种各样的传感器产品送到用户供应链里,因此海外的头部厂商在一些关键应用领域的市场占比比较高,并且保持较高的毛利率。纳芯微当前在车规级传感器芯片应用开发方面,与Tier 1客户在当前和未来的需求方面做了适配,并购后带来的资源聚焦和供应链降本,以及国内厂商在磁传感器渗透率缺口较大,这几个方面结合起来看,纳芯微在磁传感器市场上是大有可为的。

  在“出海”市场拓展方面,纳芯微表示,公司在海外拓展方面面临一些挑战,诸如服务支持的本土化方面,肯定没有在国内“主场作战”这么得心应手,有时需要国内团队联合本地团队一起远程支持客户需求,但任何事情都有一个开始起步的阶段,在开展完一些品牌和市场传播工作后,公司品牌的海外知名度提升非常明显。

  据公开资料显示,麦歌恩的主要营收都来自国内,纳芯微数年前就开始布局海外市场,坚定地进行全球化布局,截至目前,纳芯微在德国、日本、韩国、美国都建立了当地的销售和技术支持团队,2023年,纳芯微海外营收占比12.35%。

  近年来,纳芯微在并购上不断“迈步”。公司董事长、总经理王升杨此前在业绩说明会上表示,今年公司将继续通过对外投资布局,寻找优质并购标的,期待在行业下行的窗口期内,通过行业资源的有效整合,快速实现产品品类和市场方向的拓展。

  在标的选择方面,纳芯微主要的战略方向仍是聚焦在汽车、泛能源、消费领域,去做一些投资或者并购的布局。纳芯微战略投资中心总监张龙强调选择标的的标准,“在一些细分领域已经得到了市场的验证,并且确立了细分领域行业头部前三的地位,这样这种标的的后续业绩相对可预测,而且我们能更快地去把它的产品、市场地位承接过来,整合后发挥更大的价值”。

  此外,张龙呼吁,新能源汽车、工业这种高增长性的市场面临着更加激烈的竞争态势,给国内行业带来非常大的压力,大家应该更进一步地去思考整合、资源互补,避免内耗。

  未来,纳芯微仍会通过市场、技术、产品等手段去验证公司潜在收购标的的价值,在原有版图建立比较完善的基础之下,进入到一些新的细分领域,进而完成扩张。

  当地媒体5日报道,Nepes已决定出售其亏损严重的芯片封装部门。消息人士称,该公司已通知向Nepes Laweh提供贷款的私募股权基金,计划重组并出售该业务。

  他们表示,Nepes计划在Nepes Laweh留下少量的研究人员,然后将其出售。他们补充说,Nepes Laweh面板级(PLP)封装工厂已停止运营。

  投资者对Nepes Laweh的担忧始于去年年底,当时有传言称Nepes正准备关闭该业务。

  报道指出,2020年2月,Nepes Laweh从Nepes独立运营,然而该公司似乎未能克服生产PLP的困难,自成立以来一直处于亏损状态。

  4.北京大学电子学院张志勇课题组基于钙钛矿掺杂碳纳米管实现低功耗隧穿晶体管

  硅基互补型金属氧化物半导体(CMOS)技术已于2022年进入5纳米技术节点,晶体管特征尺寸接近物理极限,寻求新材料、新原理半导体集成电路技术成为学术界和产业界的关注焦点。碳纳米管(CNT)具有优异的电学性能、准一维晶格结构、高载流子迁移率等特点,是构建新型CMOS晶体管和集成电路的理想半导体沟道材料之一。与传统硅基半导体材料不同,碳纳米管由C-C sp2共价键组成,化学稳定性强,难以实现可控稳定掺杂,极大限制碳基器件电学调控自由度。

  近期,北京大学电子学院碳基电子学研究中心、纳米器件物理与化学教育部实验室张志勇教授、浙江大学金传洪教授、南京大学朱马光研究员(此前为北京大学电子学院博士后)课题组合作,利用碳纳米管气相/液相自组装填充技术,在碳纳米管内成功填充一维钙钛矿材料(CsPbBr3/CsSnI3),调控电学特性,并成功构建内掺杂碳纳米管CMOS晶体管。更重要的是,团队基于半填充钙钛矿-碳纳米管(CsPbBr3/CNT)同轴异质结,设计并首次展示了断隙(broken-gap)隧穿晶体管(TFET)。器件室温亚阈值摆幅约35mVdec-1,开关电流比大于105,展示了一维钙钛矿掺杂碳纳米管材料在构建高性能和超低功耗集成电路领域的应用前景。

  图3:超低功耗半填充掺杂CsPbBr3/CNT同轴异质结隧穿晶体管性能及其稳定性测试

  本工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等项目的支持,上述成果充分展示了碳纳米管材料在超低功耗领域的巨大优势,有望应用在高性能和超低功耗集成电路制备上。(北京大学)

  脑机接口技术的进步促进了脑与外部设备之间的实时通讯,目前,主流技术仍才有侵入式链接,其成本高、难度大同时对大脑带来巨大外源性创伤,发展非侵入式脑机接口一直是脑科学研究的重点。然而,非侵入性脑计算机接口技术方面进展甚微,其中核心瓶颈就包括生物电极的导电材料,发展高灵敏、柔性生物兼容的新型脑机接口电极材料对于整个领域都是至关重要的。

  针对上述问题,我们采用ITO前驱液溶胶作为导电性能的原料配方,退火研磨后与海藻酸盐混合在一起,制成了一种无细胞毒性的ITO水凝胶球形电极。电极显著且均一的导电性使其能够产生稳定的自适应变形,符合不同的头皮地形。通过电学测试,大多数电极阻抗值皆降至10 kΩ以下,表明与传统的导电膏相比,水凝胶电极具有较好的电学性能。随后脑电数据采集实验证实了其传导性和信号传输的可靠性。

  随后利用频带能量比分析和支持向量机算法对采集到的脑电信号进行情感识别。两个SVM算法的识别率分别达到83.5%和99.3%,所制备的ITO水凝胶电极对情感的识别结果为稳定的较高识别准确率。在采集脑电信号前后只需极少的准备工作。利用广泛的原材料和简单的制备方法增强了水凝胶电极的潜在医学应用,从而大大促进了脑电设备的进步和抑郁症相关病理的研究。

  6.北京大学集成电路学院集成电路高精尖创新中心共6篇论文入选ISPSD 2024

  近日,功率半导体器件领域的顶级会议IEEE International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD)在德国不来梅市举行。本届ISPSD共收到论文投稿338篇,录用141篇,其中口头报告录用42篇。北京大学集成电路学院/集成电路高精尖创新中心共6篇高水平论文入选(包含3篇口头报告),向国际功率器件与功率集成电路领域的同行展示了北京大学最新的研究成果。这六篇论文内容涉及GaN功率器件热电子效应抑制技术、高性能GaN p-FET器件技术、GaN功率器件动态电阻测试平台、高栅极电压摆幅GaN功率器件、GaN功率器件短路能力提升技术、增强型GaN功率器件动态阈值漂移与误开通现象。论文详情如下:

  目前,GaN功率器件在高压、大功率领域实现了优异的性能。然而,这会导致器件在工作过程中经历高功率应力,产生大量的热电子,这些热电子会轰击器件的表面和缓冲层,产生新的陷阱能级,从而引起器件的导通电阻退化。

  针对上述问题,魏进/王茂俊团队提出了具有有源钝化层和背部虚拟体技术。通过有源钝化层和背部虚拟,可以有效地屏蔽热电子引起的表面层陷阱和缓冲层陷阱,从而实现对热电子效应的抑制作用。该工作以Suppression of Hot-Electron-Induced Dynamic RON Degradation in p-GaN Gate HEMT Using Active Passivation and Virtual Body为题,以口头报告形式展示,文章的第一作者是北京大学集成电路学院博士研究生杨俊杰,通讯作者是魏进研究员。

  目前,GaN功率器件已经发展的较为成熟。为了充分发挥GaN的全部潜力,高效能的GaN互补逻辑电路的发展势在必行。然而,由于p型沟道层内受主电离率较低,增强型GaN p-FET具有较低的电流密度。这一问题严重限制了GaN互补逻辑电路的发展。

  动态导通电阻退化是GaN功率器件的一个显著特征。GaN器件经历关态耐高压及开关切换后会出现导通电阻增大现象,这会影响器件的动态稳定性及可靠性。目前,动态电阻测试平台功能较为单一,难以对GaN器件动态电阻性能进行全面评估。

  GaN 功率器件由于其本身的材料特性的优势,在功率电子领域展现出巨大的潜力,正成为下一代功率半导体技术的领先选择。但是GaN功率器件存在阈值电压不稳定的问题,降低了其在实际电路应用中的可靠性。

  由于具有出色的高频工作性能,氮化镓功率器件在消费类电子产品中已经得到了广泛的应用。电机驱动等工业级应用领域对功率器件的短路能力有很高的要求。但是,GaN功率器件的短路可靠性较差,这限制了其在工业级高功率领域的大规模应用。

  针对上述问题,魏进/王茂俊团队提出了具有肖特基延伸金属的新型p-GaN栅极HEMT。在器件中紧邻源极的区域引入一个肖特基延伸区,所提出的新型器件具有更低的饱和电流密度,大幅度提高了器件的短路能力。该工作以Design and Development of p-GaN Gate HEMT with Schottky Source Extension for Improved Short Circuit Reliability为题,发表于今年ISPSD,文章的第一作者是北京大学集成电路学院博士研究生余晶晶,通讯作者是魏进研究员。

  p-GaN栅极GaN功率器件是目前商业化的主要器件,然而该器件还存在动态阈值电压漂移、栅极驱动摆幅小以及动态电阻退化等问题,限制其进一步发展。

  针对上述问题,魏进/王茂俊团队提出了一种带有背部虚拟体和p-GaN电势稳定器的MIP-HEMT技术,MIP栅极可以承受额外的栅极偏压,将器件的栅极电压摆幅提高至20.4V;背部虚拟体可以有效地屏蔽缓冲层陷阱,从而实现低的动态导通电阻;p-GaN电势稳定器可以快速地消除p-GaN中存储的电荷,从而实现稳定的阈值电压。该工作以Metal/Insulator/p-GaN Gate Virtual-Body HEMT for Large Gate Swing and Effective hole Injection为题,发表于今年ISPSD,文章的第一作者是北京大学集成电路学院博士研究生杨俊杰,通讯作者是魏进研究员和王茂俊副教授。

  7.中国科学院微电子所在IGZO DRAM后道集成的三维存储研究领域上取得进展

  人工智能的飞速发展对计算和存储等硬件资源提出了巨大需求,迫切需要提升存储器层级访问的性能与效率。当前,主流计算硬件的存储系统由片上静态随机访问存储器(SRAM)以及片下随机动态存储器(DRAM)构成,它们之间通过有限的总线来进行数据传递,导致带宽有限、功耗与延迟较大等问题,逐渐成为大数据、高算力等人工智能应用的瓶颈。此外,传统硅基六晶体管型(6-T)SRAM单元因其较大的特征尺寸和待机漏电问题,在密度和能耗方面存在诸多限制。同时,传统的硅基DRAM单元也面临着数据保持时间较短、无法通过后道集成提升存储密度等问题,这些问题从根本上限制了SRAM-DRAM存储系统的功耗与密度。

  针对上述问题,微电子所集成电路制造技术重点实验室刘明院士/李泠研究员团队通过多层堆叠IGZO薄膜晶体管(TFT)与硅基电路后道集成,提出了一种新型IGZO/Si SRAM和IGZO 2T0C DRAM的三维存储结构,成功实现了高密度、低能耗和高速数据传输等特性。在该结构中,通过在前道硅基闩锁结构上后道集成IGZO传输门,有效地减少了SRAM的占用空间和待机功耗。此外,基于垂直堆叠三层间互连结构,实现了SRAM-DRAM数据传输的最低延迟(10ns)和最低能耗(2.26fJ)。同时,IGZO 2T0C DRAM的高数据保持特性使SRAM能够在长时间断电(5000s)后不丢失数据以降低待机功耗。

  图1 采用三层堆叠的三维集成M3D-SRAM-DRAM结构和对应的电路以及TEM电镜图

  APCOT(The Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology)会议是亚太地区关于先进传感器、执行器和微纳米技术的国际学术会议,会议两年一届,参会人员包括亚太地区以及全世界的研究者。本届APCOT2024学术会议为第11届,会议地点为新加坡,承办方为新加坡国立大学。会议收录稿件近200篇,评选出优秀论文奖6篇,其中一等奖1篇,二等奖2篇,三等奖3篇。东南大学电子学院微固系2022级博士生张尚洋同学荣获会议最佳论文一等奖。

  该研究工作在其导师电子学院王立峰老师以及集成电路学院黄庆安老师的指导下完成。该研究得到了国家重点研发计划(2022YFB3203600)和国家自然基金(62074032)的资助。

  此项研究工作在国际会议上获得的学术认可,体现了东南大学在MEMS人才培养方面达到了国际化水准。东南大学电子学院将继续致力于培养高水平的学术人才,为推动中国半导体领域的发展做出贡献。(东大电子)

  9.西安电子科技大学广研院第三代半导体创新中心攻克1200V以上增强型氮化镓电力电子芯片量产技术

  近期,西安电子科技大学广州研究院第三代半导体创新中心郝跃院士、张进成教授课题组李祥东团队在蓝宝石基增强型e-GaN电力电子芯片量产技术研发方面取得突破性进展。

  研发成果8英寸GaN电力电子芯片以Report of GaN HEMTs on 8-in Sapphire为题发表在高水平行业期刊IEEE Transactions on Electron Devices上,并被国际著名半导体行业杂志Semiconductor Today专题报道()。该研究在国际上首次证明了8英寸蓝宝石基GaNHEMTs晶圆量产的可行性,并打破了传统GaN技术难以同时兼顾大尺寸、高耐压、低成本的国际难题,将有望推动≥1200 V中高压氮化镓电力电子技术实现变革。

  据悉,团队成员受邀分别在2024年第26届集成电路制造年会暨供应链创新发展大会(CICD)、2024武汉九峰山论坛暨化合物半导体产业博览会上作大会报告和特邀报告,展示了相关研究成果,得到了与会同行的高度关注。(西安电子科技大学)

  存内计算(CIM)芯片相比传统冯诺依曼架构芯片在宏单元层级实现了高能效,但系统层级的复杂周边电路使得系统能效仍然受限,系统/宏单元能效比通常低40%,使其在面向神经网络和推荐系统应用领域仍然存在一些挑战。此外,对存储主导(例如推荐系统的嵌入层)的操作,需要大量的片外访问,由于嵌入表不能被完全存储到片上,即使采用内容可寻址存储器(CAM),仍会导致大量的片外访问和较高的片上CAM搜索功耗。

  针对上述挑战,微电子所集成电路制造技术重点实验室刘明院士团队提出了一种具有Z型脉动阵列CIM 主干(backbone)和分块/分行自行关断(block/self-gating)CAM的存内计算处理器。本工作针对不同的卷积和矩阵向量乘法(MVM)操作,提出了一种可重构Z型存储访问结构和一种存内计算脉动阵列来提升系统/宏单元能效比。团队还提出了一种基于数据分布特性的分块/分行自行关断的CAM宏单元以减小片外访问和片上搜索功耗。该工作在28nm CMOS工艺下成功流片,对神经网络和推荐系统应用分别实现了37.9-81.5TOPS/W和12.3-56.1nJ/request的系统能效。

  南方科技大学深港微电子学院陈凯教授课题组在低温CMOS器件阈值电压建模领域获得重要研究成果完美电竞

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