DQZHAN技術訊：大數(shù)據(jù)時代的半導體技術
鄭有炓：尊敬的各位領導，各位來賓，女士們，先生們，早晨好!很榮幸應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)時代的半導體技術”。大家知道近些年來信息技術日新月異的發(fā)展，信息的智能化、網(wǎng)絡化的高度發(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、科學研究、技術開發(fā)和企業(yè)決策乃至個人生活服務。大數(shù)據(jù)帶來信息風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型。所以說大數(shù)據(jù)是新一代信息技術的集中反映，也是新一代信息技術的主要特征。
大數(shù)據(jù)作為新一代信息技術，特別是作為信息技術的半導體技術，帶來了良好的歷史發(fā)展機遇，也使半導體技術帶來嚴峻的挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)新一代信息技術必須應對節(jié)能降耗綠色發(fā)展。順應全球節(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，這是符合信息科學本身的科學需求。
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，信息技術節(jié)能減排是非常重要的。大數(shù)據(jù)信息技術的三大技術設施;數(shù)據(jù)中心服務器、無線網(wǎng)絡基站、移動終端平臺?，F(xiàn)代信息技術的發(fā)展，從硬件來說主要是這三個基礎設施?，F(xiàn)在可以說好多IT企業(yè)都圍繞這三個方面運轉，所以說這三個基礎設施的節(jié)能減排是非常關鍵的。
數(shù)據(jù)中心的服務器是目前信息時代的基礎設施，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，它是需要運轉的，它需要很大的供電量。2008年Google服務器系統(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*大的是電源轉換，就是AC—BD電力轉換。幕前的轉換效率一般在60—65%，以外的能耗就轉換為熱量撒法出來，這些多余熱量必須靠制冷設備散熱。制冷設備的能耗占到了總能耗的45%，IT核心設備占30%能耗，系統(tǒng)配電占24%，服務器的耗電量是非常大的。怎么樣降低數(shù)據(jù)中心服務器的能耗，是數(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展的一個關鍵問題。隨著數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)增加，將來就會導致買得起硬件，用不起電。
隨著大數(shù)據(jù)在各個領域的廣泛應用，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)占到全球寧愿電力消耗的8%，預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)技術發(fā)展的瓶頸，也就是說降低凝好是大數(shù)據(jù)技術可持續(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)中心服務器這類巨大能耗基礎設施節(jié)能降耗的需求。第三代半導體材料是一種開關損耗小，耐高溫工作能力強的新一代電子電子器件，是對傳統(tǒng)電力電子技術的**。與傳統(tǒng)的硅器件相比，采用第三代半導體材料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)省基礎設備的冷卻費用，并見效設備體積和大小。SiC、GaN器件開關時間高于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設施，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，無限信息技術迅速發(fā)展導致能耗的迅速攀升和電磁輻射日益增加構成了困擾無限信息技術可持續(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，沒有顯示技術就沒有現(xiàn)代信息技術，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，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寬帶隙半導體材料作為TFT驅動，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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