走近微芯片的过去、现在和未来

微芯片正在进入一个充满可能性的全新世界。

人工智能及其对功率和速度的巨大需求正在推动新一代微芯片创新。2024年3月，加州科技公司Nvidia推出了一款AI芯片，其完成任务的速度比上一代快30倍。

据《卫报》报道，如今谷歌已经打造出一款“令人难以置信”的芯片，它仅需五分钟就能完成世界上最快的计算机需要十万亿年才能完成的任务。

这是量子计算的最新突破，将使我们更接近“量子经济”。根据麦肯锡的分析，到2035年，量子经济的规模可能高达2万亿美元。根据世界经济论坛的《量子经济蓝图》报告，目前，公共部门已向该技术投入了超过400亿美元的投资。

那么，什么是微芯片？它如何改变我们的世界？

荷兰半导体公司ASML解释说，微芯片是位于小块扁平硅晶片上的一组电子电路。

硅硬而脆，像水晶一样，是地球上仅次于氧的第二丰富化学元素。它由沙子制成，具有用于芯片制造的独特电学和热学特性。

微芯片历史上的一个重要时间节点是1947年。这一年，贝尔实验室发明了微芯片的关键前身——晶体管。贝尔实验室是一家以其开创性创新而闻名的美国电信研发公司。

晶体管本质上是打开或关闭电流的微型开关。BBC的《地球制造》系列节目解释说，如今，一块微型芯片可以容纳数十亿个晶体管。

1958年，德州仪器电子公司的电气工程师Jack Kilby发明了第一块集成电路。据电子新闻网站Electropages报道，这是现代微芯片的一项基础性突破。

另一项关键创新是1959年，物理学家Robert Noyce开发出的第一个可大规模生产的实用集成电路。集成电路是由互连元件（包括晶体管）组成的小型电子芯片。

20世纪60年代初，NASA作为早期采用者，推动了微芯片技术的发展。

尽管微芯片很小，但其形状却多种多样。

通用芯片是现代计算的主力，旨在高效处理各种任务。这些集成电路（例如CPU）包含数百万或数十亿个晶体管，可以执行各种计算和操作。它们可以存在于个人电脑、智能手机和服务器等设备中。

专用芯片的发展导致了针对特定任务进行优化的专用处理器的出现，例如用于渲染图像和视频的图形处理单元（即GPU）。

量子芯片。如谷歌的Willow，正代表着计算技术的前沿。它们利用量子力学原理来执行普通计算机无法完成或需要很长时间才能完成的计算。

神经形态芯片，也称为受大脑启发的芯片，旨在模仿生物神经网络的结构和功能。这些芯片使用人工神经元和突触以类似于人脑的方式处理信息，通常具有并行处理、低功耗和片上内存等功能。

新闻网站Slate称，如果没有微芯片，日常技术——从互联网到手持计算器——都将成为科幻小说中的东西。

微芯片使得电子设备变得越来越小，功能越来越强大，效率越来越高。

例如，超声波扫描仪通常是医院和诊所里放在推车上的大型机器。微型芯片技术的进步意味着它们现在可以作为口袋大小的移动设备使用。

科学家们正在利用光粒子（而不是电）来传输数据，从而解锁下一代微芯片技术的进步。

例如，总部位于波士顿的初创公司Lightmatter正在利用光来提高处理能力并减少人工智能技术中使用的芯片的巨大能源需求。

这一公司向路透社表示，光传输信息的能源效率远远高于通过电线传输的电信号。

新闻网站TechCrunch报道称，德国初创公司Semron正在开发一种芯片，可以在智能手机、耳塞、虚拟现实耳机和其他移动设备上本地运行人工智能程序。

Semron的芯片使用电场进行计算，而不是使用电流进行计算（这是计算机芯片的传统工作方式）。他们表示，这降低了芯片的制造成本，并提高了芯片的能源效率。

随着芯片的进步，全球科学家继续致力于寻找更环保的计算模式。量子能源研究所的一项分析发现，量子计算机在计算能源和水资源使用方面具有优势。

量子社会挑战赛旨在加速量子初创企业的发展，创造与联合国可持续发展目标相一致的可持续影响。该挑战赛由量子经济网络UpLink和沙特阿拉伯第四次工业革命中心发起，重点关注气候、医疗保健、食品系统等领域的量子解决方案，并通过资金、生态系统连接和产品市场契合度支持创新。

欢迎贡献您的创新想法，和我们一起解决世界上最紧迫的可持续发展挑战，携手共同建设量子经济。

本文作者：

Victoria Masterson，论坛议程高级撰稿人

Madeleine North，论坛议程高级撰稿人

本文原载于世界经济论坛Agenda博客，转载请注明来源并附上本文链接。

编辑：王灿