芯片如此重要，我们了解它多少？

前言：

      如今，芯片的重要性已经无须赘言，每个人都从近几年发生的一系列芯片危机事件中有了切身的体会。应对芯片危机，我们需要原始创新，而唯一的方法是诚挚，实事求是地面对现实和历史。

——汪波，《芯片简史》作者

如何理解芯片？

宋继强 ｜撰文

随着数字化转型的加速和信息科技竞争的加剧，半导体芯片作为数字化世界的基石日益被大众关注。但是对于这样一个技术门槛很高的领域，人们通常难以理解为什么在半导体技术方面保持领先那么困难，为什么摩尔定律屡次被断言将要“终结”却仍然有效。关于半导体技术发展的书籍很多，但是能够让非微电子学专业的读者理解个中缘由的却不多。

《芯片简史》一书以半导体技术发展的时间线为主轴，以多种门类的半导体器件演进过程为脉络，覆盖了材料、器件、工艺、架构和应用等多方面内容，展现了半导体行业从理论形成到产业爆发的全貌。本书兼具故事性和知识性，同时刻画了很多半导体行业先驱的性格特质，也揭示了创新组织的不同文化所带来的成功和遗憾，读来让人感慨。

半导体行业的发展，既取决于基础理论研究发现的偶然性，也源自创新者的不懈坚持和应用需求的驱动。芯片产业创新要求紧密结合科学研究和制程技术，既难以弯道超车，也不靠实用主义。从大的时间尺度来看，一项新发明的半导体技术实现产业化需要经历四个阶段：科学研究发现新的材料特性，探究原理从而可以稳定控制材料特性，利用具有新特性的材料设计器件进行实验，针对应用领域进行优化并规模化生产。书中很多诺贝尔奖得主的故事告诉我们，研究的每一个阶段都会遇到未知的困难，这决定了成功的不可预期性。然而正是这种不确定性吸引着半导体领域的顶尖人才不断前行，用摩尔定律作为激励自我的预言来推动芯片技术的指数级发展。正如英特尔现任首席执行官帕特·基辛格所说，在穷尽元素周期表之前，摩尔定律不会失效。

再谈谈屡次被断言将要“终结”却仍然有效的摩尔定律。业内有一种有趣的说法：“Moore’s Law is dead? Long Live Moore’s Law!” 这句话改编自“旧王已死，新王万岁”的西方俗语，其含义是我们总会找到支撑摩尔定律继续生效的突破性技术。只要应用需求迫切而空间巨大，就可以驱动从科技发明到创新应用的飞轮不停转动。

历史上，大规模集成电路和CPU 的科技变革让廉价的个人计算机成为现实，而个人电脑和互联网的普及又给了先进计算芯片技术应用巨大的市场。无线通信、云计算和人工智能的发展也是如此。近年来，随着半导体先进制程技术在纳米工艺节点逼近个位数，晶体管微缩将面临越来越大的挑战。同时，全球数字化转型的加速给芯片行业的发展带来了巨大的机遇，各种新兴应用，如人工智能、元宇宙、算网融合对算力的需求暴增。目前多种技术创新正在同步推进，例如，采用全新的GAA-FET 结构并引入超薄2D 通道材料来继续推进晶体管微缩；采用多种架构的处理器（CPU、GPU、DPU、NPU、IPU 等）来以更高的能效比处理数据；采用3D 先进封装技术来集成异构的小芯片（chiplet）形成准单芯片设计；等等。道阻且长，行则将至。在绿色计算规模化应用的大前提下，未来芯片产业的发展一定是由多维技术组合推动的，我们可以预见，在单个计算设备内集成的晶体管数量将从现在的千亿级别稳步迈进万亿级别。

由于芯片发展历史的时间跨度很大，本书的内容中对芯片技术近年的发展涉及较少，殷切期望作者未来能有续篇问世，带领读者继续体验数字化转型时代芯片创新的艰辛与喜悦。

注：本文为作者为《芯片简史》所写推荐序，《赛先生》获授权转载。

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