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宋繼強
《芯片簡史——芯片是如何誕生并改變世界的》汪波 著 湛廬文化/浙江教育出版社
隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速和信息科技競爭的加劇，半導體芯片作為數(shù)字化世界的基石日益被大眾關(guān)注。但是對于這樣一個技術(shù)門檻很高的領(lǐng)域，人們通常難以理解為什么在半導體技術(shù)方面保持領(lǐng)先那么困難，為什么摩爾定律屢次被斷言將要“終結(jié)”卻仍然有效。關(guān)于半導體技術(shù)發(fā)展的書籍很多，但是能夠讓非微電子學專業(yè)的讀者理解個中緣由的卻不多。
《芯片簡史》一書以半導體技術(shù)發(fā)展的時間線為主軸，以多種門類的半導體器件演進過程為脈絡(luò)，覆蓋了材料、器件、工藝、架構(gòu)和應(yīng)用等多方面內(nèi)容，展現(xiàn)了半導體行業(yè)從理論形成到產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的全貌。本書兼具故事性和知識性，同時刻畫了很多半導體行業(yè)先驅(qū)的性格特質(zhì)，也揭示了創(chuàng)新組織的不同文化所帶來的成功和遺憾，讀來讓人感慨。
半導體行業(yè)的發(fā)展，既取決于基礎(chǔ)理論研究發(fā)現(xiàn)的偶然性，也源自創(chuàng)新者的不懈堅持和應(yīng)用需求的驅(qū)動。芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新要求緊密結(jié)合科學研究和制程技術(shù)，既難以彎道超車，也不靠實用主義。從大的時間尺度來看，一項新發(fā)明的半導體技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化需要經(jīng)歷四個階段：科學研究發(fā)現(xiàn)新的材料特性，探究原理從而可以穩(wěn)定控制材料特性，利用具有新特性的材料設(shè)計器件進行實驗，針對應(yīng)用領(lǐng)域進行優(yōu)化并規(guī)模化生產(chǎn)。書中很多諾貝爾獎得主的故事告訴我們，研究的每一個階段都會遇到未知的困難，這決定了成功的不可預期性。然而正是這種不確定性吸引著半導體領(lǐng)域的頂尖人才不斷前行，用摩爾定律作為激勵自我的預言來推動芯片技術(shù)的指數(shù)級發(fā)展。正如英特爾現(xiàn)任首席執(zhí)行官帕特·基辛格所說，在窮盡元素周期表之前，摩爾定律不會失效。
再談?wù)剬掖伪粩嘌詫⒁敖K結(jié)”卻仍然有效的摩爾定律。業(yè)內(nèi)有一種有趣的說法：“Moore’s Law is dead？Long Live Moore’s Law！”這句話改編自“舊王已死，新王萬歲”的西方俗語，其含義是我們總會找到支撐摩爾定律繼續(xù)生效的突破性技術(shù)。只要應(yīng)用需求迫切而空間巨大，就可以驅(qū)動從科技發(fā)明到創(chuàng)新應(yīng)用的飛輪不停轉(zhuǎn)動。
歷史上，大規(guī)模集成電路和CPU的科技變革讓廉價的個人計算機成為現(xiàn)實，而個人電腦和互聯(lián)網(wǎng)的普及又給了先進計算芯片技術(shù)應(yīng)用巨大的市場。無線通信、云計算和人工智能的發(fā)展也是如此。近年來，隨著半導體先進制程技術(shù)在納米工藝節(jié)點逼近個位數(shù)，晶體管微縮將面臨越來越大的挑戰(zhàn)。同時，全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速給芯片行業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的機遇，各種新興應(yīng)用，如人工智能、元宇宙、算網(wǎng)融合對算力的需求暴增。目前多種技術(shù)創(chuàng)新正在同步推進，例如，采用全新的GAA-FET結(jié)構(gòu)并引入超薄2D通道材料來繼續(xù)推進晶體管微縮；采用多種架構(gòu)的處理器（CPU、GPU、DPU、NPU、IPU等）來以更高的能效比處理數(shù)據(jù)；采用3D先進封裝技術(shù)來集成異構(gòu)的小芯片形成準單芯片設(shè)計，等等。道阻且長，行則將至。在綠色計算規(guī)模化應(yīng)用的大前提下，未來芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一定是由多維技術(shù)組合推動的，我們可以預見，在單個計算設(shè)備內(nèi)集成的晶體管數(shù)量將從現(xiàn)在的千億級別穩(wěn)步邁進萬億級別。
由于芯片發(fā)展歷史的時間跨度很大，本書的內(nèi)容中對芯片技術(shù)近年的發(fā)展涉及較少，殷切期望作者未來能有續(xù)篇問世，帶領(lǐng)讀者繼續(xù)體驗數(shù)字化轉(zhuǎn)型時代芯片創(chuàng)新的艱辛與喜悅。
（作者為英特爾中國研究院院長）
責任編輯：Rex_12
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