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芯片是什么?由芯片到AI智能芯片的进化历史 2019.08.02

  经过长期的发展和探索,在近几年人工智能不断取得突破性的进展,无论是人脸识别、语音识别、机器翻译、视频监控,还是交通规划、无人驾驶、智能陪伴、舆情监控、智慧农业等,人工智能似乎涵盖了人类生产生活的方方面面。未来是人工智能的时代,作为实现人工智能技术的重要基石,AI智能芯片拥有巨大的产业价值和战略地位。

  AI智能芯片其实是属于高端芯片的一类,近两年在中美贸易争端的背景下,我国的芯片产业被频频“点穴”,这也让我们开始重视芯片的发展。别看一块小小的芯片,内部集成数以亿计的电路, 广泛用于电脑、手机、家电、汽车、高铁、电网、医疗仪器、机器人、工业控制等各种电子产品和系统,它是各国竞相角逐的“国之重器”,也是一个国家高端制造能力的综合体现。如果没有芯片,中国的许多高端行业的发展均会受到限制,这也是美国要“围堵”我们的重要原因。


  纵观芯片的历史,虽然我国长期处于追赶态势,但与发达国家差距仍然非常大。芯片到底是什么?又是如何一步一步发展到AI智能芯片的程度的?本文以芯片到AI智能芯片的发展历史为轨迹,来了解下AI智能芯片的“前世今生”。

 

  芯片是什么?由芯片到AI智能芯片的进化历史

  概述芯片的起源史

  我们看到的小小芯片,却演绎着这个世界尖端的科技,它遍布了消费电子、汽车电子、工业自动化、金融系统、国防军工等各个领域,为各行各业实现信息化、 智能化奠定了基础,芯片的发展正在改变着这个世界。

  关于芯片的发展可以追溯到晶体管的诞生。在1947年,科学家威廉·肖克利、约翰·巴顿和沃特·布拉顿三人在美国贝尔实验室发明了全球第一个晶体管,他们也因此共同荣获了1956年诺贝尔物理学奖。在这之前人类已经发明了电子管,在1942使用了17468只电子管、7200只电阻、10000只电容、50万条线,耗电量150千瓦制造了第一台计算机,这是一个占地150平方米、重达30吨的庞然大物。如果可以把这些分立器件和线路集中制作在一块介质基片上,可以大大缩小体积,提高可靠性,这就是初期集成电路的构想。晶体管的出现使这种想法成为了可能,它替代了真空管的功能,很快为电子计算机所用,它把电子管做的计算机缩小为几个机柜。

  1958年,在德州仪器(Texas Instruments,TI)就职的杰克·基尔比以锗(Ge)衬底,将几个晶体管、电阻、电容连接在一起,成功研制出世界上第一块集成电路。虽然看起来并不美观,但事实证明,其工作效能要比使用离散的部件要高得多。时隔42年之后杰克·基尔比也因此荣获诺贝尔物理学奖。在杰克·基尔发明基于锗的集成电路后的几个月,罗伯特·诺伊斯相继发明了基于硅(Si)的集成电路,当今半导体大多数应用的就是基于硅的集成电路。

  集成电路的产生使得所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。芯片即是将集成电路制作在一小块半导体晶片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构。


  如今随着工艺的不断发展,芯片的集成度越来越高,按照戈登·摩尔1965年提出的摩尔定律的发展趋势——一个芯片上的晶体管数量大约每18-24个月翻一倍,制程从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、90纳米、65纳米、45纳米、32纳米、28纳米、22纳米、14纳米,一直发展到现在的10纳米、7纳米、5纳米……近几年,业界开始面临着摩尔定律失效的问题,因为随着硅片上线路密度的增加,其复杂性和差错率也将呈指数增长,科学家们正在思考从其他途径来维持摩尔定律的发展趋势。

 

  总结

  AI智能芯片未来的发展势不可挡,从芯片的历史来看,目前AI智能芯片仍然处于初期阶段,未来在架构和设计理念上仍然有巨大的突破空间,这也提供给了我国“弯道超车”的机会,在国家“2025中国智造”的指引下,国内的科技巨头阿里巴巴、腾讯、百度和华为都参与进来,在全力发展自己AI智能芯片以突破“重围”,让我们一起拭目以待。

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  来源:OFweek激光网

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