微芯片:过去、现在与未来

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  • 谷歌打造了一款“令人难以置信”的微芯片,只需五分钟即可完成世界上最快的计算机需要十的二十四次方年(10 septillion年)才能完成的任务。

  • 这一突破将使我们向“量子经济”又迈进一步。根据世界经济论坛的《量子经济蓝图》报告,目前已有超过400亿美元的公共部门投资正投入其中。

  • 微芯片的历史始于1947年晶体管的发明,如今,微芯片正在不断发展,以满足人工智能技术日益增长的功耗和能源需求。

微芯片正在进入一个充满无限可能的全新世界。

人工智能(AI)及其对功耗和速度的庞大需求,正推动新一代微芯片创新。2024年3月,美国加州科技公司英伟达推出了一款人工智能芯片,其任务处理速度可比前代产品快30倍。

而如今,谷歌打造了一款“令人难以置信”的芯片,只需五分钟即可完成世界上最快的计算机需要十的二十四次方年才能完成的任务,据《卫报》报道。

这是量子计算领域的最新突破,将使我们向“量子经济”又迈进一步。据麦肯锡分析,到2035年,该经济规模可能达到高达2万亿美元的价值。根据世界经济论坛的《量子经济蓝图》报告,目前已有超过400亿美元的公共部门投资正投入这一技术。

那么,什么是微芯片?它们又如何改变了我们的世界?

微芯片技术的进步正推动量子经济发展,到2035年,该经济规模可能达到2万亿美元。Image: 麦肯锡公司

什么是微芯片?

微芯片是一组电子电路,位于一片小型扁平硅晶圆之上,半导体专家阿斯麦(ASML)如是解释。

硅质地坚硬且脆,与晶体相似,是地球上含量仅次于氧的第二丰富的化学元素。它由沙子制成,具有适用于芯片制造的独特电学和热学特性。

微芯片简史

微芯片历史上的一个重要时间节点是1947年,当时,作为微芯片关键前身的晶体管在贝尔实验室(Bell Labs)发明。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。

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晶体管本质上是微小的开关,用于接通或断开电流。如今,一块微小的芯片可容纳数十亿个晶体管,英国广播公司(BBC)的《地球制造》系列节目如是解释。

随后在1958年,电子公司德州仪器的电气工程师杰克·基尔比(Jack Kilby)制造出了第一块集成电路。据电子新闻网站Electropages报道,这是现代微芯片的奠基性突破。

集成电路是由相互连接的组件(包括晶体管)构成的小型电子芯片。

1959年,又一项关键创新问世,物理学家罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)开发出首个实用的集成电路,该电路为一体成型,可实现批量生产。

20世纪60年代初,美国国家航空航天局(NASA)作为早期采用者,推动了微芯片技术的发展。

不同类型的微芯片

微芯片虽然体积都很小,但形态多样。

通用芯片是现代计算的主力,旨在高效处理各类任务。这些集成电路,例如中央处理器(CPU),包含数百万乃至数十亿个晶体管,可执行各种计算和运算。它们应用于个人电脑、智能手机和服务器等设备中。

随着专用芯片的发展,催生了针对特定任务优化的专用处理器,例如用于渲染图像和视频的图形处理器(GPU)。

量子芯片,例如谷歌的Willow,代表了计算技术的前沿,利用量子力学原理执行普通计算机无法完成,或需要极长时间才能完成的计算。

神经形态芯片,也称为类脑芯片,旨在模拟生物神经网络的结构与功能。这类芯片利用人工神经元和突触,以类似人脑的方式处理信息,通常具备并行处理、低功耗和片上存储等特性。

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微芯片如何改变了世界?

没有微芯片,日常技术——从互联网到手持计算器——将只存在于科幻小说之中,新闻网站Slate如是认为。

微芯片使电子设备变得日益小巧、强大且高效。

例如,超声波扫描仪通常是大型设备,在医院和诊所中需用推车四处移动。微芯片技术的小型化意味着此类设备如今已可制成口袋大小的移动设备。

微芯片的新纪元

科学家正利用光粒子而非电力传输数据,从而推动新一代微芯片技术取得进展。

总部位于波士顿的初创企业Lightmatter,例如,正在利用光来提升人工智能技术所用芯片的处理能力,并大幅降低其巨大的能耗需求。

在传输信息方面,光的能效远高于通过导线传输的电信号,该公司向路透社表示。

德国初创企业Semron正在研发一种芯片,用于在智能手机、耳塞、虚拟现实头显及其他移动设备上本地运行人工智能程序,新闻网站TechCrunch如是解释。

Semron的芯片并非利用电流进行计算(这是计算机芯片的传统工作方式),而是利用电场。该公司表示,这降低了芯片的制造成本,并提高了其能效。

随着芯片不断发展,全球科学家仍在持续探索更加绿色的计算范式。量子能源研究所的一项分析发现,量子计算机在计算的能源和用水方面可能具有优势。

“量子促进社会挑战”旨在加速量子初创企业开展与联合国可持续发展目标相一致的可持续影响力项目。该挑战由UpLink、量子经济网络以及沙特阿拉伯第四次工业革命中心发起,聚焦于气候、医疗保健、粮食系统等领域的量子解决方案,并通过资金支持、生态系统对接及产品与市场匹配等方式助力创新。

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