軍事專(zhuān)家談智能芯片：奪取信息優(yōu)勢(shì)的金鑰匙

　　陳書(shū)明，國(guó)防科技大學(xué)博士生導(dǎo)師，微電子與固體電子學(xué)學(xué)科帶頭人，國(guó)家相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?，長(zhǎng)期從事微電子與數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù)等研究，獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利30余項(xiàng)。

　　視點(diǎn)提示

　　日前，國(guó)外著名科技期刊評(píng)選出2014年全球10大技術(shù)突破，美國(guó)高通神經(jīng)形態(tài)芯片入選其中。

　　今年8月，IBM推出能夠模擬人腦神經(jīng)元、突觸功能及其他腦功能的微芯片，標(biāo)志該技術(shù)取得重大進(jìn)展。

　　前不久，歐洲一科研機(jī)構(gòu)研發(fā)出全球體積最小的完整雷達(dá)芯片，利用多普勒成像技術(shù)，可檢測(cè)到移動(dòng)物體和它們的速度。

　　今年6月，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)實(shí)施《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，對(duì)于確保我國(guó)信息安全有重要意義。

　　設(shè)計(jì)制造 集高精尖于一體

　　今年2月，美國(guó)英特爾公司推出了新款“至強(qiáng)”系列微處理器，引起世界信息技術(shù)領(lǐng)域不小的震動(dòng)。這一成果表明，在芯片發(fā)展的40多年里，性能和復(fù)雜度已提高了1800萬(wàn)倍，特征尺寸則縮減到一根頭發(fā)絲直徑的三千分之一，其設(shè)計(jì)與制造堪稱(chēng)是一項(xiàng)集高精尖于一體的復(fù)雜系統(tǒng)工程。

　　設(shè)計(jì)一款芯片，科研人員首先要明確需求，確定芯片的“規(guī)范”，定義諸如指令集功能等關(guān)鍵信息，再設(shè)計(jì)出芯片電路“版圖”，并將數(shù)以?xún)|計(jì)的電路按其連接關(guān)系有規(guī)律地翻印到一個(gè)硅片上，至此芯片設(shè)計(jì)才算完成。

　　設(shè)計(jì)復(fù)雜，制造更難。現(xiàn)代集成電路芯片是采用硅材料來(lái)制造的，硅材料主要成分就是地球上遍地皆是的沙子，因此芯片也被稱(chēng)為“沙中世界”。硅經(jīng)過(guò)熔煉得到純凈“單晶硅錠”，再橫向切割拋光做成一個(gè)個(gè)晶圓，其制造過(guò)程就是把一個(gè)集成電路的設(shè)計(jì)版圖，通過(guò)光刻、注入等程序和一道道復(fù)雜工序，最終被賦予各種功能而生產(chǎn)出來(lái)。

　　事實(shí)上，芯片的設(shè)計(jì)與制造遠(yuǎn)比上面的描述要復(fù)雜多得多，甚至讓人難以想象，正因?yàn)槿绱耍澜缟夏壳爸挥袠O少數(shù)國(guó)家能夠設(shè)計(jì)和制造，并作為核心技術(shù)來(lái)掌控。

　　軍事應(yīng)用 武器裝備信息化基石

　　芯片自誕生以來(lái)，便成為信息產(chǎn)業(yè)的核心。尤其在世界軍事領(lǐng)域，芯片作為核心元器件，已成為高技術(shù)武器裝備信息系統(tǒng)的重要基石。

　　早在20世紀(jì)50年代末，美國(guó)投入大量人力財(cái)力研發(fā)半導(dǎo)體集成電路，其初衷就是為了實(shí)現(xiàn)軍用電子裝置的小型化，以提高武器裝備作戰(zhàn)性能。1972年11月，世界第一款微處理器在美國(guó)誕生后，也首先在軍事領(lǐng)域獲得應(yīng)用。實(shí)際上，芯片技術(shù)的迅猛發(fā)展是得益于軍事需求的強(qiáng)力牽引，它可以有效提升傳統(tǒng)武器裝備的信息化水平，甚至可以將其改造成為智能武器。據(jù)悉，美軍F-22戰(zhàn)機(jī)的有源相控陣?yán)走_(dá)裝有2000個(gè)高功率收發(fā)芯片模塊，使戰(zhàn)機(jī)看得更遠(yuǎn)、打得更準(zhǔn)，作戰(zhàn)能力成倍提升。美軍的阿姆拉姆空空導(dǎo)彈，依靠組合制導(dǎo)芯片可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射后不用管和多目標(biāo)攻擊。在網(wǎng)絡(luò)電磁空間、無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)等各作戰(zhàn)領(lǐng)域，都須臾離不開(kāi)芯片。

　　所以說(shuō)，芯片的性能在很大程度上決定信息化武器裝備的性能，也影響和制約著信息化武器裝備的發(fā)展。比如，芯片體積制約著小型化武器的尺寸，芯片的處理能力決定智能武器實(shí)時(shí)運(yùn)行性能，芯片的輸出功率影響武器的探測(cè)與通信距離，芯片的功耗限制武器野外工作時(shí)間，芯片的精度則影響武器的定位與打擊精度等。可以看出，芯片不僅決定武器裝備性能，更會(huì)影響戰(zhàn)爭(zhēng)的勝負(fù)。未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)與其說(shuō)是鋼鐵之戰(zhàn)，不如說(shuō)是芯片之戰(zhàn)。

　　未來(lái)發(fā)展 方興未艾競(jìng)爭(zhēng)激烈

　　芯片對(duì)于一個(gè)國(guó)家和軍隊(duì)的信息化建設(shè)的重要性毋庸置疑，這使得芯片的研發(fā)一直處于激烈競(jìng)爭(zhēng)中，所以軍事強(qiáng)國(guó)不惜投入重金研發(fā)與應(yīng)用，以搶占信息技術(shù)的制高點(diǎn)。

　　縱觀芯片的發(fā)展，基本遵循著摩爾定律的發(fā)展速度，即芯片上可容納的晶體管數(shù)量每隔18個(gè)月就會(huì)翻一番。由此推算，到2020年時(shí)，每個(gè)晶體管的尺寸將接近一個(gè)原子。人們雖不確定未來(lái)是否還將繼續(xù)遵循這一規(guī)律發(fā)展，但可以肯定的是，芯片性能將不斷提升，功耗和體積則會(huì)進(jìn)一步下降，而蓬勃發(fā)展的微機(jī)電集成系統(tǒng)等高新技術(shù)，將會(huì)主導(dǎo)其未來(lái)的發(fā)展方向。

　　減小特征尺寸技術(shù)有望將集成電路帶入“自組裝”的納米電路時(shí)代，微機(jī)電集成系統(tǒng)的功能將會(huì)越來(lái)越廣，而芯片上系統(tǒng)技術(shù)的集成度會(huì)越來(lái)越高，這些新技術(shù)對(duì)芯片的未來(lái)發(fā)展將產(chǎn)生不可估量的影響，也必將進(jìn)一步促進(jìn)武器裝備信息系統(tǒng)的小型化、智能化，使得武器裝備向著高性能、高精度、高功率、高可靠和低能耗方向迅猛發(fā)展。我們應(yīng)瞄準(zhǔn)前沿，進(jìn)一步增強(qiáng)信息領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力，努力把事關(guān)國(guó)家安全利益的核心技術(shù)掌握在自己手中，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)的自主可控、安全可靠。

　　探秘芯世界

　　開(kāi)啟“智慧大腦”

　　芯片又叫集成電路，它是通過(guò)微細(xì)加工技術(shù)，把半導(dǎo)體器件制造在硅晶圓表面上獲得的一種電子產(chǎn)品。這一專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)有點(diǎn)拗口，實(shí)際上，它是將多達(dá)幾億個(gè)微小的晶體管連在一起，以類(lèi)似用底片洗照片的方式翻印到硅片上的“集成電路”。晶體管極其微小，小到一根頭發(fā)絲直徑里能放下1000個(gè)，而制造出來(lái)的芯片只有指甲蓋大小。

　　芯片雖小，能耐卻大得驚人，具有信息采集、傳輸、處理和存儲(chǔ)功能，是現(xiàn)代電子設(shè)備中最核心的部分，在信息化世界里無(wú)處不在。在日常生活中那些帶“電”的產(chǎn)品，幾乎都嵌有芯片，只是它們藏身幕后，并不顯山露水，但其作用非凡。在軍事領(lǐng)域，它更是能讓武器裝備如虎添翼，有了采集芯片，武器裝備就如同有了“千里眼”“順風(fēng)耳”;有了信息處理芯片，武器裝備就能具有像人一樣的“智慧大腦”;有了通信芯片，就能將各種裝備與作戰(zhàn)單元連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn);而存儲(chǔ)芯片，則能保存各種戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)效能和毀傷評(píng)估。