晶片令電子產品越來越聰明未來的電腦CPU會有多少個」核「

晶片令電子產品越來越聰明

隨著智能技術的不斷發展，未來的各種電子產品將越來越具有生物特徵，人機融合的程度越來越深。

而晶片是這些智能電子產品的關鍵元件。

晶片的性能越好，電子產品才能越「聰明」。

那麼，究竟是誰發明了晶片？晶片是什麼東西？未來晶片將如何發展？

20世紀上半葉，各種電器的特徵之一是十分龐大。

比如，那時的電腦就大得嚇人，20世紀40年代的一台電腦的各種電子元件可以堆滿一個幾十平方米的房間。

為什麼那時的電器那麼大呢？這是因為那些電器中的電子元件是用真空管製成的，那是一種被抽成真空的玻璃管，內有陰、陽兩極，電子會由陰極流向陽極。

1947年，美國的貝爾實驗室發明了電晶體，電子儀器才開始走上逐漸「瘦身」的過程。

電晶體就像固態的真空管，製造電晶體的材料是半導體，原料包括矽、鍺、砷化鎵等。

電晶體的出現，令工程師能設計出更多更複雜的電路。

可是，體積細小的電子零件卻帶來另一個問題：人工焊接是一件費力不討好的工作，不僅要花費大量時間和金錢，失誤率也很高。

為此，美國軍方開始推進「微模塊計劃」。

這個計劃的基本思路是將所有不同類型的電子零件製成劃一的大小和形狀，並在生產時加上電線。

這樣，在組裝零件時，便可將大小劃一的電阻、電容和電晶體等，像搭建積木般組裝成設計的電路，免去焊接的煩惱。

1958年年初，傑克·基爾比進入「微模塊計劃」研究小組。

隨著研究的深入，基爾比認為軍方的設計思路有問題，因為那不能從根本上解決將大量電子零件整合成電路時的困難。

於是，基爾比開始構思他自己的一套解決方案，他認為可以拋開那些電子零件，直接在一塊半導體上接上電線充當多個電晶體。

1958年9月，基爾比成功地將一組電路安裝在一片鍺半導體上。

人類歷史上第一塊原始的晶片產生了，它在很長一段時間內被稱為半導體集成電路。

基爾比因為這個發明在42年後的2000年獲得了諾貝爾物理學獎。

1959年，英特爾公司的創始人之一諾宜斯繼續改進基爾比設計的晶片，他們在矽晶體的表面鋪上不同的物料來製作電晶體，並在連接處鋪上一層氧化物作保護。

以矽取代鍺使晶片的成本大為下降，令集成電路的大規模生產變得可行。

可以說，是英特爾公司設計出了第一款實用的晶片。

到20世紀60年代末期，接近90%的電子儀器是用晶片製成的。

我們現在對晶片的定義是內含集成電路的矽片。

其製作方法是把所有的組件（主要是電晶體）一次性地用照相印刷的方法印製在矽片上，從外觀上看像是畫在矽片上的電線。

晶片最重要的應用是充當中央處理器，也稱CPU或微處理器，它是電腦和其他智能電器的運算控制部分。

從20世紀60年代開始，電腦的體積越來越小，而運算速度卻越來越快，功能越來越強大。

這都歸功於晶片對電晶體的集成度越來越高。

1965年，英特爾公司的創始人之一摩爾提出了著名的「摩爾定律」，即當價格不變時，一塊晶片上可容納的電晶體數目，約每隔18個月便會增加一倍，電腦的性能也將提升一倍。

當時，摩爾的實驗室也只能將50隻電晶體和電阻集成在一個晶片上，他卻預測1975年的晶片將會有6.5萬個電晶體。

摩爾當時的預測聽起來好像是科學幻想，然而後來的技術發展證明摩爾是對的，1975年的確出現了集成了6.5萬個電晶體的晶片。

至今，最先進的晶片已集成了17億個電晶體。

我們通常認為，充當微處理器的晶片只存在於電腦中。

其實，微處理器已經無處不在，無論是數位相機、智能洗衣機、智能冰箱、網際網路電視機、智慧型手機等家電產品，還是汽車引擎控制，以及數控工具機、飛彈精確制導等都要嵌入各類不同的微處理器。

晶片不僅是電腦的核心部件，也是各種數字化智能設備的關鍵部件。

未來，各種智能電子產品提高性能的關鍵因素之一就是提高晶片的運算速度。

從晶片的發展歷史我們可以看出，要提高晶片的運算速度，就得集成更多的電晶體。

這正是未來晶片的發展趨勢。

隨著納米技術的進步，電晶體可以小到納米尺度。

然而，如果一塊越來越小的晶片上集成越來越多的電晶體，就會帶來一個很嚴重的問題，那就是在運算時會產生過多熱量。

過熱會降低晶片的運算速率，甚至可能燒壞晶片。

為了解決晶片的過熱問題，除了改進散熱方法外，科學家還想出了新的辦法，在一塊晶片上集成多組小晶片，這就是現在已經出現的多核晶片。

目前，運算速度最快的晶片是英特爾公司生產的Xeon Phi，這塊晶片居然有60個核，

運算速度高達每秒1萬億次。

現今國際上的超級計算機也都是採用多核晶片來建造。

未來的晶片的「核」會越來越多，電腦的運算速度也就越來越快。

而美國加州大學的研究員丹尼爾·莫爾斯認為，還可從半導體本身入手來提高晶片性能。

他認為得革新現有的半導體製造工藝，才可能讓晶片繼續加速下去。

他正在試驗用生物技術來製造半導體，具體做法是讓海綿動物的一種矽蛋白酶突變，形成多種突變體，從中選出能夠製造高性能晶片所用的半導體。

丹尼爾相信，來自海綿的矽半導體晶片具有很好的生物融合性，有利於製造更加先進的生物計算機、類人機器人和智能人造器官。