《芯片简史》书封。

芯片可以看作人体器官的延伸，它延伸了我们的大脑、眼睛、皮肤……

“芯片可以看作人体器官的延伸，它延伸了我们的大脑，因为它有计算和储存知识信息的能力；它也延伸了我们的眼睛，因为它有拍照能力；它还延伸了我们的皮肤，因为它有感知能力……”芯片不是一项孤立的技术，它与人类和环境共同构成了一个彼此依存的世界。

汪波博士

近日，资深芯片研究专家、《芯片简史》作者汪波博士在接受澎湃科技采访时，对芯片在人类生活中扮演的角色作出了上述表述。

芯片自诞生迄今，不过60多年的时间，却已“带领”人类告别信息闭塞和诸多不便的时代。如今，芯片产业的发展处于瓶颈之中，如何应对“极限”挑战？

芯片危机

芯片是指由半导体构成的集成电路。半导体是一类特殊的导电材料，而集成电路则是半导体器件的集合。

芯片由一大张晶圆分割而成，体积很小，常常是计算机或其他电子设备的一部分。

如果把晶圆体看成一本书，半导体便是造纸的原材料，芯片则是一页页纸张。

1965年，英特尔创始人戈登·摩尔提出，依据成本最低原则，芯片上的元件数量将以每年翻倍的速率增加。

1975年，他将翻倍周期修改为两年。在这种增长节奏的推动下，人类先后进入了PC时代、互联网时代和AI时代。

但功耗、内存、开关频率以及算力瓶颈等问题，正滞缓摩尔定律的前进。更为重要的是，摩尔定律受量子力学的限制，晶体管的尺寸正逼近物理极限。“当晶体管小到原子尺寸时，量子效应会发生作用，电子会从原子中逃逸出去，晶体管就无法正常工作，芯片也会失效。”

对中国而言，汪波认为，“目前非常紧迫的（问题），一个是，先进的光刻机我们买不到。另一个是，先进的GPU我们也买不到。”

光刻机是制造芯片的关键技术支撑。光源发出的紫外光通过印有电路图形的掩模板，对涂有光刻胶的晶圆片进行曝光，被光照射到的光刻胶发生化学反应，这样掩模板上的电路图形就转移到了光刻胶上，进而通过刻蚀使得晶圆表面也形成了电路图形。光刻是芯片制造流程中极为关键的一步，其精度决定了芯片加工能达到的最小尺寸。

由于前期技术投入的疏忽以及起步较晚，中国目前尚未造出先进的EUV光刻机。

GPU(Graphic Processing Unit)即图形处理器，本来是一种显示芯片，用于加速计算机上的图像处理。但由于GPU 可快速执行数学计算，能使某些计算的运行速度比在CPU上运行快10至100倍。这一特性使GPU成为推动机器学习 (ML)、人工智能 (AI) 和区块链等新兴和未来技术发展的重要工具。

随着西方对中国在GPU领域的技术封锁，许多国内公司转向了自研GPU。但相较于国际巨头AMD和英伟达（NIVIDIA），国产GPU在性能上仍有较大差距。

“还有一个很重要的问题，是对芯片集成电路领域的人才培养。”汪波坦言，“我们过去培养的人才不多，而且很多都转行去了互联网等更高薪的行业，加剧了今天芯片领域的卡脖子问题。”汪波认为，人才培养需要花大量时间、长久地积累经验，以及建立完善的实验线，“成本非常大，但我们必须进行这样的培养。”