军事专家谈智能芯片：夺取信息优势的金钥匙

   陈书明，国防科技大学博士生导师，微电子与固体电子学学科带头人，国家相关领域专家，长期从事微电子与数字信号处理器技术等研究，获国家科技进步奖一等奖1项、二等奖3项，国家发明专利30余项。

  视点提示
　　日前，国外著名科技期刊评选出2014年全球10大技术突破，美国高通神经形态芯片入选其中。
　　今年8月，IBM推出能够模拟人脑神经元、突触功能及其他脑功能的微芯片，标志该技术取得重大进展。
　　前不久，欧洲一科研机构研发出全球体积小的完整雷达芯片，利用多普勒成像技术，可检测到移动物体和它们的速度。
　　今年6月，国务院批准实施《国家集成电路产业发展推进纲要》，对于确保我国信息安全有重要意义。
设计制造 集高精尖于一体
　　今年2月，美国英特尔公司推出了新款“至强”系列微处理器，引起世界信息技术领域不小的震动。这一成果表明，在芯片发展的40多年里，性能和复杂度已提高了1800万倍，特征尺寸则缩减到一根头发丝直径的三千分之一，其设计与制造堪称是一项集高精尖于一体的复杂系统工程。
　　设计一款芯片，科研人员首先要明确需求，确定芯片的“规范”，定义诸如指令集功能等关键信息，再设计出芯片电路“版图”，并将数以亿计的电路按其连接关系有规律地翻印到一个硅片上，至此芯片设计才算完成。
　　设计复杂，制造更难。现代集成电路芯片是采用硅材料来制造的，硅材料主要成分就是地球上遍地皆是的沙子，因此芯片也被称为“沙中世界”。硅经过熔炼得到纯净“单晶硅锭”，再横向切割抛光做成一个个晶圆，其制造过程就是把一个集成电路的设计版图，通过光刻、注入等程序和一道道复杂工序，终被赋予各种功能而生产出来。
　　事实上，芯片的设计与制造远比上面的描述要复杂多得多，甚至让人难以想象，正因为如此，世界上目前只有极少数国家能够设计和制造，并作为核心技术来掌控。

军事应用 武器装备信息化基石
　　芯片自诞生以来，便成为信息产业的核心。尤其在世界军事领域，芯片作为核心元器件，已成为高技术武器装备信息系统的重要基石。
　　早在20世纪50年代末，美国投入大量人力财力研发半导体集成电路，其初衷就是为了实现军用电子装置的小型化，以提高武器装备作战性能。1972年11月，世界款微处理器在美国诞生后，也首先在军事领域获得应用。实际上，芯片技术的迅猛发展是得益于军事需求的强力牵引，它可以有效提升传统武器装备的信息化水平，甚至可以将其改造成为智能武器。据悉，美军F-22战机的有源相控阵雷达装有2000个高功率收发芯片模块，使战机看得更远、打得更准，作战能力成倍提升。美军的阿姆拉姆空空导弹，依靠组合制导芯片可以实现发射后不用管和多目标攻击。在网络电磁空间、无人作战平台等各作战领域，都须臾离不开芯片。
　　所以说，芯片的性能在很大程度上决定信息化武器装备的性能，也影响和制约着信息化武器装备的发展。比如，芯片体积制约着小型化武器的尺寸，芯片的处理能力决定智能武器实时运行性能，芯片的输出功率影响武器的探测与通信距离，芯片的功耗限制武器野外工作时间，芯片的精度则影响武器的定位与打击精度等。可以看出，芯片不仅决定武器装备性能，更会影响战争的胜负。未来战争与其说是钢铁之战，不如说是芯片之战。
　未来发展 方兴未艾竞争激烈
　　芯片对于一个国家和军队的信息化建设的重要性毋庸置疑，这使得芯片的研发一直处于激烈竞争中，所以军事强国不惜投入重金研发与应用，以抢占信息技术的制高点。
　　纵观芯片的发展，基本遵循着摩尔定律的发展速度，即芯片上可容纳的晶体管数量每隔18个月就会翻一番。由此推算，到2020年时，每个晶体管的尺寸将接近一个原子。人们虽不确定未来是否还将继续遵循这一规律发展，但可以肯定的是，芯片性能将不断提升，功耗和体积则会进一步下降，而蓬勃发展的微机电集成系统等高新技术，将会主导其未来的发展方向。
　　减小特征尺寸技术有望将集成电路带入“自组装”的纳米电路时代，微机电集成系统的功能将会越来越广，而芯片上系统技术的集成度会越来越高，这些新技术对芯片的未来发展将产生不可估量的影响，也必将进一步促进武器装备信息系统的小型化、智能化，使得武器装备向着高性能、高精度、高功率、高可靠和低能耗方向迅猛发展。我们应瞄准前沿，进一步增强信息领域的自主创新能力，努力把事关国家安全利益的核心技术掌握在自己手中，实现信息系统的自主可控、安全可靠。
探秘芯世界
　　开启“智慧大脑”

　　芯片又叫集成电路，它是通过微细加工技术，把半导体器件制造在硅晶圆表面上获得的一种电子产品。这一专业术语有点拗口，实际上，它是将多达几亿个微小的晶体管连在一起，以类似用底片洗照片的方式翻印到硅片上的“集成电路”。晶体管极其微小，小到一根头发丝直径里能放下1000个，而制造出来的芯片只有指甲盖大小。
　　芯片虽小，能耐却大得惊人，具有信息采集、传输、处理和存储功能，是现代电子设备中核心的部分，在信息化世界里无处不在。在日常生活中那些带“电”的产品，几乎都嵌有芯片，只是它们藏身幕后，并不显山露水，但其作用非凡。在军事领域，它更是能让武器装备如虎添翼，有了采集芯片，武器装备就如同有了“千里眼”“顺风耳”；有了信息处理芯片，武器装备就能具有像人一样的“智慧大脑”；有了通信芯片，就能将各种装备与作战单元连接起来实现联合作战；而存储芯片，则能保存各种战场数据，实现作战效能和毁伤评估。