《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，它與人類和環境共同構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”人類告別信息閉塞和諸多不便的時代。如今，芯片產業的發展處于瓶頸之中，如何應對“極限”挑戰？

芯片危機

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

芯片由一大張晶圓分割而成，體積很小，常常是計算機或其他電子設備的一部分。

如果把晶圓體看成一本書，半導體便是造紙的原材料，芯片則是一頁頁紙張。

1965年，英特爾創始人戈登·摩爾提出，依據成本最低原則，芯片上的元件數量將以每年翻倍的速率增加。

1975年，他將翻倍周期修改為兩年。在這種增長節奏的推動下，人類先后進入了PC時代、互聯網時代和AI時代。

但功耗、內存、開關頻率以及算力瓶頸等問題，正滯緩摩爾定律的前進。更為重要的是，摩爾定律受量子力學的限制，晶體管的尺寸正逼近物理極限。“當晶體管小到原子尺寸時，量子效應會發生作用，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。”

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

光刻機是制造芯片的關鍵技術支撐。光源發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行曝光，被光照射到的光刻膠發生化學反應，這樣掩模板上的電路圖形就轉移到了光刻膠上，進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鍵的一步，其精度決定了芯片加工能達到的最小尺寸。

由于前期技術投入的疏忽以及起步較晚，中國目前尚未造出先進的EUV光刻機。

GPU(Graphic Processing Unit)即圖形處理器，本來是一種顯示芯片，用于加速計算機上的圖像處理。但由于GPU 可快速執行數學計算，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成為推動機器學習 (ML)、人工智能 (AI) 和區塊鏈等新興和未來技術發展的重要工具。

隨著西方對中國在GPU領域的技術封鎖，許多國內公司轉向了自研GPU。但相較于國際巨頭AMD和英偉達（NIVIDIA），國產GPU在性能上仍有較大差距。

“還有一個很重要的問題，是對芯片集成電路領域的人才培養。”汪波坦言，“我們過去培養的人才不多，而且很多都轉行去了互聯網等更高薪的行業，加劇了今天芯片領域的卡脖子問題。”汪波認為，人才培養需要花大量時間、長久地積累經驗，以及建立完善的實驗線，“成本非常大，但我們必須進行這樣的培養。”

應對危機，需要坦誠的創新與叛逆

“應對芯片危機，我們需要原始創新，而唯一的方法是誠實地面對現實和歷史。”在汪波眼中，這種誠實意味著實事求是地面對當下芯片升級發展的阻礙，認清芯片發展的規律，腳踏實地，做好長期應對難題的準備。

汪波認為，摩爾定律的終結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，他提出了三種應對策略：一是“延續摩爾”，繼續提高芯片中晶體管的密度；二是“擴展摩爾”，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，開發新的芯片品種。

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

創新的發生無法預測， 但往往是從已有的脈絡著手。汪波表示，可以從技術底層尋求突破，構思出不同于現有硅晶體管的新器件，從而改變芯片的架構和應用。同時應該順應應用驅動的趨勢，從應用需求中尋找新的突破點，進而優化甚至發明新的芯片。

芯片的發展史是一部創新史和叛逆史。”汪波在書中強調，“要不盲從，不畏懼，從否定中汲取能量。”

汪波博士接受采訪。

他以肖克利發明結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，而是把失敗當作進步的墊腳石，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，最終成功發明了雙極結型晶體管（BJT），成為后來30年間的主流晶體管結構。

汪波表示，只要創新和叛逆不停止，芯片產業就一直在前進的路上。正如摩爾本人所說，一切已成事，皆可再超越。“對否定的否定，也是一種創新。”