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芯片技術有多神奇？

今天的芯片技術到底有多神奇？它不斷地在微縮，不斷地在縮小。縮小到什么程度呢？我們現在已經做到了7納米，估計明年、后年就到了5納米。

大家說納米是什么意思？對納米沒感覺。確實沒感覺，舉個例子，大家可以想像一下有多小。我們看見過我們自己的紅血球嗎？肯定沒看過，但是大家知道我們的一滴血是紅色的，因為紅血球是紅色，映出來血液是紅的。紅血球的直徑有多大呢？紅血球的直徑是8微米，就是8000納米。按照我們今天的技術，比如說14納米工藝制造的芯片，大概是40個納米大小，因此我們可以在一個紅血球的直徑上放200支晶體管。所以大家可以想，這么精密的東西，正是因為它這么小，所以我們能夠把大量的東西集成在單個的芯片上去。

大家一定會問一個問題，如果按照我們現在的走法，走到5納米，再往下走到3納米，能不能再走下去呢？我們認為可能某一種特定技術走到一定的時候，它就會停下來，但是并不代表著新技術不會出現。前兩年德國科學家就發明了一種稱其為分子級晶體管的新的器件。未來的發展，可能我們的手機會變得越來越小，小到了我們今天不可想象的地步。當然這個小不是說體積變小，是手機芯片的尺寸變小，功能變得越來越大。

但是任何技術都有它的極限，不可能沒有極限，那從芯片角度來說它有哪幾個極限呢？一個就是物理的極限，它尺寸太小了，其實還有功耗的極限。舉個例子，我們家里都有電熨斗，電熨斗的功率密度每平方厘米5瓦。5瓦很小，但是很燙手，我們絕對不敢拿手去直接碰它。

但是集成電路芯片呢？一般的芯片都在每平方厘米幾十瓦，所以我們看到的芯片上往往要背一個散熱器，上面還有一個風扇。當我們功率密度達到每平方厘米100瓦以上的時候，風已經不行了，要換成水冷。超級計算機當中要通水，這邊涼水進去那邊就變成溫水出來。這樣的一種熱的耗電，這種熱效應是非常非常厲害的，如果不加控制，到2005年前后，我們芯片的溫度已經達到了核反應堆的溫度，到2010的時候大概已經可以達到太陽表面的溫度了，那么這么熱的東西可能用嗎？不可能用。

因此人們想了一個辦法，我們要想辦法把這功耗降下來，把原來的單核變成雙核。后來延伸到手機，就出現了一個特別有意思的現象，大家去買手機的時候售貨員跟你說，買這個手機吧，這個手機是4核的，4核的功能強大，比那個好。另外一個人跟你說，別買那4核的，我這兒有8核的，8核的比4核好。什么意思呀？實際上他們對這個問題不理解，是因為我們做不成單核，我們把它做成雙核，做成4核、8核。從可編程性來說，單核是最好的，但是如果要達到四個核要跑的功率的話，單核的功耗要做得很高，太熱了。熱了怎么辦呢？我只好把它拆開，實際上是以系統的復雜性為代價來解決我們的功耗問題。所以，功耗問題成為制約我們發展的非常重要的一個麻煩。

第二個就是工藝的難度非常非常大。集成電路制造過程當中，它的掩膜的層數實際上在不斷地變化，從65納米的40層，到7納米的時候，到了85層。這么多層，每層跑一天的話，要80幾天才能跑完，對吧？所以我們現在芯片的制造要花費很長很長的時間，都不是短期內能做成的，萬一有一個閃失，這個芯片可能就報廢掉了，所以它的工藝復雜程度非常得高。

第三個我們看到就是它的設計復雜度很高。那么正是因為有如此多的晶體管放在一顆芯片上，它的通用性變得越來越差，所以出現了所謂叫“高端通用芯片”，要去尋找更通用的解決方案，那就把軟件引進來。因此我會經常講一句話：“芯片、軟件兩者密不可分，沒有芯片的軟件是孤魂野鬼，沒有軟件的芯片是行尸走肉。”我們經常在教學當中也好，工作當中也好，都是要把兩者有機地結合起來。

當然所有這些工藝問題，那還都是技術問題，最最重要的是經濟問題。摩爾定律50多年的發展過程當中，集成電路大概有55年的時間是處在降價的過程當中，直接的效益就是我們電子產品很便宜，便宜到什么程度？我們很多年輕人每半年換一部手機，現在大家不敢換了，因為什么呢？手機變得貴起來了。原因就是芯片的發展由于投入的增加、復雜度的增加，它的成本其實是在緩慢地增加的，28納米之前我們的成本是不斷在下降，28納米之后我們的成本在逐漸地上升。因此我們也可以預測一下，就是未來我們的電子產品不再會像前幾年那樣不斷地降價，估計會再漲價，當然是緩慢地漲。所以我們說，芯片技術的發展過程到今天為止，我們仍然沒有看到它的終點。