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三大先进芯片制造商英特尔、三星和台积电都演示了 3D 堆叠晶体管。芯片公司正从鳍式场效晶体管(FinFet)过渡到环绕闸极晶体管,下一个突破被称为互补场效应晶体管(CFETS)。CFETS 就是 3D 堆叠晶体管,在单个集成过程中能构建两类晶体管——nFETs 和 pFETs。专家估计 CFETS 将在 7-10 年之后投入商用,但在做好准备前还有很多工作要做。英特尔是三家公司中最早演示 CFETS 的,它在 2020 年的 IEEE International Electron Devices Meeting 会议上就展示了早期版本,最新报告使用 CFETS 制造了最简单点电路逆变器。英特尔称,在最大缩放尺度下,CFETS 逆变器是普通 CMOS 逆变器尺寸的二分之一大小。未来处理器的晶体管密度有望翻倍。
全球最大的三家半导体制造商正在竞争谁第一个量产 2 纳米芯片。台积电被广泛视为能维持该领域的领先地位,但英特尔和台积电将芯片制造的下一次飞跃视为缩小差距的机会。台积电已向苹果和英伟达等大客户展示了其 2 纳米工艺 N2 的原型测试结果。韩国三星则降价提供其 2 纳米工艺原型,以吸引英伟达等大客户的兴趣。昔日的芯片巨人英特尔则计划在明年年底前生产下一代芯片。这一时间表早于台积电。台积电表示 N2 芯片将于 2025 年量产。台积电表示其 N2 工艺研发进展顺利,一旦推出,在晶体管密度和能效上都将领先于市场。在先进芯片的代工市场,台积电占了 66% 的份额,而三星为 25%。三星认为这是缩小差距的一次机会。三星去年率先量产 3 纳米芯片,但良品率低于客户预期,其最简单的 3 纳米芯片的良品率也只有六成。
英伟达在监管文件中称,欧盟、中国和法国的监管机构都要求它提供其显卡信息,预计未来类似要求会更多。英伟达是全球最大的 AI 芯片和计算图形芯片制造商,去年底 ChatGPT 火爆之后它的芯片需求大幅增长。它占据了约八成的 AI 芯片市场份额。它的显卡也可用于训练 AI,因此吸引了世界各地监管机构的兴趣。英伟达举例说,法国监管机构要求它提供显卡和云服务提供商市场的业务和竞争信息,而欧盟和中国要求它提供显卡销售和分配供应相关信息。
在 Supercomputing 23 上,申威介绍了神威太湖之光使用的申威处理器 SW26010 的升级版本 SW26010-Pro。神威太湖之光目前排名 Top 500 超算榜单的第 11 名,使用新处理器的神威海洋之光能排在第二名,仅次于美国橡树岭国家实验室的 Frontier 超算。SW26010 完成研发是在 2016 年,而 SW26010-Pro 是在 2020-2021 年。两者的基本架构相同,SW26010-Pro 由 6 个核心组(Core Groups)和 1 个协议处理单元(PPU)构成,每个核心组包含 64 个计算处理元素,相比下 SW26010 只有 4 个核心组,它支持的内存控制器从 DDR3 升级到 DDR4-3200。每个核心组都有自己的内存控制器,配备 16 GB 内存,理论带宽 307.2 GB/s,一个芯片能访问 96 GB 主内存,相比 SW26010 的 32 GB 有显著提升。核心组每个核心共享 8 MB L2 缓存。它的峰值 FP64 性能达到了 13.8 TFLOPS,相比下上一代 SW26010 为 2.9 TFLOPS,性能翻了两翻。但它的内存带宽未能与计算吞吐量相匹配,内存带宽成为了它的性能瓶颈。神威海洋之光包含了 107,136 个 SW26010-Pro 处理器节点,峰值 FP64 性能 1481.05 Pflop/s,仅次于 Frontier 的 1821.84 Pflop/s。分析师认为,在实际任务中芯片需要大量的优化工作,它的纸面计算性能很强,像是为了完成某个指标,而不是为了更快解决现实中的计算问题。
朝鲜周二成功发射了一颗小型侦察卫星,这是朝鲜自 2016 年以来首次成功发射轨道卫星,在这之前今年的两次卫星发射都失败了。监视火箭发射的自动摄像机监测到火箭推进器没有坠入黄海而是在空中爆炸了。本周二是朝鲜 Chŏllima 1 火箭的第三次发射,它被认为是基于洲际弹道导弹 Hwasong 17,通过增加一个上面级,导弹能变成卫星发射载具。分析师认为,引爆推进器可能是为了避免让韩国对火箭碎片进行分析。
气候变化之下热浪频繁出现,愈来愈多的人依赖空调熬过炎热的气候,然而空调同时也是全球暖化的重要来源。自一个世纪前发明以来,空调的基本原理没有发生改变。它需要消耗大量能量,使用名为制冷剂的有害化学物质。空调的问题在于其核心技术:蒸汽压缩,将储存的氢氟碳化合物冷却剂从液体转化为气体,期间吸收热量,将热量从室内移出。氢氟碳化合物是温室气体,泄露到大气中后会吸收大量热。研究人员上周在《科学》期刊上发表论文,报告了一种高效固态电热泵原型。它使用电场和一种特殊陶瓷而不是冷却剂和压缩机加热和冷却空气。电热泵使用电热材料,其中的原子具有电场偏极化,有“正”极和“负”极。当置于电场中时,材料中的原子运动将从无序变为有序。这意味着熵的下降。根据热力学定律,系统的总熵永远不会下降。它在某个地方下降那么一定会在其它地方增加。研究人员表示他们的原型尚未做好商业化准备,但随着进一步的完善,电热泵的效率能与现有的热泵相竞争。
通用汽车旗下的无人驾驶公司 Cruise 最近因为旧金山一位行人被拖受伤事故而暂停了全美的无人驾驶出租车业务。公司创始人兼 CEO Kyle Vogt 回应了声称该公司无人出租车不是真正的无人驾驶,需要在远程操作中心工作的人类频繁帮助的指控。他表示,在城市环境中 Cruise 的自动驾驶汽车平均 2-4% 的时间会获得远程协助 (RA)。这个数字已经相当低了,进一步优化的价值不大,在特定情况下有人类评估是非常有用的。他说,很多问题在人类检查前自动驾驶汽车已经自行解决了。该公司发言人随后澄清,无人驾驶出租车车队每行驶 6-8 公里会触发一次远程协助会话。愈 98% 的会话在 3 秒内完成。一名人类远程协助人员负责 15-20 辆无人驾驶汽车。
创业公司 Prophetic 正在开发一种可穿戴设备,让佩戴者能根据需要激发清醒梦体验。Eric Wollberg 和 Wesley Louis Berry III 在年初联合创办了 Prophetic,他们的设备叫 Halo,组合了超声波和机器学习模型,当监测到做梦者处于快速眼动睡眠状态,就进行诱导和稳定清醒梦。Halo 暂定于 2025 年上市,该设备的理论依据是清醒梦有助于减少 PTSD 相关的噩梦,促进正念,为探秘意识神秘的性质开启新的窗口。Prophetic 的一项核心技术是经颅聚焦超声 (transcranial focused ultrasound 或 TUS),使用低强度超声脉冲探测大脑,与神经活动相互作用。然而目前并不清楚 TUS 是否可以激发或稳定清醒梦。
十年前亚马逊宣布了它的无人机快递服务,十年后无人机送快递只在美国德州的一个城市推广,且象征意义大于实际意义。无人机送货有非常多的限制,一次只能送一件货物,总量不能超过五磅,体积不能太大,不能是易碎物,因为货物要从 12 英尺的高度扔下来。天气也不能太热,风不能太强,雨不能太大,恶劣天气下无人机是不能飞行的。客户需要及时到家门口拿货,否则有可能被人顺手牵羊,或者滚到街上。如果客户家有后院,可能解决部分问题,但后院有树的话也没法送。技术的复杂性让无人机送货难以普及,安全性也难以保障,比如要小心不要掉在行人的头上。一位德州农工大学教授订购了一种药物,结果无人机送来时药物已经融化了。一位客户认为,无人机送货更像是一种玩具,而且是那种铺张浪费的玩具。为什么我们需要无人机送货?这仍然是该服务面临的最大问题。
周五晚上,SpaceX 的一枚 Falcon 9 火箭再次刷新了第一级推进器的重复使用记录。这颗序列号为 B1058 的推进器重复使用次数达到了 18 次。它的第一次发射是在 2020 年 5 月 30 日执行 SpaceX 首次载人飞行任务,将两名宇航员 Doug Hurley 和 Bob Behnken 送入轨道,结束了在长达九年时间内美国无法从本土将宇航员送入轨道的记录,这也是首次商业载人发射任务。它的第 18 次发射仍然是执行 SpaceX 的 Starlink 宽带卫星任务,完成任务之后它成功着陆在无人驳船上,有望执行第 19 次任务。Starlink 在轨功能卫星数量也突破了五千。
Amundsen–Scott 南极科考站可能是地球上最孤立的地区。在南半球的夏季,这里有大约 150 名科学家和工作人员,到了冬季人数缩小到了 40 名左右。从 2 月中旬 到 10 月下旬,生活在南极站的人基本上是与世隔绝。他们只能靠自己,没有来自外界的食物、燃料、零部件等的运送。除非发生了最紧急的医疗情况,才会有飞机尝试抵达南极站。虽然南极科考站的工作人员是季节性轮换的,但这里有四名永久居民:Bert,iRobot 的 Roomba 652 扫地机器人,2018 年来到南极站;Ernie,2019 年抵达,型号为 Roomba 690;另外两个扫地机器人 Sam 和 Frodo 稍后抵达。它们做着扫地机器人该做的事情:保持地面清洁。但同时也为工作人员提供了某种安慰作用。为了保护当地生态系统,《南极条约》禁止养宠物、种植植物甚至是泥土。
亚马逊正在测试两项提高仓库自动化的新技术,其中之一是双足人形机器人 Digit。Digit 由 Agility Robotics 制造,该公司去年获得了亚马逊的投资。亚马逊称,Digit 能以新颖的方式在仓库中和角落里移动、抓取和处理商品。它的大小和形状非常适合为人类设计的建筑物。Digit 的初步用途是帮助员工回收周转箱,这是一种高度重复的过程。一旦箱子里的物品取出,就需要拾取和移动空的周转箱。仓库里使用的机器人通常是轮式的,很少用双足,轮式的移动速度要快得多。
台积电称其 2 纳米工艺引入了多项新技术,包括 GAA 晶体管、背面供电和超高性能金属绝缘体-金属(SHPMIM)电容器等,芯片设计师将需要使用全新的 EDA(electronic design automation)、模拟和验证工具。2 纳米工艺预计将要到 2025 年下半年投产,时间还充裕,相关工具也基本准备就绪。目前 Cadence、Synopsys、Ansys、Siemens EDA 等开发的 EDA 工具都已经获得台积电认证,芯片开发者可使用这些工具设计芯片。
多名美国国会议员正以美国国家安全为由敦促拜登政府对开放标准 RISC-V 采取行动,议员们呼吁对 RISC-V 相关技术的出口实施限制。RISC-V 是开源指令集架构,负责 RISC-V 标准制定的非盈利组织 RISC-V International CEO Calista Redmond 表示,对开源技术实施限制将放缓更优秀芯片的开发,阻碍全球科技行业的发展。她表示,整个科技生态系统都受益于开放标准如 RISC-V、以太网、HTTPS、JPEG 或 USB,而政府对开放标准采取限制将减少产品、解决方案和人才进入全球市场的机会,将创造一个充斥着重复工作和市场封闭的不兼容解决方案的世界。
Alphabet 旗下从事无人出租车业务的子公司 Waymo 宣布将在洛杉矶开展六次每次持续数周的测试或者叫观光之旅,让当地居民体验下无人出租车。测试将在洛杉矶的圣莫尼卡和威尼斯海滩、世纪城、西好莱坞、中城、韩国城以及市中心分不同时间段展开,时间从 10 月 11 日持续到 3 月 3 日。感兴趣的洛杉矶居民可以提前预约,收到票之后可以在服务区域内的规定的时间内免费使用。
2010 年代,MIT 的 Senseable City 实验室利用大数据分析了打车和拼车如何让街道更干净交通更高效,它的结论是:纽约出租车队的规模能减少 40%,更多的人能花更少的钱乘更少的汽车出行,汽车拥有率能减少,停车场能腾出用于新用途。这项研究在技术上是正确的,但未考虑到人类行为的变化。汽车比步行、公交和地铁更方便更舒适,这是它受欢迎的原因。通过打车和拼车让乘车变得更便宜,人们会远离其它形式的交通。几年后这一结果在数据中凸显出来:打车出行产生了更多的交通量,二氧化碳排放量增加了 69%。无人驾驶出租车也将产生相同的结果。新的技术将会进一步恶化交通。让城市更便捷、更高效和更环保的方法不是新技术而是旧技术。公交、地铁、自行车和双腿步行比硅谷梦想的任何东西都更清洁、更便宜、更高效。与其让自动驾驶技术用于出租车,不如将其用于扩大公共交通。
德州奥斯丁的研究人员在从空气中提取出饮用水上取得了突破:他们研发出一种分子改造过的水凝胶,利用太阳能收集可饮用水。根据不同湿度条件,该设备每公斤凝胶材料可生产 3.5-7 公斤水。生活在高温且难以获得饮用水的居民通过在室外放置该设备就可以轻松收集到水。研究人员正对该设备展开进一步的改进,以将其转变为商业化产品。
慕尼黑工业大学学生造出的电动汽车 muc22 打破了单次充电行驶距离记录:它的电池效率达到 0.6 千瓦时/100 公里,比市场上任何电动汽车高 25 倍。如果以每加仑英里数计算,相当于一加仑汽油行驶 3815 英里。muc22 的最高时速 42 公里/小时,空重仅为 170 公斤。在慕尼黑机场一个空机库展开的六天测试中,它创造了次充电行驶记录(排除太阳能电动汽车):2574 公里。它的电池容量只有 15.5 kWh。muc22 优化了气动外形,阻力系数仅为 0.159,正面积很小,高 1 米,宽 1.2 米。
美国公司 Smart Tire Company 通过众筹平台 Kickstarter 销售世界第一种使用形状记忆合金 nitinol 的自行车轮胎。nitinol 是 NASA 为其火星漫游车设计的由镍和钛构成的形状记忆合金,能通过温度训练记住其形状。Smart Tire Company 承诺其开发的 Metl 轮胎永远不会瘪胎,可以终身使用。Metl 轮胎售价不菲,一对 500 美元,是传统自行车轮胎的十倍以上,可以方便安装在公路车或碎石路自行车的轮圈上。该公司承诺 2024 年 6 月交付。通过 Kickstarter 购买是有风险的。
Google、IBM、亚马逊等公司正在建造基于超导电路的量子计算机,其中超导电路需要冷却到接近绝对零度。这些量子计算机依赖于名为 dilution refrigerators 的制冷系统将温度冷却到 1K 或以下。制冷系统复杂而庞大笨重。现在芬兰科学家报告他们正在开发纯电子制冷法,更小更简单,功耗是现有系统的十分之一。电子制冷有望大幅缩小量子计算机的体积。新制冷系统使用电子形式散热。科学家正在开发一种商业演示系统,该项目获得了欧盟的资助。