一个国家的经济发展水平主要看其工业进展,而在工业生产当中,芯片的作用毋庸置疑。可以说,芯片的成就,直接影响制约着工业的发展。这也是为什么
国外有了瓦森纳协议,禁止技术外传,国内政府计划在未来十年内,投入9500亿元,着重发展芯片领域。
究其原因,都是想在芯片领域能够有强有力的发展,希望能够掌握充分的主动权。
普通沙子变成纯度达99.9999999%的纯硅锭再到拥有复杂集成电路的芯片,所包含的工序近5000道,只要有其中一道出现了问题,哪怕是一粒灰尘的误入,芯片就无法正常制作出来,过程的复杂,是因为其本身高质量的要求,可以说芯片的制作水准真正的代表着人类科技的顶尖实力,其复杂程度远超核弹与航空母舰。
边缘计算是如今最为炙手可热的技术之一,与高高在上的云计算、AI计算不同,它是在靠近设备边缘端完成,实时高效、低功耗让其普及程度远超前面两种。伴随着将要到来的5G,边缘计算更是会得到飞速发展,究其原因,不同于单打独斗的4G,5G在制定规范时候,就已经融入了边缘计算。
边缘计算作为这一次的信息革命浪潮,能够适应未来庞大的应用市场以及高速的发展态势,根据美国市场调研公司CB Insights估算,到2023年全球边缘计算行业的整体市场容量有望达到340亿美元。
那么,在高端芯片制作当中,边缘计算究竟起到哪些作用?或者说究竟可以提供哪些强有力的技术支撑?接下来将具体介绍。
芯片的主要制作的流程可以分为,前期的前端设计,中期的芯片制造,后期封装测验等。
前端设计,也称逻辑设计,多由专业的设计公司进行规划设计,相对于芯片制造当中,代工制造厂仅有的台积电、三星、GF等了了几家以外,设计公司不管是在国内国外,数量还是很客观,所以其整体难度,在后期的封装测试之上,中期的芯片制造之下。
前端设计完成之后,就是中期的芯片代工制造厂,按照要求制作出要求的芯片,这里从一堆沙说起。
芯片的主要原料为硅,而原料的来源就是沙漠中的沙子。当然,这些沙子不能直接利用,而是要进行提纯硅操作,其纯度要达到99.9999999%,提纯之后制作成硅晶棒,利用机器切割成为所需厚度的晶圆片。
在晶圆表面涂上光阻薄膜,该薄膜能提升晶圆的抗氧化以及耐温能力。涂膜之后,使用紫外光通过光罩和凸透镜后照射到晶圆涂膜上,使其软化,使用溶剂将其溶解冲走,使薄膜下的硅暴露出来,再进行离子注入,之后继续进行绝缘测处理、沉淀铜层、构建互联铜层、检测、切片等完成芯片制作。
切片完成之后,就是内核装片固定以及封装测试等,一颗完成的芯片就正式出厂。
边缘计算将会在近5000道工序当中,对传感器、机床、PLC等各种设备进行数据存储、比对、分析与处理。以硅晶棒制作成晶圆片流程为例,厚度大小,直接影响其品质情况,收集的数据将会与之前数据库当中正常数据进行对比。一旦数据出现异常的话,提前进行预判并且纠正。
在制作过程中,环境要保证绝对的洁净,哪怕是空气也要特殊过滤网几分钟净化一次,确保不会因为赃物而影响芯片。但总有意外,一旦发生,从5000道工序中找到问题,普通方式显然不切实际,就算勉强一步一步找到,所花费的时间人力也可想而知,而利用边缘计算解决方案,也许只要几秒钟通过数据就能发现哪个环节出现问题,从而解决。
作为高新技术行业,芯片制造当中数据安全重要性不言而喻。任何一个关键环节数据的丢失,都有可能带来重大影响,普通的安全措施明显不适用于此行业,利用边缘计算,对Host OS、虚拟化软件、Guest OS进行安全加固,以防有黑客对镜像进行篡改。而且提供必要的虚拟网络隔离和数据安全机制。除此之外,对于那些在虚拟机中部署容器的情况,对容器之间的隔离和使用的root权限进行限制。
在芯片制造领域,本地存活尤为重要,因为很多步骤都要严丝合缝,不能有半点的时间差,以离子注入阶段为例,如果网络在这个时候出现问题,导致离子注入的时间点、速度、量不对,那么整个芯片组就将报废。边缘计算可以独自现场进行分布式管理,保障业务在本地存活,减小不必要的损失。
几千道工业程序,其中所包含的机械设备不计其数,所用到的通讯连接协议也是多种多样,复杂异样。优秀的边缘计算设备支持SECS/GEM、MODBUS等百余种通讯协议,能够最低限度的进行设备融合。
国讯芯微边缘计算全栈模块NOM-R001(后文简称R001,图如下),带边缘计算实时操作系统的核心模块,尺寸仅有40mm*40mm,为提供强大的边缘计算性能,采用性能强劲ARM Cortex-A8处理器,1GHz主频,内存最大1GB DDR3 和4GB eMMC FLASH,同时具有单指令流多数据流(SIMD)协处理器。具备1mS的时间片精度和30nS级别校时精度,能够实现边缘节点数据优化、实时响应、敏捷连接、智能应用且有效分担云计算资源负荷。
边缘计算全栈模块NOM-R001
数据加密上,采用国际安全标准以及多种安全加密方式,如AES/ECC/SHA等,确保从源头保证数据安全。同时为保障设备管理安全,实施用户分级授权机制,保证客户在快速组建物联网应用的同时无需担忧安全性问题。
R001具备易融合性,强算力支持,丰富扩展开发性,适用于智能制造、工业互联网智能转型升级以及其他高科技行业。内置国讯芯微独立自主研发的边缘计算实时操作系统NECRO,能够充分发挥模块整体性能。
边缘计算实时操作系统NECRO构架图
在工业生产当中,R001可以对全局监控及分布式管理,这样,当某一节点出现问题之时,其他节点可以不受干扰继续运行,同时基于全局监控,能够在最短时间发现有问题节点,从而实现边缘设备重新激活或下线维修处理。
国讯芯微科技,专注边缘计算领域,从边缘计算实时操作系统NECRO再到边缘计算全栈模块R001,全系独立自主研发而成。公司拥有完善全面的工业互联网解决方案,全面助力智能制造、工业互联网智能化转型升级,实现中国制造2025。