Re: [問題] 電機和資工會用到物理嗎?

看板SENIORHIGH作者 (Ethan)時間4年前 (2019/08/18 14:45), 4年前編輯推噓5(502)
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※ 引述《canson (戡神)》之銘言: : 尢尢 : 資工, 資科還要採取物理的原因到底是什麼? : 因為這兩個科系應該不需要物理才對吧. 但是 : 對資工有興趣對物理沒興趣的人缺可能因為這 : 樣就無法進入好學校的相關科系, 或者就跑去 : 文組了, 但是文組還是有數學好的學生, 這些 : 人不代表不能唸資訊相關科系的吧. 小弟回一下文,你的提問已經有很多版友給解答了,所以這篇文章只是 想藉此標題來做一下科普 XD 因為我覺得台灣的網路資源真的滿少的, 就像是我們常說有錢人的想像力比較豐富一樣,沒聽過就只能靠想像力了。 在此分享一個在國外才比較有點討論的東西,就是 ddss 版友分享的模擬。 這裡我想分享跟台積電有密切關係的半導體元件模擬軟體:TCAD 如果以後有人對這領域、方向有興趣,可以提早做準備,確實是有這麼 一條路的。 ----- 我是112物理&奈米電子(固態),成天在做的事情就是模擬一個元件是不是真 的能如我們設計者預期的發揮作用。而當你拿到元件之後,發現他的電流電 壓關係跟你預期得差很多,這時又該怎樣做逆向模擬,找到正確的主導電性 表現的物理模型參數,然後再代回模擬軟體裡面驗證。 所謂的資工與物理的重疊之處就在於這個模擬軟體的「設計」。例如說我正在 用的軟體是 Sentaurus TCAD,其競爭者有 Silvaco TCAD、Global TCAD solu- tions。如果你仔細觀察他們官網中的 news,你會看到他們有跟某某機構合作。 而這些機構當然就是研究機構了,通常是某某大學,例如孟買印度科技學院( IIT Bombay)、奧地利的維也納工業大學(TU Wien)、比利時微電子研究中心 (Imec)。具體來說,有個東西被炒了很多年,說是在許多方面比現有DRAM或 SRAM還要好很多,叫做MRAM(磁阻式隨機存取記憶體)。這是個商機,所以就 有模擬它的需求。畢竟只要你能模擬,你就能夠省下很多製作元件以及做實驗 的金錢與時間成本去幫助你設計最好的元件來賺錢。因此目前 Silvaco TCAD 團隊就在跟 TU Wien 合作建構MRAM的模擬功能。 如果你再仔細觀察那些學術機構過去發表的博士論文,或是什麼之類的。你會 發現他們每個博士負責的是這些模擬功能的一小塊,例如說現有的物理模型中, 你知道摩擦力有正比於速度1次方與2次方的模型,那請問你是不是能夠進一步 幫我模擬正比於速度 1.5 次方的摩擦力呢?可以,只要你知道在物理上,這種 新的摩擦力模型是怎樣與牛頓定律、其他摩擦力模型相互影響,那麼你就有辦 法寫程式去模擬它。例如這個1.5次方的摩擦力很特別,它的效應除了是直接在 牛頓定律的合力項掛上 F=kv^1.5 以外,還得將其他摩擦力開根號(我胡扯的)。 那麼你就得需要有博士生去研究,這樣開根號究竟會造成什麼效果?而在研究 的時候,那可不是簡單的 paper work,因為這些研究是很難做實驗的理論研究, 所以你就得用很多數值模擬的方法去做一些「相對來說較小的模擬」去驗證你的 理論,或甚至是去「探索那個理論所導致的現象與結果」。例如可以是目前我也 在做的Monte-Carlo simulation。有的時候為了輸入已知結構數據(如電場分佈), 會再搭配有限元素法來模擬元件電場與載子濃度分佈。然後你會發現這算太慢了, 所以你改用 Random walk method來模擬才快。而這有時又涉及物理數學中的 Green's function 甚至是 Galerkin's method。據我所知在 Synopsys(新思) 的 starRC 中就有用到這演算法去算積體電路中的寄生電阻電容,因為在元件與 接線距離與尺寸非常小的情況下,原先可忽略的電阻電容都不再能忽略,這會使 得訊號並不同步,有所延遲,所以得去算出來。 就我理解,以上用到的程式還是小兒科(當然資料結構&演算法仍是必要的), 因為你還在研究物理階段。但是你需要的物理就非常非常艱澀困難,首先當然 是要很熟悉掌握固態物理,像是小弟因為興趣就修了電子所&材料所的固態物 理,但也只是對很基本的東西比較熟而已,例如能帶,或是究竟所謂的擴散電 流與飄移電流的現象學公式是怎麼來的,其理論基礎是什麼?(相空間中的 Liouville's theorem: Boltzmann transport equation,BTE)。還有非常非 常多的物理需要搞懂,BTE只是基本中的基本,但卻是許多固態物理課都會忽 略不提的(我修的兩堂都沒提),因為在台灣很難有機會用到這些理論。而只 有到你很懂物理之後,你才可能開始寫程式去模擬那些複雜現象,例如我正在 寫 Monte-Carlo simulation,說穿了就不過是一直叫程式幫你擲骰子,這也 沒啥,就隨機變數罷了。但困難的在於晶格散射機制很多種,你得判斷你會用 到哪些機制,以及那些機制的物理是什麼,才能夠知道哪些變數是已知,哪些 變數是得靠實驗去擬合等,所以會用到超級多固態物理中的能帶觀念(Band structure),要對布里淵區概念非常熟(Brillouin zone)等。或是說怎樣 用機率均勻分布在[0,1]的變數,產生任意機率函數的變數。 當你研究完了,就得「開發設計成一個可用的軟體模型」。 以先前提到的Silvaco與TU Wien的MRAM模擬開發合作為例,他們這時就得需要會 什麼平行運算之類的我也不懂的東西來去寫,然後老闆就會開始徵這種人才,並 且附註「不懂物理也OK哦」。這時的重點核心就不在物理開發了,因為已經被 前面的人開發完。可是你說這就不用物理嗎?會的話當然最好,畢竟那就是你正 在寫的程式背後的東西。而其實我覺得對資工神人來說,那些東西可能會比較小 兒科,不是那麼「資工」那麼偏軟體。所以很會寫程式的人可能也不會對這種工 作有興趣。那麼誰會對這有興趣呢?大概是像我這種被背後的物理吸引的人會有 興趣。因此這時候就是物理&資工能力都得兼顧的時候。有時還是對應用數學特 別有興趣的人,因為裡面用到了很多我覺得很數學的東西,像是 Galerkin's me- thod 等。 這種學位畢業的人大多都是走建立「硬體與軟體間橋樑」的軟體工程師,工作 應該是都在國外,這在外商應該叫做 physics engine development。台灣分部 大多只能是支援客戶(台積電等)居多。 對這種模擬軟體有興趣的學弟妹,可以提早多多學物理、數學與程式XD -- 不過想到現在好像連 y=f(x) 都要從課綱刪掉,聽說是因為老師覺得很多學生都 學不會這觀念,所以乾脆刪掉.....台灣的理論科學真的一直在退步...就以模擬 這塊來說,一定是在許多對理論有興趣的人之中,有那麼幾個對科技發展有興趣, 所以才會碰模擬。所以一個國家的基礎科學理論越強,越能盡快捕捉到發展重點, 然後快速開發...。當一個國家已經能開發出MRAM模擬軟體時,就表示他們勢必對 MRAM基礎物理掌握得比較清楚了,你說他們會不會因此就更快開發出MRAM呢?雖然 答案是不一定,但我傾向相信確實會。 台灣加油QQ -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 123.192.0.245 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/SENIORHIGH/M.1566110718.A.69F.html

08/18 15:29, 4年前 , 1F
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08/18 15:31, 4年前 , 2F
之前有聽過拓樸半導體的seminar,講者認為沒啥用
08/18 15:31, 2F
嗯嗯 之前我修磁性材料時,老師好像也沒有覺得說很樂觀。不過我也不 清楚就是了,畢竟只是自己臆測。 ※ 編輯: Philethan (123.192.0.245 臺灣), 08/18/2019 16:01:31

08/18 19:00, 4年前 , 3F
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08/18 19:55, 4年前 , 5F
推 但高中生可能看不懂...
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08/18 19:55, 4年前 , 6F
做design的時候RRAM/MRAM只能掛電阻模擬真的有夠痛苦很
08/18 19:55, 6F

08/18 19:55, 4年前 , 7F
多特性都看不出來(我還是大四菜雞QQ
08/18 19:55, 7F
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