A 編按:【科科齊打交】是我們希望可以與大家一起進行的對話形式。泛科學編輯部會盡力蒐集資料,提供可以協助討論的科學內容,非常期待能夠塑造一個開放與理性討論的空間。
在《看 A 片學性教育是否搞錯了什麼》中,引用各種研究,來指證 A 片橋段中的不合理之處,而我也開始懷疑,身為理性的人,為什麼會對不合理的 A 片產生感覺?甚至有人會有類似上癮的效果。而 A 片帶來的影響,也不僅僅是個人,甚至能對整個社會產生一些微妙的影響。
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A片成癮是治療還是毒品?
在看A片會不性福,對真人沒性趣嗎?一文中,我們知道 A 片具有「刺激獎勵迴路」的效果,這種效果與「物質成癮」類似,對我們來說,看 A 片是真的會上癮,然而,這種「上癮」究竟是好是壞,研究者目前也還沒有共識。
在回顧 A 片成癮性的研究中,有的研究者悲觀認為 A 片的成癮性會強迫使用者自慰,進一步造成性功能障礙,甚至被當作性功能障礙的主因;也有另一批的研究者,樂觀運用 A 片的成癮性與認知行為療法,開發出 IBST (Internet‐Based Sex Therapy) 的治療方法,來幫助有心理性性功能障礙的人找回自信。
無論悲觀還是樂觀,兩種研究都還在持續進行中。
A片的刻板印象
比起 A 片成癮,A 片所造成的社會現象可能更貼近我們的生活,像是 2015 年的波多野結衣悠遊卡,引起大眾討論性產業工作者污名化的議題。不過,比起 AV 女優汙名化,A 片中各種職業或角色的刻板印象也是個問題,像是OL、護士、教師、人妻……等,這些 A 片中的刻板印象,會讓某些觀眾信以為真,或是在言詞中透露出令人不舒服的觀點,造成某些人不必要的困擾。
AI 人工智慧技術是透過模擬人腦的類神經網路,經過深度學習,取得物件特徵參數,產生模擬人腦的判斷能力。這看似艱深的 AI 技術,早已走進大眾的日常生活,從生成式內容、自動駕駛、智能家居到醫療保健,從金融到製造業甚至國防等…應用廣泛且深具潛力。今年 1 月美國政府更是宣布將加強限制 AI 晶片與技術出口,這項措施顯示 AI 技術舉足輕重的地位,它將成為推動產業發展的重要引擎。
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除了演算法與大數據不斷進化,在硬體方面, AI 晶片則依不同應用領域,不斷往高效能、高頻寬或低耗電等特性演進。但這些特性同時也跟 AI 晶片的效能、壽命息息相關,甚至會造成 AI 晶片可靠度試驗設計的設備與手法面臨到極大挑戰。宜特可靠度驗證實驗室在本文將歸納出 AI 晶片最常見的三大挑戰,並逐一說明解決辦法。
同時,1V 或甚至低於 1V 的主電源(core power)低工作電壓,將使得 IC 電源的餘裕度(power margin)縮小,電路板上的電壓降(power IR drop)或者電源漣波(power ripple),更容易造成 IC 可靠度測試出錯。電壓降不僅發生在主電源,因為主電源的降低,部分邏輯閘訊號源(Pattern)電壓準位,也需要同步降低,這進一步造成硬體設計與測試上的困難,在在考驗著可靠度測試系統能力與硬體設計。
因此規劃一個符合終端 AI 晶片需求的高溫工作壽命(High Temperature Operating Life,簡稱HTOL)可靠度測試環境,從設備選擇、PCB 電路板模擬與製作,各種細節與設計上的考量,皆必須較一般邏輯 IC 更為嚴謹。
散熱設計功率(Thermal Design Power,簡稱TDP),是 CPU 晶片對主機板「散熱能力」的要求規格。目前桌上型電腦 CPU 的 TDP 規格最高在 150 瓦(W)左右,電競玩家為了維持 CPU 長時間高效高頻工作,往往升級主機板、散熱片、風扇等等配件,使得升級後的系統散熱能力高於 TDP 要求,讓 CPU 能長時間高頻工作,而不會發生過熱降頻,甚至休眠等問題。
尤其是在可靠度測試中,要求的目標溫度高達 125°C,這遠遠高於桌上型電腦的 70°C。通常在 125°C 時,晶片的功耗牆已經處於解鎖狀態,因此稍有不慎就可能導致晶片因高溫而燒毀。因此,當對如此高功耗的 IC 進行高溫可靠度測試時,測試系統必須具備更快速的散熱能力。
液態冷卻系統(Liquid cooling socket)。圖/Enplas
宜特可靠度驗證實驗室建議的解法,是利用更高效的液態冷卻控制調節系統(Liquid cooling system),搭配客製化液態循環 socket(如上圖),此系統利用液態熱交換速率優於氣態的特性,以及即時監控晶片溫度與調節液態流速等方法,穩定控制超高功耗 AI 晶片產生的熱能,成功收集可靠度實驗數據。
熱二極體監控電路,監控 IC 本體溫度
雲端 AI 晶片的超高功耗,在進行可靠度測試時,容易因晶片本體溫度波動太快,導致無法及時消散熱能,造成產品非預期性故障,例如熱失控(Thermal Runaway)。因此,當 IC 內建熱二極體(thermal diode)元件時,透過可靠度系統與可靠度測試板設計,可以客製化熱二極體(thermal diode)監控電路,來監控 IC 內部溫度,將可監測到最即時與準確的接面(junction)溫度(如下圖)。
此外,當 IC power 抽載大電流時,也會產生各種頻率的SSN(Simultaneous Switching Noise)。 而電路板的電源層阻抗(Power plane impedance),在各種不同抽載頻率下,因本身佈線(layout)因素可能反映出高低不一的阻抗(impedance)值(如下圖),當阻抗值在某個頻率下超越目標值時,就會造成嚴重雜訊(Power AC noise)與漣波(Power ripple),也會使得 AI 晶片因電源雜訊餘裕度(Power noise margin)不足而失效。
為了解決此問題,我們跳脫傳統電路板設計思維採用新的 BI 模組(Burn in module)設計理念,將電路板從原本的一板測試數顆晶片,微縮至僅測試單顆晶片。搭配目前許多佈線(layout)輔助設計工具,即可在可靠度電路板設計初期,經由軟體分析模擬,調整電源走線長短寬窄、灌孔點大小與數目、解偶合(decoupling)電容值與放置位置等,改善工作電壓與訊號源IR drop與電源層阻抗等問題,避免測試電路板於生產組裝完成後,才面臨效能不符問題。此外,電路板設計微縮至單顆晶片,在測試老化實驗時,能協助客戶以個別待測物(Devices Under Test, 簡稱DUT)取得更多的實驗參數,同時能針對各晶片的電晶體靜態漏電流的不同,分別進行測試參數設定,進一步提升 AI 晶片的測試品質。
AI 晶片可靠度解決方案速查表
宜特的可靠度驗證實驗室從多年經驗中,統整出以上問題和解法,並製作一張圖表讓您快速了解 AI 晶片面對不同可靠度挑戰時的解決方案。