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芯片的前世今生

庄子有言：“一日之锤日取其半，万世不竭”。这句话的意思是指一尺的东西今天取其一半，明天取其一半的一半，后天再取其一半的一半的一半，总有一半留下，所以永远也取不尽，这体现了物质是无限可分的思想。魏少军教授讲到，半导体和芯片的发展，恰好就是按照这样一半一半的往下缩小，而且缩小的过程到现在为止还没有停止。
但是，缩小过程当中必须按照某种规则来进行，也就是要按照规矩，没有规矩，那就不能成方圆。这就印证了孟子在离娄章句上所说：“离娄之明、公输子之巧，不以规矩，不能成方圆”。芯片缩小所沿用的规则正是摩尔定律。
梁启超在莅山西票商欢迎会学说词当中讲到：“夫旧而能守，斯亦已矣！然鄙人以为人之处世也，如逆水行舟，不进则退”。魏少军教授解释到，正如逆水行舟，不进则退，在芯片发展的过程当中，有很多产业就是因为没有跟上技术发展，最后真的就是不进则退，甚至退出历史舞台。魏少军教授对此举了几个有趣的例子：
举例一：胶卷的消失。三四十年前彩色胶卷是稀罕之物，国际著名的柯达公司成立于1880年，但一个百年老店却在2012年1月申请了破产保护。那么打败胶卷的是什么呢？“杀死”胶卷的正是CIS和数码相机。1921年，奥因斯坦因发现了光电效应而获得了诺贝尔物理学奖；48年之后，1969年有两位科学家boyle和Smith，发明了世界上首个电子成像技术—电荷耦合器件，也就是摄像头；1991年柯达发明了数码照相机，当时价格高达13,000美元，重量5公斤，很少有人买得起，所以柯达觉得数码相机没有什么发展前途，故没有生产，但是半导体技术发展之快超乎想象，数码相机的重量和价格都得到了快速的发展，数码相机也渐渐地普及开来，遂而许多人都不再买胶卷。现在看来，当时的“杀死”胶卷的技术从根本上来说正是半导体技术。

举例二：机械钟表的消失。发明于15世纪的机械钟表，从纯粹的计时功能看，已经完全没有存在的价值。毫无疑问杀死机械钟表的是电子表。1971年，当摩托罗拉推出第1款电子手表芯片的时候，大概他们也没有意识到，过了几十年以后，电子手表已经开始取代，甚至基本上把机械手表从计时功能领域当中赶过去。
举例三：磁存储被电存储逐步取代。磁存储的代表产品如磁带、磁盘和计算机中的磁盘等。在1960年代，计算机存储单元的主流是磁芯存储器，并不是今天的半导体内存。如今磁芯存储器早已被半导体内存取代。
举例四：苹果公司的崛起。由于半导体技术的发展，电子产品得到了极大的发展，以苹果公司为例，其芯片和软件的发展实现了iPhone的价值。在同期曾经非常知名的市场占有率高达60%的诺基亚的手机“失宠”的原因就在于逆水行舟，不进则退。事物的发展都这样，我们要跟上事物的发展，否则只能被世界的大潮所淘汰。
过去四十年还有很多东西都消失了，如MP3、DVD、电子词典、随身听等等。由此来看，任何集成电路能够参与竞争的技术，最终都不可避免地成为“失败者”。

不可思议的芯片技术

《论语·学而》当中有一句话叫“如切如磋、如琢如磨”。宋代的大学者朱熹有这样的注语：“严治骨角者，即切之而复蹉之；治玉石者，既琢之而复磨之，治之已精，而益求其精业”。这句话的意思也就是精益求精，这个词用在集成电路或者芯片上是最贴切不过的。
下图是2007年国际半导体技术路线图。图中纵轴指的是可以沿着摩尔定律一直不断的微缩下去，到今天为止，工艺技术节点已经来到了7nm，很快5nm也将随之而来。横轴是各种不同半导体技术和传感器等产品多样化的发展路径。

技术前进的脚步永不停歇，当下我们还在探索更进一步的技术。7nm和5nm甚至更低的工艺之后是什么？后CMOS时代，将有新型晶体管的问世。芯片尺寸的微缩还远远没有走到尽头。例如人们已经基于二维材料制备出了1nm晶体管。
但魏少军教授也提到，作为一个唯物主义者，任何一个单一的事物总要走到尽头，特别是今天的线性技术，它事实上存在4个重要的极限：

物理极限：就是最小尺寸，现在看起来如果我们的材料上没有太大突破的话，我们最小尺寸可能在1nm左右，到2030年前后，晶体管的特征尺寸可能会接近1.5nm；

功耗极限：是指在物理极限下的器件功耗密度将达到上千瓦/cm²；

工艺极限：将CMOS推向极限需要革命性的材料和器件创新，在这过程中，必然遭遇巨大的技术和工程障碍；

经济极限：要实现上述各类技术创新必将引起制造和开发费用极急剧上升，因而只有少数全球化的企业才可以支撑。