《芯片簡史》書封。

　　芯片可以看作人體器官的延伸，它延伸了我們的大腦、眼睛、皮膚……

　　“芯片可以看作人體器官的延伸，它延伸了我們的大腦，因為它有計算和儲存知識信息的能力；它也延伸了我們的眼睛，因為它有拍照能力；它還延伸了我們的皮膚，因為它有感知能力……”芯片不是一項孤立的技術(shù)，它與人類和環(huán)境共同構(gòu)成了一個彼此依存的世界。

　　汪波博士

　　近日，資深芯片研究專家、《芯片簡史》作者汪波博士在接受澎湃科技采訪時，對芯片在人類生活中扮演的角色作出了上述表述。

　　芯片自誕生迄今，不過60多年的時間，卻已“帶領(lǐng)”人類告別信息閉塞和諸多不便的時代。如今，芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展處于瓶頸之中，如何應(yīng)對“極限”挑戰(zhàn)？

　　芯片危機(jī)

　　芯片是指由半導(dǎo)體構(gòu)成的集成電路。半導(dǎo)體是一類特殊的導(dǎo)電材料，而集成電路則是半導(dǎo)體器件的集合。

　　芯片由一大張晶圓分割而成，體積很小，常常是計算機(jī)或其他電子設(shè)備的一部分。

　　如果把晶圓體看成一本書，半導(dǎo)體便是造紙的原材料，芯片則是一頁頁紙張。

　　1965年，英特爾創(chuàng)始人戈登·摩爾提出，依據(jù)成本最低原則，芯片上的元件數(shù)量將以每年翻倍的速率增加j9九游會。

　　1975年，他將翻倍周期修改為兩年。在這種增長節(jié)奏的推動下，人類先后進(jìn)入了PC時代、互聯(lián)網(wǎng)時代和AI時代。

　　但功耗、內(nèi)存、開關(guān)頻率以及算力瓶頸等問題，正滯緩摩爾定律的前進(jìn)。更為重要的是，摩爾定律受量子力學(xué)的限制，晶體管的尺寸正逼近物理極限。“當(dāng)晶體管小到原子尺寸時，量子效應(yīng)會發(fā)生作用，電子會從原子中逃逸出去，晶體管就無法正常工作，芯片也會失效?！?/p>

　　對中國而言，汪波認(rèn)為，“目前非常緊迫的（問題），一個是，先進(jìn)的光刻機(jī)我們買不到。另一個是，先進(jìn)的GPU我們也買不到。”

　　光刻機(jī)是制造芯片的關(guān)鍵技術(shù)支撐。光源發(fā)出的紫外光通過印有電路圖形的掩模板，對涂有光刻膠的晶圓片進(jìn)行曝光，被光照射到的光刻膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這樣掩模板上的電路圖形就轉(zhuǎn)移到了光刻膠上，進(jìn)而通過刻蝕使得晶圓表面也形成了電路圖形。光刻是芯片制造流程中極為關(guān)鍵的一步，其精度決定了芯片加工能達(dá)到的最小尺寸。

　　由于前期技術(shù)投入的疏忽以及起步較晚，中國目前尚未造出先進(jìn)的EUV光刻機(jī)。

　　GPU(Graphic Processing Unit)即圖形處理器，本來是一種顯示芯片，用于加速計算機(jī)上的圖像處理。但由于GPU 可快速執(zhí)行數(shù)學(xué)計算，能使某些計算的運行速度比在CPU上運行快10至100倍。這一特性使GPU成為推動機(jī)器學(xué)習(xí) (ML)、人工智能 (AI) 和區(qū)塊鏈等新興和未來技術(shù)發(fā)展的重要工具。

　　隨著西方對中國在GPU領(lǐng)域的技術(shù)封鎖，許多國內(nèi)公司轉(zhuǎn)向了自研GPU。但相較于國際巨頭AMD和英偉達(dá)（NIVIDIA），國產(chǎn)GPU在性能上仍有較大差距。九游會j9網(wǎng)站首頁

　　“還有一個很重要的問題，是對芯片集成電路領(lǐng)域的人才培養(yǎng)。”汪波坦言，“我們過去培養(yǎng)的人才不多，而且很多都轉(zhuǎn)行去了互聯(lián)網(wǎng)等更高薪的行業(yè)，加劇了今天芯片領(lǐng)域的卡脖子問題?！蓖舨ㄕJ(rèn)為，人才培養(yǎng)需要花大量時間、長久地積累經(jīng)驗，以及建立完善的實驗線，“成本非常大，但我們必須進(jìn)行這樣的培養(yǎng)?！?/p>

　　應(yīng)對危機(jī)，需要坦誠的創(chuàng)新與叛逆

　　“應(yīng)對芯片危機(jī)，我們需要原始創(chuàng)新，而唯一的方法是誠實地面對現(xiàn)實和歷史。”在汪波眼中，這種誠實意味著實事求是地面對當(dāng)下芯片升級發(fā)展的阻礙，認(rèn)清芯片發(fā)展的規(guī)律，腳踏實地，做好長期應(yīng)對難題的準(zhǔn)備。

　　汪波認(rèn)為，摩爾定律的終結(jié)是一件無須辯論的事情，那一天終究會來到。為了延緩那一天的到來，他提出了三種應(yīng)對策略：一是“延續(xù)摩爾”，繼續(xù)提高芯片中晶體管的密度；二是“擴(kuò)展摩爾”，提高芯片的豐富程度、拓展芯片用途、集成各類專門芯片的功能；三是“超越摩爾”，探索MOS場效晶體管以外的新型晶體管，開發(fā)新的芯片品種。

　　汪波表示，當(dāng)下應(yīng)以“延續(xù)摩爾”為主線，同時不放松對其他路徑的研究。通過立體堆疊、改變現(xiàn)有晶體管的工作模式、探索除硅之外的新材料等手段，繼續(xù)提升芯片的性能和算力。

　　創(chuàng)新的發(fā)生無法預(yù)測， 但往往是從已有的脈絡(luò)著手。汪波表示，可以從技術(shù)底層尋求突破，構(gòu)思出不同于現(xiàn)有硅晶體管的新器件，從而改變芯片的架構(gòu)和應(yīng)用。同時應(yīng)該順應(yīng)應(yīng)用驅(qū)動的趨勢，從應(yīng)用需求中尋找新的突破點，進(jìn)而優(yōu)化甚至發(fā)明新的芯片。

　　芯片的發(fā)展史是一部創(chuàng)新史和叛逆史。”汪波在書中強調(diào)，“要不盲從，不畏懼，從否定中汲取能量?！?/p>

　　汪波博士接受采訪。

　　他以肖克利發(fā)明結(jié)型晶體管的故事為例。肖克利作為貝爾實驗室晶體管研究小組的組長，卻被兩個手下巴丁和布拉頓搶先發(fā)明了第一個晶體管——點接觸晶體管，他因此遭受了很大的心理挫折。但肖克利并沒有一味沮喪，而是把失敗當(dāng)作進(jìn)步的墊腳石，埋頭思考巴丁和布拉頓的點接觸晶體管存在的問題、如何加以改進(jìn)，最終成功發(fā)明了雙極結(jié)型晶體管（BJT），成為后來30年間的主流晶體管結(jié)構(gòu)。

　　汪波表示，只要創(chuàng)新和叛逆不停止，芯片產(chǎn)業(yè)就一直在前進(jìn)的路上。正如摩爾本人所說，一切已成事，皆可再超越?！皩Ψ穸ǖ姆穸?，也是一種創(chuàng)新?！?/p>