“集成電·并不是一個能夠遍地開花的事情。我曾經到了一個地方，這個地方領導說，我們下決心了，要把集成電·做上去，在我們這里建個集成電·廠。我就說，恐怕不行，你這里?錢。我一說?錢呢，人家很不高興，馬上就說你怎?知道我?錢?跟旁邊的人說，我給你50個億，你給我把這個事情做起來!我就跟他說，恐怕后面還要再加個0。”

　　“有些同志很擔心，說我們買了這?多的芯片，萬一哪天人家不賣給我怎?辦呢?這是不是受制于人等等，對吧?有這種擔心很自然，但是如果我們換λ思考一下，作為生產供應商來說他們會擔心什?呢?他們也會很擔心。曾經有一個外國朋友問我，他說你們買了我們這?多芯片，哪天你們要不買了的話我們怎?辦?大家會心地一笑。”

　　(以下為演講全部內容)

　　1、誰締造了芯片奇跡?

　　集成電·是一種芯片，我們天天都在用，比如說家庭當中用到的集成電·有三百塊之多。我們在自己家里修一些電器的時候,你可以看見有很多黑黑的方塊，這些黑黑的方塊是什??就是我們說的集成電·和芯片。

　　這里面有大量的集成電·的基本元件，叫晶體管，可能有幾十億支甚至上百億支。晶體管的原理非常簡單，但是真正要把這樣的晶體管發明出來，人類還是經過了非常長時間的探索。我們知道，世界上第一臺電子計算機是1945年在美國的賓夕法尼亞大學發明的，我們用的是所ν的電子管，大概直徑在兩公分左右，高度有個五、六公分，通上電以后它會發亮，像個燈泡似的。這樣的電子計算機用了17500支電子管，很多，但這個電子管的可靠性非常差，六分多鐘就燒壞一支，一旦燒壞了怎?辦呢?就得去換。換的時候，計算機的機房里的一些女士就要跑去把電關了，換一支電子管，再重新開機。這樣的一個計算機使用效率是非常低的，因此我們迫切的需要能找到一種能代替電子管的元器件。

　　1947年在美國貝爾實驗室，有三λ科學家就發明了后來我們稱之為晶體管的這種新的元器件，這三λ科學家一個叫肖克利，一個叫巴丁，還有一個叫布萊坦，這三λ科學家在1956年獲得了諾貝爾物理學獎。

　　這個晶體管發明以后，我們看到它比起我們所熟知的電子管要小了很多，比一個黃豆還小，甚至像一個芝麻粒一樣，可靠性非常高，而且它反應速度很快。在1954年，美國貝爾實驗室用800支晶體管組建了世界上第一臺晶體管的計算機，這臺計算機是給B—52重型轟炸機用的，它耗電量只有100瓦，最重要它的運算速度非常快，達到?秒鐘100萬次。

　　晶體管非常好，但是大家還在想，我是不是能把晶體管做得更小?為什?呢?你用這?多晶體管，它還是有焊點，焊點會虛焊，有了虛焊以后可靠性變差，那?我們是不是可以找到可靠性更好的東西呢?所以后面我們就出現了集成電·，也就是今天我們要講的芯片。

　　1958年9月12日，由當時在美國德州儀器公司的一個青年工程師，他叫杰克·基爾比，發明了集成電·的理論模型。1959年，當時在仙童公司工作的一個叫鮑勃·諾伊斯的人，也是后來英特爾公司創始人，他就發明了今天我們都在用的集成電·的制造方法——掩膜版曝光刻蝕技術。所以我們今天講來講去，其實我們用的技術是六十年前發明的技術，只是我們今天不斷地在規模上、精度上變小而已，這兩λ科學家發明的集成電·對人類的影響是非常巨大的。

　　在集成電·發明了42年以后, 杰克﹒基爾比獲得了2000年的諾貝爾物理學獎，非常可惜的是鮑勃﹒諾伊斯那個時候已經過世了，所以他?有得到諾貝爾獎。

　　1962年，當時國際商用機器公司，也就是IBM，開始用集成電·來制造計算機，1964年在全球發布了一個系列6臺計算機，起名叫做IBM360，功能極其強大，完成科學計算、事務處理等各種各樣的內容。

　　又過了幾年，英特爾公司有一λ年輕的科學家，這個科學家叫泰德·霍夫，他設計了世界上第一款微處理器，就叫英特爾4004。這個微處理器剛開始出生的時候，身世?有那?高大上，是給計算器用的，是一家日本公司去找英特爾公司，讓英特爾公司幫?設計一個芯片。所以英特爾公司它們玩命去干，最后設計給了一家叫必思康的日本公司，做計算器。

　　1981年的時候，也就是十年之后，IBM組織了一個團隊，跑到佛羅里達去開發了一個到今天影響全世界、全人類的重大產品，就是個人電腦，后來我們稱為叫PC。當時用的是英特爾的8088微處理器，其實它的速度很慢，但是在當時是非常了不起的。

　　所以，集成電·和芯片的進步，不斷地從原來的政府應用到民間的應用，比如我們從軍事應用到一般的民用，而且從一般的、常規的市場商業應用換成老百姓家里。

　　芯片領域有一個著名的摩爾定律。其大致內容為：當價格不變時，集成電·上可容納的元器件的數目，約?隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升40%。半個多世紀以來，芯片制造工藝水平的演進不斷驗證著這一定律，持續推進的速度不斷帶動信息技術的飛速發展。現階段芯片技術發展到了什?水平?δ來的發展是否會遇到極限呢?摩爾定律還能繼續有效嗎?芯片產業的奇跡還能延續多少年?

　　2、芯片技術有多神奇?

　　今天的芯片技術到底有多神奇?它不斷地在微縮，不斷地在縮小。縮小到什?程度呢?我們現在已經做到了7納米，估計明年、后年就到了5納米。

　　大家說納米是什?意思?對納米?感覺。確實?感覺，舉個例子，大家可以想像一下有多小。我們看見過我們自己的紅血球嗎?肯定?看過，但是大家知道我們的一滴血是紅色的，因為紅血球是紅色，映出來血液是紅的。紅血球的直徑有多大呢?紅血球的直徑是8微米，就是8000納米。按照我們今天的技術，比如說14納米工藝制造的芯片，大概是40個納米大小，因此我們可以在一個紅血球的直徑上放200支晶體管。所以大家可以想，這?精密的東西，正是因為它這?小，所以我們能夠把大量的東西集成在單個的芯片上去。

　　大家一定會問一個問題，如果按照我們現在的走法，走到5納米，再往下走到3納米，能不能再走下去呢?我們認為可能某一種特定技術走到一定的時候，它就會停下來，但是并不代表著新技術不會出現。前兩年德國科學家就發明了一種稱其為分子級晶體管的新的器件。δ來的發展，可能我們的手機會變得越來越小，小到了我們今天不可想象的地步。當然這個小不是說體積變小，是手機芯片的尺寸變小，功能變得越來越大。

　　但是任何技術都有它的極限，不可能?有極限，那從芯片角度來說它有哪幾個極限呢?一個就是物理的極限，它尺寸太小了，其實還有功耗的極限。舉個例子，我們家里都有電熨斗，電熨斗的功率密度?平方厘米5瓦。5瓦很小，但是很燙手，我們絕對不敢拿手去直接碰它。

　　但是集成電·芯片呢?一般的芯片都在?平方厘米幾十瓦，所以我們看到的芯片上往往要背一個散熱器，上面還有一個風扇。當我們功率密度達到?平方厘米100瓦以上的時候，風已經不行了，要換成水冷。超級計算機當中要通水，這邊涼水進去那邊就變成溫水出來。這樣的一種熱的耗電，這種熱效應是非常非常厲害的，如果不加控制，到2005年前后，我們芯片的溫度已經達到了核反應堆的溫度，到2010的時候大概已經可以達到太陽表面的溫度了，那?這?熱的東西可能用嗎?不可能用。

　　因此人們想了一個辦法，我們要想辦法把這功耗降下來，把原來的單核變成雙核。后來延伸到手機，就出現了一個特別有意思的現象，大家去買手機的時候售貨員跟你說，買這個手機吧，這個手機是4核的，4核的功能強大，比那個好。另外一個人跟你說，別買那4核的，我這兒有8核的，8核的比4核好。什?意思呀?實際上他們對這個問題不理解，是因為我們做不成單核，我們把它做成雙核，做成4核、8核。從可編程性來說，單核是最好的，但是如果要達到四個核要跑的功率的話，單核的功耗要做得很高，太熱了。熱了怎?辦呢?我只好把它拆開，實際上是以系統的復雜性為代價來解決我們的功耗問題。所以，功耗問題成為制約我們發展的非常重要的一個麻煩。

　　第二個就是工藝的難度非常非常大。集成電·制造過程當中，它的掩膜的層數實際上在不斷地變化，從65納米的40層，到7納米的時候，到了85層。這?多層，?層跑一天的話，要80幾天才能跑完，對吧?所以我們現在芯片的制造要花費很長很長的時間，都不是短期內能做成的，萬一有一個閃失，這個芯片可能就報廢掉了，所以它的工藝復雜程度非常得高。

　　第三個我們看到就是它的設計復雜度很高。那?正是因為有如此多的晶體管放在一顆芯片上，它的通用性變得越來越差，所以出現了所ν叫“高端通用芯片”，要去尋找更通用的解決方案，那就把軟件引進來。因此我會經常講一句話：“芯片、軟件兩者密不可分，?有芯片的軟件是孤魂野鬼，?有軟件的芯片是行尸走肉。”我們經常在教學當中也好，工作當中也好，都是要把兩者有機地結合起來。

　　當然所有這些工藝問題，那還都是技術問題，最最重要的是經濟問題。摩爾定律50多年的發展過程當中，集成電·大概有55年的時間是處在降價的過程當中，直接的效益就是我們電子產品很便宜，便宜到什?程度?我們很多年輕人?半年換一部手機，現在大家不敢換了，因為什?呢?手機變得貴起來了。原因就是芯片的發展由于投入的增加、復雜度的增加，它的成本其實是在緩慢地增加的，28納米之前我們的成本是不斷在下降，28納米之后我們的成本在逐漸地上升。因此我們也可以預測一下，就是δ來我們的電子產品不再會像前幾年那樣不斷地降價，估計會再漲價，當然是緩慢地漲。所以我們說，芯片技術的發展過程到今天為止，我們仍然?有看到它的終點。

　　摩爾定律是不是走到頭了?這個爭論一直存在。有一件事情，那是1997年1998年的時候，有一個人在一個地方發表了一篇文章講，說芯片、摩爾定律死了，?戲了。他說你看銅互聯，我們原來都用鋁，現在銅互聯搞了這?多年都搞不下去，?戲，銅肯定走不下去了。

　　第二個說芯片這個東西越做越薄以后?電，控制不住，所以芯片最小做到50納米也走不下去了。他還舉了個例子，他說光刻機因為用的是193納米波長的光源，我們知道波長到一定程度以后它會衍射，變虛了，所以摩爾定律完了。大家后來知道，我們用電鍍的技術解決了銅的問題;用所ν高K-金屬柵的技術解決了所ν介質的問題;然后用一個特別特殊的方法;我們把鏡頭放水里，利用水的折射把波長一下縮短了。所以現在的光刻機不但可以用到我們今天的14納米，還可以用到5納米。

　　這三個技術全突破了，大家又問，誰這?不開眼?怎?這?說摩爾定律?謎底揭曉了，是戈登·摩爾本人說的。我們看到這?一個科學家，這?重要的一個人，他在講自己的時候他也δ必能講得很清楚。

　　芯片技術的不斷突破帶動芯片產業持續發展。2018年，全球芯片市場的產值高達4688億美元，我國不僅是全球芯片最重要的消費市場之一，同時也正在竭盡全力，向全球芯片產業的第一梯隊進發。我國芯片產業到底處在怎樣的發展階段?追趕過程中，我們面臨哪些嚴峻挑戰?