घरेलू आरएफ ईडीए सॉफ्टवेयर में अभूतपूर्व प्रगति! चीनी विज्ञान अकादमी के शिक्षाविद माओ जुनफा ने सेमीकंडक्टर हेटरोजेनियस इंटीग्रेटेड सर्किट की दिशा और प्रगति के मार्ग के बारे में बात की।

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2022-03-17 286

9 जून को, 2021 विश्व सेमीकंडक्टर सम्मेलन और नानजिंग अंतर्राष्ट्रीय सेमीकंडक्टर एक्सपो में, चीनी विज्ञान अकादमी के शिक्षाविद, पार्टी समिति की स्थायी समिति के सदस्य और शंघाई जियाओ टोंग विश्वविद्यालय के उपाध्यक्ष माओ जुनफा ने कहा कि एकीकृत सर्किट एक राष्ट्रीय रणनीतिक मांग वाला उद्योग है। 2020 में, चीन ने 350 अरब अमेरिकी डॉलर मूल्य के एकीकृत सर्किट आयात किए (उसी वर्ष में 176 अरब अमेरिकी डॉलर के तेल आयात के बराबर)। मेरे देश के उच्च-स्तरीय चिप्स मूल रूप से आयात पर निर्भर हैं।

चित्र: माओ जुनफा, चीनी विज्ञान अकादमी के शिक्षाविद, पार्टी समिति की स्थायी समिति के सदस्य और शंघाई जियाओ टोंग विश्वविद्यालय के उपाध्यक्ष।

उन्होंने चीन के एकीकृत परिपथों के पिछड़ने के तीन विशेष कारण बताए: 1. ईडीए (इंजीनियरिंग, डेवलपमेंट और डायवर्जन) पिछड़ रहा है। इस स्तर पर कई शोध एल्गोरिदम मौजूद हैं, लेकिन वे बहुत बिखरे हुए हैं, जिनमें नियोजन, एकीकरण और निर्माण क्षमता का अभाव है। बड़े पैमाने पर सॉफ्टवेयर इंजीनियरिंग क्षमताएं कमजोर हैं और अनुभव का स्तर कम है, और उपयोगकर्ता घरेलू सॉफ्टवेयर उपकरणों का उपयोग करने के इच्छुक हैं; 2. उपकरण पिछड़ रहे हैं, जिसका मुख्य कारण समग्र क्षमताएं और बाजार का माहौल जैसे कारक हैं; 3. उपकरण और परिपथ पिछड़ रहे हैं, और प्रदर्शन सामग्री पिछड़ रही है; तथा प्रक्रिया की सटीकता और स्थिरता अपर्याप्त है।

अब, भले ही आपके पास पैसा हो, आप इंटीग्रेटेड सर्किट नहीं खरीद सकते। मई 2020 में, अमेरिकी वाणिज्य विभाग ने अमेरिकी तकनीक से निर्मित सेमीकंडक्टर उत्पादों की हुआवेई द्वारा खरीद पर व्यापक प्रतिबंधों की घोषणा की; अप्रैल 2021 में, अमेरिकी सांसदों ने 14nm से नीचे की सभी चीनी चिप कंपनियों के लिए निर्यात नियंत्रण का प्रस्ताव रखा।

वर्तमान में, चिप्स के विकास के दो मुख्य मार्ग हैं: एक है मूर के नियम का अनुसरण करना; दूसरा है मूर के नियम से हटकर एक नया मार्ग अपनाना। मूर का नियम सर्वविदित है। अब हम कई चुनौतियों का सामना कर रहे हैं, जिनमें भौतिक सीमाओं की चुनौतियाँ, तकनीकी साधनों की चुनौतियाँ और आर्थिक लागतों की चुनौतियाँ शामिल हैं। केवल आर्थिक गणना करना ही बहुत बड़ा काम है। मूर के नियम को दरकिनार करने के कई तरीके हैं। शिक्षाविद माओ जुनफा का मानना है कि इनमें से एक तरीका विषम एकीकृत परिपथ (हेटेरोजेनियस इंटीग्रेटेड सर्किट) है।

सेमीकंडक्टर हेटरोजेनियस इंटीग्रेटेड सर्किट, चीनी चिप्स के लिए कुछ क्षेत्रों में बढ़त हासिल करने के संभावित रास्तों में से एक हो सकता है।

शिक्षाविद माओ जुनफा ने कहा कि सेमीकंडक्टर हेटरोजेनियस इंटीग्रेटेड सर्किट विभिन्न प्रोसेस नोड्स पर उच्च-प्रदर्शन वाले कंपाउंड सेमीकंडक्टर उपकरणों या चिप्स और सिलिकॉन-आधारित कम लागत वाले अत्यधिक एकीकृत उपकरणों (ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों या चिप्स सहित) को चिप्स में एकीकृत करके और उन्हें हेटरोजेनियस बॉन्डिंग संश्लेषण या बाह्य विकास के माध्यम से निष्क्रिय घटकों या एंटेना के साथ एकीकृत करके प्राप्त किए जाते हैं। शिक्षाविद माओ ने बताया कि हेटरोजेनियस इंटीग्रेटेड सर्किट में कई उत्कृष्ट विशेषताएं हैं: पहली, वे विभिन्न सेमीकंडक्टर सामग्रियों, प्रक्रियाओं, संरचनाओं और घटकों या चिप्स के लाभों को एकीकृत कर सकते हैं; दूसरी, वे सिस्टम डिजाइन अवधारणाओं को अपनाते हैं; तीसरी, वे आईपी और छोटे चिप्स जैसी उन्नत तकनीकों का उपयोग करते हैं; उनमें 2.5डी या 3डी उच्च-घनत्व संरचनाएं होती हैं। हेटरोजेनियस इंटीग्रेटेड सर्किट के स्पष्ट लाभ हैं: पहली, वे शक्तिशाली जटिल कार्यों, उत्कृष्ट व्यापक प्रदर्शन को प्राप्त कर सकते हैं और एकल सेमीकंडक्टर प्रक्रिया की प्रदर्शन सीमाओं को पार कर सकते हैं; दूसरी, उनमें अत्यधिक लचीलापन, उच्च विश्वसनीयता और कम अनुसंधान और विकास चक्र होते हैं; तीसरी, त्रि-आयामी एकीकरण लघुकरण और हल्के वजन को प्राप्त कर सकता है। सेमीकंडक्टर उपकरणों की आवश्यकताएं अपेक्षाकृत कम हैं और ईयूवी लिथोग्राफी मशीनों द्वारा सीमित नहीं हैं।

उन्होंने विशेष रूप से मिलीमीटर तरंग विषम एकीकृत परिपथों का परिचय दिया। "मिलीमीटर तरंग 30G से 300G तक की आवृत्ति बैंड है। इसकी बैंडविड्थ व्यापक है और उपकरण लघु आकार के होते हैं, इसलिए यह विश्व में अर्धचालक विषम एकीकृत परिपथों के विकास की एक प्रमुख दिशा भी है। तीन प्रमुख बाजार खिलाड़ियों के लिए विषम एकीकृत परिपथों की मांग अधिक जरूरी होने के तीन विशेष कारण हैं: पहला, 5G और 6G से लेकर एयरोस्पेस नेविगेशन, मानवरहित वाहन संचालन और बुद्धिमत्ता तक, कई जरूरतों को पूरा करने के लिए मिलीमीटर तरंग प्रौद्योगिकी की आवश्यकता है; दूसरा, मिलीमीटर तरंग प्रणालियों में डिजिटल परिपथ, एनालॉग परिपथ और रेडियो आवृत्ति माइक्रोवेव परिपथ शामिल हैं, इसलिए विषम एकीकरण अधिक जरूरी है; तीसरा, मिलीमीटर तरंग विषमता से जुड़ी चुनौतियां और समस्याएं अधिक गंभीर और जटिल हैं। उच्च आवृत्ति और वितरित मापदंडों के कारण, यह "सड़क" से क्षेत्र में विकसित हो रहा है; मॉड्यूल के बीच की दूरी केवल माइक्रोसेकंड है और युग्मन मजबूत है, जिससे डिजाइन प्रक्रिया अधिक जटिल हो जाती है।

शिक्षाविद माओ जुनफा ने बताया कि अर्धचालक विषम एकीकृत परिपथों के अध्ययन का वैज्ञानिक महत्व बहुत अधिक है। एकीकृत परिपथों के माध्यम से, हम वर्तमान एकल समरूप प्रक्रिया से बहुविषम प्रक्रियाओं के एकीकरण की ओर, वर्तमान द्वि-आयामी समतल एकीकरण से त्रि-आयामी एकीकरण की ओर, और शीर्ष-नीचे से नीचे-ऊपर की ओर विकास कर सकते हैं, जिससे उच्च-प्रदर्शन वाली जटिल प्रणालियों को साकार किया जा सकता है। इसका महत्व प्रथम तो इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली एकीकरण प्रौद्योगिकी के विकास का एक नया मार्ग प्रशस्त करता है; द्वितीय, यह मूर-पश्चात युग में एकीकृत परिपथों के विकास की एक नई दिशा प्रदान करता है; और अंत में, यह हमारे देश के अर्धचालक एकीकृत परिपथों के लिए विकास की दिशा बदलने और आगे बढ़ने का एक नया अवसर भी है।

संयुक्त राज्य अमेरिका को उम्मीद है कि विषम एकीकृत परिपथों के माध्यम से, यह विद्युत प्रणाली के प्रदर्शन में 10 गुना सुधार कर सकता है, पता लगाने की क्षमता और गति को 100 गुना बढ़ा सकता है, और आकार, वजन और बिजली की खपत को वर्तमान स्तर के 1/100 तक कम कर सकता है।

घरेलू आरएफ ईडीए सॉफ्टवेयर में अभूतपूर्व प्रगति से महत्वपूर्ण परिणाम प्राप्त हुए हैं।

डिजाइन आरएफ उद्योग श्रृंखला का मूल है, और आरएफ इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन (ईडीए) सॉफ्टवेयर आरएफ सर्किट डिजाइन को सक्षम बनाता है और आरएफ उद्योग का एक महत्वपूर्ण आधारशिला है। इस सम्मेलन में, शिक्षाविद माओ जुनफा ने कहा कि चीन की स्वतंत्र रूप से नियंत्रणीय आरएफ सर्किट ईडीए सॉफ्टवेयर की तत्काल आवश्यकता को देखते हुए, चीनी विज्ञान अकादमी के शिक्षाविद और शंघाई जियाओ टोंग विश्वविद्यालय के उपाध्यक्ष माओ जुनफा और प्रोफेसर वू लिनशेंग की शोध टीम द्वारा स्वतंत्र रूप से विकसित आरएफ ईडीए सिमुलेशन सॉफ्टवेयर का एक संपूर्ण सेट विकसित किया गया और बाजार में उतारा गया, जिसने चीनी विश्वविद्यालयों में विज्ञान और प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में शीर्ष दस स्वर्ण पदक जीते। 2020 में, माओ जुनफा की शोध टीम ने एक और राष्ट्रीय 6जी रेडियो फ्रीक्वेंसी फ्रंट-एंड परियोजना जीती।

शिक्षाविद माओ जुनफा ने बताया कि उनकी टीम और प्रोफेसर वू लिनशेंग की शोध टीम ने शिन्हे सेमीकंडक्टर टेक्नोलॉजी (शंघाई) कंपनी लिमिटेड के सहयोग से और राष्ट्रीय 973 परियोजना, राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन, राष्ट्रीय प्रमुख परियोजना, शंघाई विज्ञान और प्रौद्योगिकी आयोग वैज्ञानिक अनुसंधान योजना परियोजना आदि के समर्थन से कुशल विद्युत चुम्बकीय और बहु-भौतिकी सिमुलेशन मॉडलिंग एल्गोरिदम प्रस्तावित किए और उपकरणों के बहु-भौतिकी और बहु-कार्यात्मक स्वचालित सहयोगात्मक डिजाइन को साकार करने के लिए स्वतंत्र रूप से सिमुलेशन सॉफ्टवेयर विकसित किया। उपरोक्त परिणामों के आधार पर, हमने एकीकृत निष्क्रिय उपकरणों के लिए एक बौद्धिक संपदा (आईपी) लाइब्रेरी संयुक्त रूप से स्थापित की और विभिन्न प्रकार के उत्पाद विकसित किए। इनका मोबाइल संचार, उपग्रह संचार और एकीकृत सर्किट जैसे कई क्षेत्रों में प्रचार और अनुप्रयोग किया गया है, और रेडियो फ्रीक्वेंसी ईडीए सॉफ्टवेयर के क्षेत्र में चीन द्वारा अंतरराष्ट्रीय अवरोध को तोड़ने में महत्वपूर्ण योगदान दिया है।

शिक्षाविद माओ के अनुसार, उन्होंने शिन्हे सेमीकंडक्टर टेक्नोलॉजी (शंघाई) कंपनी लिमिटेड के साथ सहयोग किया है और कुल 48 घरेलू आरएफ ईडीए वाणिज्यिक सॉफ्टवेयर टूल और 500 उच्च-सटीकता वाले पीडीके मॉडल जारी किए हैं। इसके अलावा, एसएमआईसी की प्रक्रिया के अनुकूल उनकी एकीकृत निष्क्रिय उपकरण आईपी लाइब्रेरी का 350 करोड़ प्रतियां बड़े पैमाने पर उत्पादित की जा चुकी हैं, जिससे निष्क्रिय आरएफ एकीकृत सर्किट ईडीए टूल का स्वतंत्र नियंत्रण लगभग संभव हो गया है। अब, संयुक्त रूप से विकसित घरेलू आरएफ ईडीए वाणिज्यिक सॉफ्टवेयर की यह श्रृंखला सेमीकंडक्टर, एयरोस्पेस, रडार, संचार, ऑटोमोटिव और अन्य उद्योगों के 200 ग्राहकों द्वारा उपयोग की जा रही है। सिस्टम उपयोगकर्ताओं में जेडटीई, हुआवेई, लेनोवो, फॉक्सकॉन, हुआलान, चाइना इलेक्ट्रॉनिक्स, एवीआईसी और कई अन्य कंपनियां शामिल हैं, और इसे सिस्को, इंटेल, आईबीएम, एप्पल आदि जैसी अंतरराष्ट्रीय स्तर पर प्रसिद्ध कंपनियों को निर्यात किया गया है।

शिक्षाविद माओ जुनफा ने 4डी जेस्चर रिकग्निशन रडार, मिलीमीटर-वेव रडार माइक्रोफोन, बायोलॉजिकल मिलीमीटर-वेव रडार, वाई-बैंड हेटरोजेनियस इंटीग्रेटेड ऑन-चिप रडार और मल्टी-लेयर बीसीबी तकनीक पर आधारित सिंगल/डबल पासबैंड फिल्टर में हुई नवीनतम प्रगति के बारे में भी जानकारी साझा की।

उन्होंने अंत में कहा कि अगले पांच वर्षों में अनुसंधान लक्ष्य मुख्य प्रौद्योगिकियों पर केंद्रित हैं, जिनमें ईडीए तकनीक और सॉफ्टवेयर शामिल हैं, जिनमें मॉडल रिवर्स निर्माण और बहु-प्रदर्शन बहु-कार्य सहयोग तकनीक शामिल हैं। यह सॉफ्टवेयर 3-परत और 6-चिप वाले विषम एकीकृत परिपथों का विश्लेषण और डिजाइन कर सकता है, जिनका सत्यापन 325GHz तक किया जा सकता है। इन प्रौद्योगिकियों में हुई प्रगति भविष्य में प्रमुख राष्ट्रीय अवसंरचनाओं और मोबाइल संचार, इंटरनेट ऑफ थिंग्स और रडार डिटेक्शन जैसे महत्वपूर्ण उपकरणों के विकास के लिए स्वतंत्र मुख्य तकनीकी सहायता प्रदान करेगी। अगले 10 वर्षों में अनुसंधान लक्ष्यों में ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रॉनिक्स का एकीकरण शामिल है, जो अधिक कठिन है। हम विषम विकास प्रक्रिया में सफलता प्राप्त करने और सॉफ्टवेयर का पूर्णतः व्यावसायीकरण करने की भी आशा करते हैं।

अस्वीकरण: यह लेख "इलेक्ट्रॉनिक्स एनथुज़ियास्ट" से लिया गया है। यह लेख केवल लेखक के निजी विचारों को दर्शाता है और सैको माइक्रो या उद्योग जगत के विचारों का प्रतिनिधित्व नहीं करता है। यह केवल पुनर्मुद्रण और साझा करने के लिए है और बौद्धिक संपदा अधिकारों के संरक्षण का समर्थन करता है। पुनर्मुद्रण के लिए कृपया मूल स्रोत और लेखक का उल्लेख करें। यदि कोई उल्लंघन होता है, तो कृपया इसे हटाने के लिए हमसे संपर्क करें।

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