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Os semicondutores são a espinha dorsal invisível da civilização moderna.Quase todas as tecnologias críticas dependem da inovação dos semicondutores.No entanto, a indústria está agora a entrar numa nova fase que vai além de simplesmente fazer chips menores e mais rápidos.

Em vez de ser conduzido apenas pelo dimensionamento de transistores, a próxima década de progresso dos semicondutores será moldada por quatro pilares interconectados:

1. Materiais semicondutores de terceira geração

2. Chips Avançados de Computação para IA

3. Chips de comunicação de radiofrequência (RF)

4. Memória de largura de banda elevada (HBM)

Juntos, estes quatro domínios redefinirão como a energia é gerida, como a inteligência é calculada, como a informação é transmitida e como os dados são armazenados.

1Semicondutores de terceira geração: a base da era da energia e da IA

Durante décadas, o silício (Si) dominou a indústria de semicondutores.e a InternetContudo, à medida que as indústrias passam para a eletrificação, as energias renováveis e a computação de alto desempenho, o silício por si só já não é suficiente.

Isso levou ao surgimento de semicondutores de banda larga, principalmente o carburo de silício (SiC) e o nitreto de gálio (GaN), conhecidos coletivamente como semicondutores de terceira geração.

Evolução dos materiais semicondutores

• Primeira Geração de Silício (Si):

  • Tecnologia madura

  • Baixo custo e elevada fiabilidade

  • Apto para aplicações de baixa e média tensão e frequência

• 2a geração Gallium Arsenide (GaAs):

  • Desempenho superior de alta frequência

  • Amplamente utilizado em comunicações sem fio, satélites e optoeletrônicos

• Terceira Geração SiC e GaN:

  • Muito mais larga do que o silício

  • Voltagem de ruptura superior

  • Melhor estabilidade térmica

  • Menor perda de energia

  • Ideal para veículos elétricos, energia renovável e eletrônicos de alta potência

Carbono de Silício (SiC): impulsionando a revolução elétrica

O SiC tem um intervalo de banda cerca de três vezes maior que o do silício e um campo elétrico de quebra cerca de dez vezes maior.

• Maior eficiência na conversão de potência

• Dispositivos de alimentação menores e mais leves

• Melhor resistência ao calor

• Menores perdas de energia em sistemas de alta tensão

Como resultado, o SiC está a tornar-se um material chave em:

• Inversores para veículos elétricos

• Inversores de energia solar

• Sistemas de energia eólica

• Infraestrutura de carregamento rápido

• Grades inteligentes

As grandes empresas globais estão agora a correr para aumentar a escalaWafer SiC de 8 polegadas Embora a liderança inicial tenha vindo dos EUA, Japão e Europa, os fabricantes chineses estão a avançar rapidamente,tornar a SiC numa indústria estratégica verdadeiramente global.

Nitreto de gálio (GaN): eletrônicos de potência de alta velocidade e alta eficiência

O GaN oferece uma mobilidade eletrônica ainda maior do que o SiC, tornando-o especialmente atraente para:

• Centros de dados

• Carregadores rápidos

• Estações base 5G

• Sistemas de energia renovável

No entanto, o GaN ainda enfrenta desafios na gestão térmica em comparação com o SiC. Apesar disso, seu mercado está crescendo extremamente rapidamente, particularmente em eletrônicos de consumo e dispositivos de energia de alta frequência.

Em geral, os semicondutores de terceira geração não são apenas melhorias incrementais, mas representam uma mudança estrutural na forma como a energia é gerida em toda a economia global.

2Chips de Computação Avançados: O Motor da Inteligência Artificial

A inteligência artificial é fundamentalmente um problema computacional. O rápido progresso da aprendizagem profunda foi possível não só por algoritmos melhores, mas por hardware mais poderoso.

Hoje, as GPUs (Unidades de Processamento Gráfico) tornaram-se a plataforma dominante para treinamento de IA devido à sua capacidade de processamento paralelo.

Em comparação com as CPUs tradicionais, as GPUs podem processar milhares de operações simultaneamente, tornando-as ideais para redes neurais e processamento de dados em grande escala.

As principais tendências em chips de computação avançados incluem:

• Maior desempenho por watt

• Maior memória no chip e fora do chip

• Aceleradores de IA mais especializados

• Integração mais estreita entre computação e memória

No futuro, provavelmente veremos:

• Mais chips de IA personalizados (ASICs)

• Processadores de IA de ponta com eficiência energética

• Arquiteturas híbridas combinando aceleradores de CPU, GPU e IA

Isto significa que a inovação em semicondutores será cada vez mais impulsionada pelas necessidades da IA e não pela electrónica de consumo.

3Chips de Comunicação RF: Conectando Tudo Sem Fio

A tecnologia de radiofrequência (RF) é a espinha dorsal da comunicação sem fios.

• 5G e futuras redes 6G

• Comunicação por satélite

• Sistemas de radar

• Internet das coisas (IoT)

• Veículos autónomos

Os circuitos integrados de RF (RFICs) integram componentes-chave, como amplificadores, filtros e moduladores em um único chip, melhorando o desempenho ao mesmo tempo em que reduzem o tamanho e o consumo de energia.

As direções futuras para os chips de RF incluem:

• Frequências de funcionamento mais elevadas (ondas milimétricas e superiores)

• Menor consumo de energia

• Maior integração com o processamento digital

• Combinação de comunicação e detecção

Isto significa que os chips de RF não só transmitirão dados, mas também permitirão sistemas avançados de percepção em cidades inteligentes, robótica e condução autônoma.

4Memória de Alta Largura de Banda (HBM): quebrando o gargalo de dados da IA

À medida que os modelos de IA crescem, a velocidade do movimento de dados torna-se tão importante quanto o poder de computação bruto.

A Memória de Alta Largura de Banda (HBM) resolve esse problema empilhando várias camadas de DRAM verticalmente, criando um caminho de dados muito mais rápido entre a memória e os processadores.

As vantagens da HBM incluem:

• Taxas de transferência de dados extremamente elevadas

• Menor consumo de energia

• Redução da latência

• Design compacto

Como resultado, a HBM tornou-se a tecnologia de memória padrão para GPUs de ponta usadas em data centers e supercomputadores de IA.

Nos próximos anos, espera-se que a demanda por HBM aumente vertiginosamente, juntamente com o investimento em IA em todo o mundo.

Conclusão: Um novo paradigma de semicondutores

O futuro dos semicondutores não será definido por uma única descoberta, mas pela convergência de quatro domínios-chave:

• Os materiais determinam a eficiência e a durabilidade (semicondutores de terceira geração)

• Os chips determinam a inteligência (aceleradores e GPUs de IA)

• RF determina a conectividade (chips de comunicação sem fio)

• A memória determina o desempenho (HBM e armazenamento avançado)

Os países e as empresas que dominam estes quatro pilares irão moldar a próxima era da tecnologia, desde a energia limpa até à inteligência artificial, desde as cidades inteligentes até aos sistemas autónomos.