DQZHAN技術(shù)訊：大數(shù)據(jù)時代的半導(dǎo)體技術(shù)
鄭有炓：尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)，各位來賓，女士們，先生們，早晨好!很榮幸應(yīng)邀在今天的論壇上作一個研究報告，我報告的題目是“大數(shù)據(jù)時代的半導(dǎo)體技術(shù)”。大家知道近些年來信息技術(shù)日新月異的發(fā)展，信息的智能化、網(wǎng)絡(luò)化的高度發(fā)展，特別是移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，實現(xiàn)了人、機、物三元世界的高度融合。例如2011年全球被復(fù)制和創(chuàng)建的數(shù)據(jù)量為1.8ZB，遠超過人類有史以來所有印刷材料的數(shù)據(jù)總量。如果把1.8ZB的數(shù)據(jù)量刻錄存在普通DVD光盤里，光盤疊加起來的高度將等同于從地球到月球的一個半來回，也就是大約720000英里。
我們知道大概10年以前我們認為信息可能會進入KB，可想而知現(xiàn)在的信息發(fā)展技術(shù)多快。這些數(shù)據(jù)不是資料，是一種戰(zhàn)略性的資源。利用數(shù)據(jù)的資源發(fā)覺知識，提升效益，促進**，使其為國家治理、科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)和企業(yè)決策乃至個人生活服務(wù)。大數(shù)據(jù)帶來信息風(fēng)暴正在變革我們的生活、工作和思維，大數(shù)據(jù)開始了一次重大時代的轉(zhuǎn)型。所以說大數(shù)據(jù)是新一代信息技術(shù)的集中反映，也是新一代信息技術(shù)的主要特征。
大數(shù)據(jù)作為新一代信息技術(shù)，特別是作為信息技術(shù)的半導(dǎo)體技術(shù)，帶來了良好的歷史發(fā)展機遇，也使半導(dǎo)體技術(shù)帶來嚴峻的挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)新一代信息技術(shù)必須應(yīng)對節(jié)能降耗綠色發(fā)展。順應(yīng)全球節(jié)能減排的時代需求，各行各業(yè)都要節(jié)能減排。信息技術(shù)本身可持續(xù)發(fā)展必須要節(jié)能降耗，這是符合信息科學(xué)本身的科學(xué)需求。
2007年英國統(tǒng)計電腦等效排放的二氧化碳對氣候的影響不亞于飛機。全世界電腦正常運行，每天向大氣排放的廢氣大概是3500萬噸。相當于100萬架次進出英國的航班所帶來的廢氣排放量，信息技術(shù)節(jié)能減排是非常重要的。大數(shù)據(jù)信息技術(shù)的三大技術(shù)設(shè)施;數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、無線網(wǎng)絡(luò)基站、移動終端平臺。現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，從硬件來說主要是這三個基礎(chǔ)設(shè)施。現(xiàn)在可以說好多IT企業(yè)都圍繞這三個方面運轉(zhuǎn)，所以說這三個基礎(chǔ)設(shè)施的節(jié)能減排是非常關(guān)鍵的。
數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器是目前信息時代的基礎(chǔ)設(shè)施，據(jù)統(tǒng)計1分鐘微博上發(fā)生的數(shù)據(jù)量大于10萬，F(xiàn)acebook瀏覽量一分鐘超過600萬，世界上每分鐘產(chǎn)生1700TB的信息量。數(shù)據(jù)中心不是創(chuàng)造倉庫的資料，它是需要運轉(zhuǎn)的，它需要很大的供電量。2008年Google服務(wù)器系統(tǒng)耗電量接近1000兆瓦，2008年中國移動等三大運營商耗電量為231億度電。
數(shù)據(jù)中心耗電*大的是電源轉(zhuǎn)換，就是AC—BD電力轉(zhuǎn)換。幕前的轉(zhuǎn)換效率一般在60—65%，以外的能耗就轉(zhuǎn)換為熱量撒法出來，這些多余熱量必須靠制冷設(shè)備散熱。制冷設(shè)備的能耗占到了總能耗的45%，IT核心設(shè)備占30%能耗，系統(tǒng)配電占24%，服務(wù)器的耗電量是非常大的。怎么樣降低數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的能耗，是數(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵問題。隨著數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)增加，將來就會導(dǎo)致買得起硬件，用不起電。
隨著大數(shù)據(jù)在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心的需求勻速增加，因而數(shù)據(jù)中心的電力消耗已經(jīng)占到全球?qū)幵鸽娏ο牡?%，預(yù)計電力消耗將會翻倍增長。數(shù)據(jù)中心對電力的巨大需求已經(jīng)成為制約大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展的瓶頸，也就是說降低凝好是大數(shù)據(jù)技術(shù)可持續(xù)發(fā)展面臨的*嚴峻的挑戰(zhàn)。
半個多世紀以來，支撐電力系統(tǒng)發(fā)展的硅功率電子技術(shù)面臨硅的“材料極限”已經(jīng)難于滿足類似數(shù)據(jù)中心服務(wù)器這類巨大能耗基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能降耗的需求。第三代半導(dǎo)體材料是一種開關(guān)損耗小，耐高溫工作能力強的新一代電子電子器件，是對傳統(tǒng)電力電子技術(shù)的**。與傳統(tǒng)的硅器件相比，采用第三代半導(dǎo)體材料SIC、GaN無，器件能耗有望降低50%，又可工作在高極限環(huán)境溫度。因此，可大大節(jié)省基礎(chǔ)設(shè)備的冷卻費用，并見效設(shè)備體積和大小。SiC、GaN器件開關(guān)時間高于Si—IGBT的2—3倍，將使無源元件電容電感減小，提高頻率又可見效變壓器的體積和重量，使設(shè)備體積和重量減小。
移動互聯(lián)網(wǎng)基站是無線通信的基礎(chǔ)設(shè)施，基站的功率放大是無線通信系統(tǒng)中*耗電的器件。它消耗系統(tǒng)近80%的電功率，只有10%用于有信號的發(fā)射。基站的能量消耗的非常大，消耗大了就會發(fā)熱，就需要冷卻。隨著目前無限通訊的頻率升高，從2G馬上要向4G闊步，4G的覆蓋率范圍只有2G的1/16，所以說必須要提高功耗。如果說要提高4G的功耗就要耗電，無限信息技術(shù)迅速發(fā)展導(dǎo)致能耗的迅速攀升和電磁輻射日益增加構(gòu)成了困擾無限信息技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)。Si—LDMOS工作電壓只有28V，無限基站電子系統(tǒng)一般要求工作電壓為48V，為此必須靠多級轉(zhuǎn)換電路來提升功率電壓。
GaN射頻功率器件則可工作在50V，省去轉(zhuǎn)換電路造成的功耗損失，所以說GaN器件取代Si—LDMOS器件用于基站的功率放大器，效率可提高2—4倍。因此，在基站不變情況下，可提供更高傳輸速率，而且不需要強風(fēng)冷，可安裝在室外。智能移動終端是這幾年來發(fā)展*快的，而且占據(jù)市場*大的產(chǎn)業(yè)。平板顯示是人機聯(lián)系和信息展示的窗口，沒有顯示技術(shù)就沒有現(xiàn)代信息技術(shù)，因為你的信息不能表述出來。所以移動終端的信息顯示顯得非常重要，目前移動終端顯示主要是靠液晶顯示。智能手機和平板電腦在信息的移動終端不是通電話，不是發(fā)短信，而是一個信息處理的平臺。幾乎所有的信息功能都可以通過互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)移到這個平臺上完成。所以說將來可以無處不在的處理辦公事務(wù)，可以移動處理。這種狀況就需要超高的功耗，和顯影功能。近年來興起的IGZO寬帶隙半導(dǎo)體材料作為TFT驅(qū)動，功耗大大降低。目前的iPad、iPhone等智能移動終端平均工作負載下載系統(tǒng)(CPU+硬盤等)的能耗和顯示的能耗比例越為1：1，使用IGZO，個人電腦將節(jié)能25%，這對于iPad等靠電池工作的終端就很重要。

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