中国曝光机发展现况:DUV
在中美贸易战中,美方施力的重点在于箝制中国高科技的发展的进程,特别是半导体、人工智能和量子计算,而前二者息息相关。 在半导体方面,美国的管制近乎遍及全产业链,从设计工具(EDA)、产品、制程设备乃于材料的禁运,中国自然是以国产替代以提高自给率,这也是涵盖全产业链的回应。 中国在半导体设备领域的弱点包括电子束测试机(e-beam tester)、离子植入机(ion implanter)和曝光机(lithography equipment)。 电子束测试机是量测机臺,基本上是用来侦测除错,不是制造过程的一部分。离子植入机—特别是高能量(~1MeV)的,对于高压碳化矽(SiC)MOSFET的制程至关重要。现在的电动汽车电压已早从600V迈向800V、1200V。没有高能量离子植入机无法制作车规高压功率元件,对于中国电子产业的零件自制率影响巨大。 最令人关注的自然是曝光机(lithography equipment)。曝光机的能力代表先进制程的终极分辨率(resolution),又与先进技术节点(technology node)直接相关。先进制程的主要应用之一是与算力高度相关的各式XPU,特别是专注于人工智能应用的GPU;另一个应用也是在人工智能芯片架构中的高帶寬存儲器(High Bandwidth Memory;HBM)。 从2024年9月起,中国就陆陆续续的传出各式曝光机进展的相关消息,对于全世界的半导体产业,这自然是头等的新闻焦点。 首先是中国工信部指导目录中的DUV曝光机,在2024年9月公布。 本质上,这就是一臺干式的DUV曝光机,光源是氟化氩(ArF)的准分子(excimer)雷射,氟化氩雷射波长为193納米 。 此曝光机的分辨率为65納米,如果假设系统中其他性质都已达最佳化,则其物镜(objective lens;系统中用于收集光线、用以呈像的主要透镜)的数值孔径(NA,愈大分辨率愈好)推算起来大概是0.75。如果要进一步改善分辨率,还要经过另一阵子的努力以达目前产业前沿水准0.93的数值孔径。也就是说,在光学系统的发展目前还处于较早期阶段。 至于其叠加精度(overlay accuracy;上下层图案的对齐精度)为8納米。要能产生65納米临界尺吋(Critical Dimension;CD)的制程,上下层的疉加精度要达临界尺度的20%左右,也就是13納米。如果要做双重曝光(double exposure),则叠加精度必须提高到13/2納米=6.5納米。显然此臺曝光机目前的分辨率就是65納米,而且无法透过双重曝光的手段进一步提升制程的分辨率。 再往前的路,除了前面所述在物镜的数值孔径需持续提升之外,另外还需要往浸润式(immersion)方向移动,利用水的折射率(refractive index)1.44较真空的折射率1为大的因素,提高曝光机的整机分辨率,这样才可能达到28納米的分辨率。至于像FinFET这样的精密元件,部分制程就要动用到双重乃至于多重曝光。浸润式曝光机使用新机制以改变波长,自然要面临新的问题,譬如水的纯净度的控制以给水温均匀恒定的维持等。这个部分自然也有机构早已从事研发,譬如中国中科院长春光学精密机械与物理研究所正在开发的数值孔径为0.8的浸润式物镜;承担浸润式曝光机的光源攻关任务的是中国中科院光电院、微电子所孵化出来的科益虹源;电源模塊则是由中国中科院安徽光机所的团队承担开发任务。多梯次技术平行开发是可以想像的技术发展方式。 自2023年以来偶有上海微电子已开始交付其28納米浸润式DUV的新闻,机型为SSA/800-10W,叠加精度为1.9納米,最近一次的传闻为2025年1月7日交付。惟上海微电子公司产品目录无此型号,没有官方发布,亦无可靠媒体报导。根据其型号中的10W字样,此机型最多为原型机,因为其光源能量不足,无法支撑量产所需之吞吐量(throughput)。这条工信部指导目录的消息没有公司送原型机(prototype)到晶圆厂用在線制程调适机臺的后续报导,所以出货与否未可知;而且从原型机到量产机,总是要有好些时日。 至于前一代的90納米 DUV机臺已自2022年交付过几臺,初期主要的问题是系统不够稳定、down time太长、因光源功率不足(20W)致使设备吞吐量太低。所以,这条新闻对于中国积极发展曝光机国产替代的意义要重于先进技术的实际突围。
DRAM 制程发展方向:3D DRAM
从20納米以后,DRAM制程开始龟速前行。从19納米到11納米之间,以每次1~2納米的速度进展,跌跌撞撞地经历1x、1y、1z、1a、1b、1c以及未来的1d,共计7个制程。虽然现在仍使用平面(planar)DRAM制程,却早已经大幅的利用与晶圆垂直的第三维度,使得DRAM在效能、功率上,还能有实质的提升;在芯片的密度上进展比较迟缓,看来有点鸡肋,但是对于有些应用—譬如高频寛存儲器(HBM),稍为提升密度还是有实际用处的。要达到HBM每个時代的存儲器容量标准,只有特定的制程時代有能力提高到如此高容量的存儲器芯片。但是在每位元成本方面,制程的推进因为制程变得复杂,对于降低位元成本已毫无贡献。以三星电子(Samsung Electronics)现在的1b制程为例,就使用5层EUV,因而所费不赀。DRAM市场短期内不会平白消失,但是如果其制程推进还是继续如此缓慢,仍然会逐渐失去其高科技产业的特性;高科技产业之所以能获取高额的利润,是因为其科技的快速推进可以重复运作。现在DRAM制程的缓慢推进、乃至于停滞是DRAM业者共同的梦靥。10納米以下,目前各DRAM业者共同的技术推进方向大致是3D DRAM,只有三星会在1d制程之后试图导入垂直通道晶體管(Vertical Channel Transistor;VCT)。垂直通道晶體管基本上是将晶圆上平面晶體管的结构竖著长,减少每存儲器单元的底部面积,从传统的6f2缩小为4f2,其中f(feature size)为半导体制程的特徴尺吋,譬如半金属间距(half metal pitch)。这样的制程推进,大概稍大于10納米级制程推进一个時代的效益,然而这只是一次性的方法—下一步可没另一个方向可以再利用了。最主要的是垂直通道晶體管与未来的3D DRAM制程完全不沾边,研发的努力只能使用一阵子。因此并不是所有DRAM公司都做此想。3D DRAM的引入第一个问题不是为何要引入3D制程,而是为什么到此时才引入3D制程?毕竟所有的DRAM大厂都有3D NAND的技术。当2013~2014年3D NAND技术开始被引入时,DRAM的制程也早已在25~20納米左右,即将进入龟速前进的10納米级制程年代。用已经成熟的3D制程技术来推进举步维艰的DRAM制程似乎是理所当然。问题还是出在DRAM的结构上。一个线路要能够用3D制程来制作,有几个先决的条件。首要的是线路要有高度的重复性,无疑的,存儲器的阵列是3D制程应用的首选。在此点上,DRAM是符合的。再来是各层存儲器之间要有可以共享的材料。以TCAT(Terabit Cell Array Transistor)3D NAND的技术为例,各层之间存儲器单元的闸极控制(gate control)材料复晶(polysilicon)以及电荷陷阱(charge trap;用来储存NAND信號的单元)材料氮化矽(silicon nitride)是可以在各层之间共享的,因此垂直方向的制程整合相对简单,32层的存儲器可以用4、5层光罩来完成。但是3D DRAM的结构就没有这么幸运,电容部分必须完全隔开以避免存儲器单元之间的信號交谈(cross talk);通道部分因为DRAM追求高机动性(high mobility),不能用在高宽高比深沟中的轻掺杂(light doped)复晶做半导体,各层存儲器之间可以共享的材料只有字线或位元线,端看3D DRAM是要求垂直制程的简化或面积的极小化。另外,DRAM效能远比NAND为高,所容许的信號延迟(latency)很低。各层存儲器之间因紧密相邻所产生的感应电容(induced capacitance)等效应都会降低DRAM的表现以及信號的协同,因此3D DRAM的确比3D NAND的工程问题要复杂得多,这也解释为何3D DRAM制程迟迟没有上路。无论如何,DRAM产业维持高科技产业特性除3D DRAM外已几乎没有前路,譬如以前在文献中经常被提及的无电容(capacitorless)DRAM,其數據保留时间(data retention time)远不能与目前的DRAM相比。2023年7月长鑫在IEEE的International Memory Workshop发表其对3D DRAM的规划,三星也在同年的Symposium on VLSI Technology and Circuits发表其3D DRAM的技术论文。可见关于3D DRAM的议题各公司早已准备很久,只是研发结果发表的时机及场合各有考量罢了。根据长鑫的设计,2D DRAM的电容—晶體管垂直堆叠的组合在3D DRAM中就被横摆著成为一层中的一个存儲器单元。长鑫模拟出来的存儲器单元有多大呢?横躺的电容约500納米、晶體管200納米,加上字线和位元线,一个存儲器单元横方向的尺度接近1微米。长鑫采取的制程是字线垂直到下边的接触平面,这个做法会让存儲器单元的面积稍大,但是垂直的整合制程会比较简单。在技术发展的初期,先做出来再做好是合理的策略。至于存儲器阵列旁的周边线路(peripheral circuits),师3D NAND的故智,会在另外的芯片上制造,然后用混合键合(hybrid bonding)与上层的单晶(monolithic)存儲器多层阵列封装在一起。字线和位元元线的金属间距都是70納米。用以前DRAM制程定义半金属间距来看,这个起始制程大概就是35納米节点,与3D NAND刚开始时的30~40納米制程相彷。这样的3D DRAM堆叠32层后,所得的存儲器容量与1b的2D制程相彷。堆叠64层后容量就与10納米以下第一時代制程0a相彷。这个堆叠是个可以重复的进展,DRAM的高科技产业属性因此得以维持。目前有发布大概推出时程的是三星,大概在2026~2028年之间,与2D平面制程会并存一阵子,这与3D NAND刚出来时的策略也相同。假设3D DRAM的确是可行的技术,有2点值得评论。第一个是高帶寬存儲器是否会沿著目前的方法向前推进?目前的HBM是多个DRAM芯片以先进封装堆叠以达到较大容量,其中先进封装的费用占总成本的相当部分。如果存儲器容量可以用单晶的3D制程来增加,成本有可能降低。但是这是比较长远的事。另外一个议题有关于地缘政治。长鑫在其文章中说是业界第一次揭露3D DRAM技术,其实业界各自默默研发都很久了,但是长鑫对于3D DRAM的应用可能会特别有感。一方面目前长鑫的制程大概在1z节点,与领先公司有2、3代的差距。开始采用3D DRAM制程,可以快速拉进距离,毕竟那是一个新战场。最重要的是3D制程中,技术的重心将从光刻搬移至蚀刻,这是长鑫在EUV资源受制约的状况下,最可能的突破口。所以各公司3D DRAM制程的实际发展状况和开发能力外界也许看不清楚,但是长鑫比较有可能投入较多资源是合理的预期。
DRAM 制程发展方向:DRAM结构在制程微缩中的挑战
DRAM在1970年问世,取代以前的磁芯(magnetic core)存儲器,成为计算机冯诺伊曼架构中的一个重要模塊。在1984~1985年之间,因为个人电脑及工作站的兴起,DRAM变成半导体市场中市占最大的单一产品。 因为DRAM制程的进展直接决定存儲器容量,以及DRAM有较大的市占,有能力累积足够的资金以投入下時代的制程研发,DRAM自问世以后就成为摩尔定律主要技术推手(technology driver)。肇因如此,自1980年代后陆续投入半导体产业的日本,以及其后的韓國、臺湾,许多公司都选择投入DRAM此一次产业,因为这代表投入半导体产业中最先进的制程。 但是DRAM的制程领先地位在2000年初不久之后首先被NAND超越,之后逻辑制程又超越NAND,成为半导体制程技术的驱动者。 DRAM开始偏离摩尔定律并不是之前促使DRAM成为技术驱动者的因素消失了。事实上,到2024年为止,存儲器仍稳占半导体市场的4分之1左右,而是DRAM的基本结构在20納米以下遇到尖锐的挑战。 DRAM的存儲器单元(unit cell)结构为1T1C,亦即一个读取晶體管(access transistor)和一个电容。选电容当成信息储存单元天经地义-电容是电路三元件电阻、电感、电容中的一员。 电容上电荷的有、无代表信息的「1」和「0」,需要读、写电容上的信息时,就开启读写晶體管。基础物理教育告诉我们电容上的电荷,即使维持电容两边平行电板(parallel plate)的电压差不变,电荷也会随著时间逐渐流失。电荷流失的速度与两片平行电板之间的距离成反比,与平行电板的面积以及在平行电板之间物质的介电常数(dielectric constant)成正比。因为电容上的电荷会随时间流失,所以电容上的信息必须经常更新(refresh),目前DRAM中的信息刷新时间为64ms。 为了要控制个别的记忆单元,每一个单元的晶體管的闸极(gate)连有字线(word line),施加电压后可以让晶體管处于开启状态,可以用来执行读、写或更新的操作;位元线(bit line)则连接晶體管的汲极(drain),将自电容通过已开启晶體管的电荷送到傳感放大器(sense amplifier)侦测0或1的信號。如棋盘线交错的字线和位元线可以准确定位一存儲器单元,让周边线路挑选以读写其中信息。以上就是DRAM运作的大概架构。 DRAM制程持续推进的挑战,也正源自于这1T1C的架构。制程微缩的方向,与DRAM使用的晶體管以及电容所需的物理特性是朝反方向走! 首先遇到的是电容值的问题,2000年左右的电容值必须保持在40fF(femto Farad)左右,那时的电容已开始利用芯片上的垂直方向此一维度,电容要嘛挖成深沟(trench)状,放在晶體管旁的下方;要嘛堆垒成圆柱状(cylinder or pillar),置于晶體管上方,也就是利用垂直于芯片的方向面积的延伸来增加电容的面积。 但是制程的微缩会让圆柱的底部缩小,电容的面积因而减少,电容值也会随之降低,所以必须增加电容的高度,以增加电容的面积,借以维持电容值在一定的数值以上。以10納米级别制程为例,电容值必须维持在10~20fF以上。 但是减少圆柱底部面积、增加圆柱高度,就是增加圆柱的宽高比(aspect ratio),这会造成蚀刻制程的难度,圆柱底部较尖锐的形状也会造成新的电性问题,所以宽高比就停留在1:50,难以再推进。 至于晶體管,存儲器的与逻辑线路的注重不同的特性。逻辑晶體管注重效能(performance),也注重漏电流(leakage current)及其它特性;DRAM晶體管首重漏电流,因为这对电容保存信息的能力是致命。 晶體管存在漏电流的原因之一是栅极感应汲极泄漏(Gate Induced Drain Leakage;GIDL),指的是在栅极的位势(potential)高于汲极的位势时,即使晶體管处于关的状态,电流仍然会从汲极泄漏流向衬底(substrate)。 这个问题是历年来DRAM制程推进都要面对的问题,而且愈来愈严苛。 DRAM近年应对这个问题的措施包含在晶體管结构的变更,包括凹槽式通道阵列晶體管(Recess Channel Array Transistor;RCAT)、鞍鳍晶體管(saddle-fin transistor)、具有闸极工作功能控制(gate work function control)的埋栅(buried gate)晶體管等结构。 但是制程微缩也是朝不利于漏电流控制的方向移动。由于晶體管通道变短,于其上的闸极对于通道上的电流操控能力变弱,这就是短通道效应(short channel effect)。漏电流的降低也高度挑战制程研发。
鉴往知来:packet(互聯網)vs. token(大语言模型)
从信息技术演进的历程来看,过去数十年来互聯網(Internet)的核心传输单位—封包(packet),与现今AI时代的大型语言模型(LLM)生成单位—语意单元(token),在基础设施、商业模式发展上呈现出明显相似性。透过回顾packet的发展路径,我们可以摸著石头过河,描绘出token相关技术的潜在演进轨迹,并预判其在产品形态、服务模式与产业价值链上的可能样貌。何谓封包(packet)?封包是互聯網數據传输的最小「信息单位」。所有透过網絡传输的信息(不管是信件、语音、甚至影片串流)都被拆解为多个封包,每个封包内含传输信息等重要信息,确保數據在庞大复杂的互聯網中,正确无误地抵达目的地。过去数十年,網絡基础设施的投资便是围绕封包品质的确保(如错误重传机制)、提升传输效率(如帶寬升级、數據压缩),以及整体系统吞吐量(throughput)的扩展而展开。正是如此,过去三十年来,我们才有日益丰富的網絡服务,如信息沟通、电子商务、社群媒体、影音娱乐等。而在LLM中,token则成为关键「智能单位」。语言模型在处理自然语言时,将一段文字信息拆解成多个token,每个token代表不同的语意片段,经由模型运算后再组合(生成)为有意义的内容。与封包相似,token的数量和生成效率直接影响运算成本以及使用者体验。例如,过去3年AI运算基础建设投资的大幅增长,就是为了确保LLM模型的能力(token品质)以及服务品质(token生成效率),甚至近期边缘装置上token处理能力的提升,也正逐渐颠覆AI应用的场域边界,向更多元、實時且全新的场域扩张。单看过去三十几年互聯網packet的发展,我们发现token也在走类似的进程。不管是基础建设,或是3个技术优化方向,包括「品质保障」、「效率提升」,以及整体「系统吞吐量的扩展」。品质保障:網絡早期透过TCP/IP协定来确保封包传输的正确性,而LLM则透过scaling law加大模型、使用更多训练數據,甚至后来以思维链(Chain-of-Thought;CoT)为基础的推理技术,确保生成的token内容正确且提供高品质推理服务。效率提升:随著帶寬提升和數據压缩等技术的成熟,封包传输成本大幅降低;同样地,token处理成本亦透过模型蒸馏(distillation)、量化(quantization,使用较少位元表示数值)、KV Cache等张量(tensor)降维压缩,或是使用更有效率的架构(如MoE)来降低运算量,甚至有机会使大模型有效地运行于终端装置。系统吞吐量扩展:过去互聯網透过光纤技术和提升边缘设备(交换器、路由器等)大幅提升數據传输量,或是使用内容传递網絡(CDN)等技术提高封包全局效益;在LLM领域,數據中心的垂直扩充(scale-up,提高算力、存儲器等提升单一服務器效能)与水平扩充(scale-out,高速網絡连结、排程提升分散式系统效能)、或是采用云端—边缘混合架构(Cloud-Edge-Hybrid)等,实现整体系统更高的token处理吞吐量,满足未来多元且實時的应用需求。循著过去互聯網发展的主轴,我们可以预见AI技术即将引爆的下一波变革—智能「去中心化」(普及化),低成本token开始在终端设备上运行。情境将如同2007年移動網絡兴起之际,packet进入移動設備,催生智能手機,也推动Uber、LINE等全新服务的诞生,引爆长达十数年的移動生态系蓬勃发展。互聯網数十年来最佳化packet传输技术,带动網絡服务的快速普及,特别在移動網絡时代,我们见证大量新应用与商业模式的诞生。这段历程也为观察生成式AI提供重要参照—当前token的品质提升与单位成本下降,正如当年packet优化所引发的技术扩张与资本投入,预示著新一波智能设备与创新应用的兴起。随著token处理成本持续降低,AI有望成为如網絡般的关键基础设施,深刻重塑产业结构。近来多个开放LLM模型在效能与成本上的突破,更强化LLM商品化与大规模应用的趋势。未来如何因应?过去的历史已经显明,在技术变革时,应以开放的态度,极力接近实际场域,理解技术应用发展方向,甚至与合作伙伴共同设计开发,参与组建生态系。更积极的作法,是投资(国际)学研单位,甚至新创团队,理解新的场域应用,以及技术演进。鉴往知来,回顾packet的发展经验(许多企业经营层也曾亲历其境),将使我们更有效地掌握token所带来的颠覆性机遇。对信息电子产业的投资者与决策者而言,更是攸关未来竞争优势的关键课题。每一次产业典范的转移,总会带来新的硬件、服务、企业、生态系,甚至整个产业格局的兴起与殒落。当我们已清楚AI大模型即将重塑未来十年的产业样貌,或许网际(移動)網絡曾走过的历程,正可作为产业AI战略规划的重要借镜。
AI大语言模型无法驯服π
和一个人一生中相关的数字,都可以在圆周率的某一个位数找到。这是因为圆周率(π)是一个无理数,也就是说,它的十进制展开既不终止也不循环,并且其数字序列是随机的。尽管目前没有证据能证明圆周率的数字完全随机,数学家普遍认为圆周率的数字分布没有任何规律或模式,每个数字序列都有可能在某一位数中随机出现。这意味著,无论选择哪个数字组合,包括个人的生日、电话号码或重要年份等,理论上都能在圆周率的某个位置找到。这些数字可能会在圆周率的某个长段中出现一次或多次,具体位置由数字的随机分布决定。这种现象与数学中的均匀分布有关,这表示所有数字(0~9)在圆周率的各个位数上出现的机率理论上是相等的。因此,任何有限长度的数字组合都有可能出现在圆周率的某个位置。以最奇特方式运用圆周率的人,应属高德纳(Donald Ervin Knuth)。1969年时他开始发展一种计算机语言,让使用者能够以數字方式排版数学公式。接下来高德纳花十年功夫,设计一套论文排版系统TeX,并以圆周率来当开发版本编号,由TeX3开始,现在的版本是TeX 3.141592653。人类于四千年前就尝试找出π,但直到今日,我们仍然只是接近其实际数值。首次对π进行严格计算的,是西元前287至212年的希腊古数学家阿基米德Archimedes),他利用毕达哥拉斯定理计算内接于圆的正多边形与外接于圆的正多边形的面积,因为圆的实际面积必然介于这两者之间,因此这些多边形的面积提供了圆面积的上、下界。他明白这样只能得到π的近似值,而非其确切数值。透过这种方法,阿基米德推导出π介于3.1429与3.1408之间。2021年8月19日,瑞士格里松应用科技大学(University of Applied Sciences of the Grisons)计算出圆周率最精确的数值达62,831,853,071,796位数。有趣的是,神奇的AI大语言模型无法驯服π。我问7种大语言模型,却都给我不同答案。我询问和我相关的4个数字:「May I ask at which digit position 1026 appears in the digits of pi? 」结果每个LLM给我的答案都不同。过去的测试中,总会有几个LLM给出相同的答案,但这次完全没有共识。我先试GPT,得到答案6284。接著要求GPT自我验证:「What is the four-digit sequence starting at position 6284 in the digits of pi?」结果,得到的回复是7590,而非1026。我试Grok,得到的回复是1639,反向验证,也没得到1026,而是5807。我试Le Chat(Mistral.ai),得到的回复是176451,反向验证,得到3141。我试Qwen2.5-Max,得到的回复是39,反向验证,得到7169。我试DeepSeek,得到的回复是8580,反向验证,得到3099。我试Tulu 3,得到的回复是2480,反向验证,得到3282。我再试Gemini,得到的回复是175319,反向验证,他不告诉我答案,建议我找数学工具来算出。我最后试Claude,他不告诉我答案。这些大语言模型给错答案的原因是,它们试图自行编写程序来找答案,但程序未能正确运行。我询问Pi-Search页面,它回答说:「字串1026出现于位置14678。这个字串在π的前2亿位数字中出现20,130次。」这应该是正确答案。我的测试是在2025年2月24日。在告知GTP或Grok網絡上特定数学工具可给答案时,它们的确会认错,并依我建议,运用工具找到正确答案。随著大语言模型的进化,也许未来能在第一次询问时给出正确答案。
AI程序开发助理—Devin与Cursor
苹果(Apple)創始人Steve Jobs 曾说:「Everybody should learn to program a computer, because it teaches you how to think.」随著人工智能(AI)技术的快速发展,AI撰写程序的能力已逐渐变强,可增人类的能力。许多AI辅助工具开始进入軟件开发领域,帮助开发者提高效率、减少错误,甚至自动完成部分重复性任务。终极目标是协助一般人像电脑工程师一样,利用「 learn to program a computer」来达到「how to think」的理想。目前较为热门的2款AI程序开发助理是Devin和Cursor,它们各自具备不同的特点与优势,适合不同的使用情境。Devin由Cognition开发,主要定位为一个自主的AI开发助手,能够执行完整的軟件开发流程,甚至能够独立完成某些开发任务。它具备高度的自主决策能力,可以设定开发环境、重现错误并进行修复,甚至执行軟件测试,无需开发者过多干预。使用者与Devin主要透过对话界面进行互动,开发者可以像管理人类工程师一样,指派任务并监控其进度。此外,它在一个安全的沙盒环境内执行,内建开发工具,能够与不同的技术堆叠无缝整合。Devin最大的优势在于高自主性,能够有效地帮助开发者处理从程序码撰写到测试的完整开发流程,适合希望让 AI 执行较为独立开发工作的团队或个人。Cursor则是一款AI强化的程序码编辑器,设计理念与 Devin不同,主要专注于提供實時AI协助,而非完全独立执行开发任务。Cursor的AI代理能够理解开发者的指令,并透过推理与工具整合,执行程序开发相关的任务,减少开发者的负担。其 AI 代理基于Composer平臺运作,使其可以与各种开发工具无缝连接。此外,它允许开发者导入扩充功能、主题、快捷键等,使其保持与传统开发环境一致的使用体验。同时,它提供隐私模式,确保程序码不会被線上储存,并符合SOC 2安全标准,适合对程序码隐私有高度要求的开发者。Cursor更适合习惯使用传统编辑器的开发者,能够提供實時的AI协助,减少开发过程中的繁琐工作,提高编码效率。这两款工具在自主性、使用方式与环境整合方面存在明显差异。Devin具备高度自主性,能够独立执行完整开发任务,而Cursor则更专注于實時AI辅助,适合需要持续手动操作的开发者。如果需要AI独立完成开发流程,Devin是更好的选择。如果希望在程序码编辑器内获得 AI 协助,并维持熟悉的开发环境,Cursor 是更理想的选择。Devin和Cursor代表2种不同的 AI 助理设计理念Devin 偏向于自动化与自主开发,Cursor则著重于辅助开发者完成日常编码工作。最终的选择取决于开发者的需求——如果希望 AI 来执行完整的开发任务,Devin 更具优势;如果更需要一款能够提高编码效率的AI编辑器,Cursor会是更合适的选择。随著 AI 技术的不断进步,这两款工具也将持续发展,未来可能会带来更多令人期待的功能与应用。
伊莉莎白女王的虚实整合
2022年6月英国白金禧年(Platinum Jubilee)庆祝女王登基70周年活动中,伊莉莎白二世女王(Elizabeth II;1926~2022)的3D全像(Holography)被投射在金辉灿烂的皇家金马车(Gold State Coach)窗户上,这场景迅速吸引全球观众的目光,成为当天庆典的亮点之一。透过结合尖端科技与历史文物,这次盛事展现虚实整合(Cyber-Physical Integration)的非凡潜力。这项技术让历史融入现代生活,创新地连结过去与未来,为文化遗产的展示开启新篇章。虚实整合技术能實時监控、调整并优化现实世界的运作。这一技术已广泛应用于自动驾驶、智能城市与医疗等领域,而此次全像投影与金马车的结合,则将其创意应用拓展到文化与娱乐产业。女王3D影像投射于拥有260年历史的马车上,参与白金禧年游行,展现科技与历史的完美融合。伊莉莎白二世女王的3D影像取材自1953年女王26岁时加冕典礼的珍贵存档画面,经过數字化处理与分辨率提升后,这段影像得以在现代投影设备上清晰呈现。经由精密的投影技术,影像被准确映射到马车窗户上,营造出女王仿佛亲临现场的真实感。这种虚实结合的手法让观众仿佛回到1953年,见证女王加冕的历史时刻。金马车本身是一件艺术与工程的双重杰作。它于1762年完成,整体以鎏金木材制成,并饰有精美的天使、海神与狮子头雕刻,象征英国的国家力量与海上霸权。这辆马车长约7米、高约3.7米,重达4吨,由8匹马以步行速度拉动。马车内部同样豪华,以丝绸与天鹅绒装饰。这一历史文物多次经历修复,至今仍然完好,成为英国皇室的重要象征。将3D影像技术与拥有高度历史价值的金马车结合,是一项极具挑战性的技术工程。由于金马车的历史价值极高,工程师设计了非侵入性的安装方式,避免对文物造成损害。轻量化的投影设备被巧妙安装在马车内部及其周边,确保整体视觉效果不受干扰。为确保虚实完美融合,工程师需克服影像稳定性与同步性等技术难题。他们利用高精度追踪技术,确保影像与马车移动完美同步,并特别设计投影系统以降低窗户反光对影像品质的影响。这些技术突破为未来类似应用树立新标杆。伊莉莎白二世女王3D影像与金马车的结合,是虚实整合如何重新定义文化遗产的最佳例证。展望未来,虚实整合有望成为文化遗产保存与传承的核心技术。透过更多元的數字手段,历史文物可以超越地理与时间的限制,成为全球共享的资产。
半导体产业趋势的反转(2):重返垂直整合
如果一个产业的2种竞争策略在不同时间都有可能成为产业的主要型态,当产业的条件有所变迁后,竞争策略的廻摆也是理所当然。2012年臺积电在28納米平臺制造Xilink Vertex-7 2000T FPGA(Field-Programmable Gate Array),这是在晶圆代工厂量产先进封装的滥殇。注意,原先已经分割的晶圆制造和封测的2个价值链节点,又重新被整合在同一制造体系之下。FPGA是半导体产业快速测试IC线路的重要工具。在FPGA上一个芯片拥有数量庞大的晶體管,常常是同一逻辑制程中晶體管数目最高的芯片,因此FPGA晶粒的尺吋通常比较大,芯片的良率有相当的挑战性。利用先进封装CoWoS来制造FPGA的理由是先制造FPGA小芯片(chiplet)以提高良率,并且利用CoWoS的特性获得较高帶寬、较低功耗、提升总晶體管数目等优势。 抽象一点来讲,芯片制造在物性和电性接近自然极限时,创造新经济价值的手段必须从以前单靠制程微缩延伸到封测、甚至到系统设计方面,这价值点创造的移动也诱发竞争模式的变迁。 如果晶圆制造代工将委外封测整合入其生态系或公司只是单一公司的个别行为,2016年半导体产业将原先国际半导体技术路线图(ITRS;International Technology Roadmap for Semiconductor)变更为异质整合路线路(HIR;Heterogeneous Integration Roadmap)则是国际半导体产业的集体意志。 ITRS专注的是传统晶體管的缩放(traditional transistor scaling),也就是芯片制程节点的进展;HIR则转向推动异质整合、先进封装与系统创新(system innovation)。这是个产业认知中里程碑式的变更:半导体创造价值的方向增加了!除了极少数几家厂商还能在先进制程持续推进外,业界协力的价值创造方向已经转向到单一芯片制造之外的领域,特别是多芯片、异质芯片的系统整合。 这个趋势不只发生在晶体制造的前、后端。2024年初新思科技(Synopsys)合并Ansys(主要产品为工程模拟与分析),主要原因就是在目前半导体产业演化的趋势下,自动化设计IC线路不能只考虑芯片本身的功能和效益。芯片置入先进封装、系统组装的诸种物理、化学、电磁等特性,在设计伊始时就必须纳入考量。 目前的芯片系统散热考量当然是显学。除此外,像芯片制作过程中的应力(strain)、电磁波的发射以及对处于同一堆叠其它芯片的影响、矽光子中光子的传递、消散以及光信号与电信号的转换、以及在封装后整个系统预计的表现等,都是在芯片设计时应该一路考虑到底的。也就是说,虽然仍做EDA的设计辅助本业,但是考虑的视野垂直整合完整的半导体的价值链,这就是新思科技从矽晶到系统(Silicon to Systems)策略。 半导体产业趋势又转向垂直整合。只是与最先的统包式垂直整合有很大的差异。像在晶圆代工与OSAT的垂直整合—虚拟的或实际的—只专注在制造的领域,而新思科技只专注在设计自动化领域的垂直整合。 许多在EDA还未问世时即已出现的概念如为可测试而设计(DFT;Design For Testability)、为制造而设计(DFM;Design For Manufacturing)、为可靠性而设计(DFR;Design For Reliability)、为系统而设计(DFS;Design For Systems)等现在都重新浮上台面,成为企业的口号以及产品实施的重点。 这个趋势也与现在流行的工程词汇「共同最佳化」(co-optimization)有极强的关连性。制程的缓步推进已经很难为半导体提供足够的新经济价值,譬如DRAM从1z推进到1a制程节点只能略为改善存儲器的密度,但是每个位元的成本已经降不下来;又如逻辑制程在过去可以在芯片设计时寻求效能和功率之间的均衡,做出速度够快又不会发烫的芯片。但在制程微缩变缓放慢后,芯片上没有足够的参数余裕来兼顾二者,只能一味的追求极致的速度,而将提供电力和散热问题留在先进封测与系统上去解决。共同最佳化的直白话就是将系统中每一成分单元和每一环节的余裕都一起释放出来,这就提供新垂直整合的坚实基础。 至少我们在制造和设计的半导体次生态区看到开始垂直整合的返祖现象,其他的次生态区譬如制造设备或者材料供应商怎么重新定位自己、制定策略呢?
半导体产业趋势的反转(1):从垂直整合到价值链的解构
在半导体产业发展迄今的70几个年头,有一甲子的时间整个产业的动向是解构产业价值链,变成单独的价值链节点(value chain node)。 在1950~70年代,最早期的半导体公司如仙童半导体(Fairchild Semiconductor;1957)、美国无线电公司(RCA Semiconductor;1960s)、通用仪器(General Instrument;1960s)、德州仪器(Texas Instrument;1951)、摩托罗拉半导体(Motorola Semiconductor;1949)等,这些公司在今日半导体产业的分类都是清一色的整合设备制造商(IDM;Integrated Device Manufacturer)。 现在的IDM多指从芯片设计、芯片制造、芯片封测一路走到底的垂直整合公司,但是彼时的IDM更名符其实—它们连半导体制造及封测设备都可以一并自己制造,在50年代,这是主流。60年代,才逐渐转向使用专业设备制造商的产品;70年代后,使用协力厂商制作的半导体制造设备才成为业界的主流业态。现在重要的半导体设备厂商如东京威力科创(Tokyo Electron;1963)、应用材料(Applied Materials;1967)等就是在60年代才成立的。 更有甚者,这些半导体芯片制造厂商本身就是电子系统厂商的一部分或者子公司,其本身成立的部分目的就是进入新科技领域以及垂直整合零、元件部分进入系统。以后进入半导体制造业的日韩厂商更是如此,其母公司几乎清一色都是电子系统的制造商。 至于IC线路设计,当然在公司内部完成,而且因为当时的IC线路相对简单,人工设计是常见做法(common practice)。 只有在化学用品上,半导体公司才委外向一般的化学材料公司订制,譬如信越化学(Shin-Etsu Silicon;1953)和胜高(Sumco;1953)等。 所以在半导体产业发展的初期,现今所看到半导体产业价值链各节点譬如IC设计、制造设备、晶圆制造、封装测试等,在早期的半导体产业的竞争样态中主要以垂直整合的方式在价值链中获取尽最多的价值节点以扩大竞争优势,而反映出的公司型态就是IDM。 日月光(ASE Technology Holding;1984)和矽品(SPIL;Siliconware Precision Industries;1984)出现后开始将封装测试从垂直整合的半导体价值链分割出来;虽然艾克尔(Amkor Technology;1969)很早就成立以委外组装和测试(OSAT;Outsourced Semiconductor Assembly & Test)为主要业务的公司,但是到了日月光和矽品等出现之后,OSAT才为半导体产业的主流。 臺积电(TSMC;1987)的出现让制造价值链节点的分割更进一步。代工不是创新,专业代工(pure-play foundry)才是。 其实之前的IDM厂很多也都兼营代工,用以提高制造设备的稼动率(utilization rate),增加收入。如果不是这样,也很难理解为什么在80年代初、中期的IC设计、无晶圆厂(fabless)公司如高通(Qualcomm;1985)等如何开展他们的产品制造了。 专业代工模式初期的优势比较,展现于客户信赖与生态系的打造。一直到2000年后,DRAM先因为电容微缩的困难,拱手让出半导体产业技术驱动者(technology driver)的位置、Flash短暂的替手后,逻辑制程成最终的半导产业技术驱动者。这时候专业代工模式的技术研发规模经济开始发挥显著效益,与IDM的商业模式竞争,在多个半导体次领域中取得优势。 在半导体产业发展的一甲子中,产业发展的方向朝向解构产业高度整合的价值链,变成单独存在的价值链节点,如电子设计自动化(EDA;Electronics Design Automation)、制造设备、材料、晶圆制造代工、委外组装及测试等,并且在各价值链节点上,利用专注所造成的规模经济取得竞争优势。 特别是在逻辑线路的领域中,这个专注於单一价值节点的策略逐渐取得优势。但是这个模式并不是在所有半导体次领域中都灵光。譬如在功率元件令域中,IDM厂商还是主流,并且大多主要厂商都是从线路设计一路做到模塊(module);存儲器产品到目前也还是以IDM为主要经营型态,原因另外为文论述。 裂解垂直整合的价值链成为各自独立的价值链节点还能取得更高效率的运作和利润,自有它的深层技术原因:此时的半导体发展在核心的环节如设计、制造、封测等都还留有相当的物性和电性的余裕,各相邻的价值节点之间可以靠共同约定的标准界面来协作,毋需太多额外的沟通,因此独立、专注的价值节点经营可行,并且可以建立规模经济,特别是在技术研发方面。这一点对于以后产业型态的发展持续占有重要的影响力。
臺美半导体贸易关系解析(6):美国定义了半导体业游戏规则
《孙子兵法》说:形之,敌必从之,让对手在自己定义的游戏规则底下参与游戏,是竞合过程中取得有利地位的关键战略。在半导体的世界里,美国才是游戏规则的制定者,而中国也试图以自家的市场挑战美国制定游戏规则的影响力,但每一次游戏规则的改变对亚洲供应链业者而言都是新的挑战。过去两、三年真正改变游戏规则的是NVIDIA与OpenAI的架构,而在2025年初横空出世的DeepSeek,结构性的调整改变算力的价值,以及对于高端芯片的依赖,事实上也就成为游戏规则的制定者。过去得将大量资源挹注在后端算力的资金与人力,可能往前端的终端设备移动,除了NB、手机两大成熟市场之外,包括电动车、无人机、人形机器人与智能眼镜等新兴产品,背后配套的半导体芯片都成为众所瞩目的焦点,产业重心慢慢的往边缘运算移动,这样的大趋势也影响到设计的概念、上市时程、生产制造的生态系。联发科说,他们不再只是一家IC设计公司,而是一家系统整合与设计公司。对EDA公司而言也必须考量Design for System, Design for manufacturing,从设计概念到生产流程的模拟作业都是新思科技(Synopsys)以350亿美元价码购倂Ansys的原因。上下游高度连动,改善生产效率已经成为显学,并且延伸到先进封装等作业流程,现在再以传统精致分工、各自谨守专业的方法经营事业,显然已经无法满足产业或客户的需求。当我们前瞻封测产业时,先进封装的商机快速成长,相互依存,如何建构生态系将是产业发展的关键,周边产业的生态系就更为重要,产业联盟的布局导致更多的合作,但也出现更多的模糊地带。当IC设计公司走向系统设计,EDA公司模拟后端制程可能面对的问题,甚至ASML不能只局限在微影设备,这对于半导体产业的发展模式将带来结构性的改变。从1990年代开始,臺湾承接美系电脑品牌大厂的OEM订单,臺湾新兴厂商将各种零组件拆解,将印刷电路板、主机板、电脑系统,甚至周边的连接器、电源管理IC做到极致,最后更延伸到通吃全球高端芯片的制造。由于专业分工,臺商专注本业,不与客户竞争的产业性格,带给臺湾无与伦比的国际竞争力,也深获美系原厂的信赖。现在臺商的挑战除了因应游戏规则的改变,来自各国政府对于晶圆制造的期待更是臺湾半导体业难以承受之重。「德厚信矼」,与本身实力相称的国际地位才是长期生存之道,美国希望臺积电加速前往美国设厂之际,加上臺湾本身土地、人才、电力等基础资源的考量,臺积电「安内攘外」的策略已经隐然成形,也就是最先进的制程一旦达到适当的良率就往海外移动的策略,既符合国际社会的期待,也才能确保臺湾最大的利益。
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