复旦大学微电子学院闫娜教授：芯片到底是什么

复旦大学微电子学院副院长闫娜教授日前在复旦大学管理学院与复旦大学微电子学院联合主办的“瞰见对话科创人物系列论坛”上，介绍了集成电路技术的发展历史、现状以及未来趋势。以下是演讲主要内容。

『从电子管、晶体管到超大规模集成电路』

所谓芯片，就是以集成电路为核心的电子技术，它是伴随着电子元器件小型化、微型化的发展而兴起的。

1904年，英国电气工程师弗莱明·约翰·安布罗斯发明了人类历史上第一只电子管，即真空二极管。两年后，美国人德夫勒斯特又发明了第一个能够放大电信号的电子器件，也就是真空三极管。

电子管尤其是真空三极管的发明和应用，拉开了现代电子学的序幕，在电子技术史上具有划时代的意义。这一发明成为过去100年来改变世界的重大发明之一，为我们开启了电子时代的大门。

1946年，美国贝尔实验室开始研究半导体。由肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组研制出了一个点接触型的锗晶体管，并因此共同获得了1956年的诺贝尔物理学奖，为集成电路的发展奠定了坚实基础。

基于锗晶体管的发明，美国德州仪器公司青年工程师杰克·基尔比于1958年成功发明了全世界第一块锗集成电路，他也因为这一发明获得了2000年诺贝尔物理学奖。

此后50多年来，集成电路的集成度飞速发展。以CPU芯片为例，1971年，英特尔发明了世界上第一块大规模集成电路，集成了2000多个晶体管；2002年，英特尔发明的奔腾4处理器采用0.13微米的工艺，集成了5500万个晶体管；2012年，英特尔发布了集成14亿个晶体管的处理器CPU，采用22纳米工艺；2022年，苹果发布的M1 Ultra芯片集成了1140亿个晶体管，这颗芯片由两颗芯片采用一定封装形式拼接而成。同时，英特尔也宣布，它的超级计算机芯片将拥有超过1000亿个晶体管。

人类的大脑就是一个先进的存储器，但除了大脑，我们还需要额外的存储介质。早期是印刷术，之后是磁盘、光盘，再到硬盘、U盘。一开始是32兆、64兆的U盘，现在已经有了32G、64G甚至更大的U盘存储器以及固态硬盘。存储器芯片方面，基于闪存芯片30T容量的便携式硬盘，可以储存1000多万册书籍，相当于用一个硬盘可以随身携带一个大型图书馆。

总的来说，集成电路朝着速度更快、功耗更低发展，追求更高效地处理数据，存储量也更大。

『衡量集成电路工艺水平的四大指标』

集成电路的工作速度主要取决于晶体管的特征尺寸。晶体管的特征尺寸越小，该工艺所能够接受的极限工作频率越高，开关速度也越快，相同面积的晶片所能容纳的晶体管数目也就越多。集成度越高，功能越强大。

描述集成电路工艺水平有四个指标：

第一是特征尺寸，也就是人们经常说的集成电路，工艺可以达到28纳米、14纳米、7纳米、5纳米等。头发丝的横截面积大概为8000平方微米，假设采用10纳米工艺，在一根头发丝的截面上可以制作出50万个晶体管，可见晶体管的尺寸有多小。

第二个是晶圆直径，也就是硅片尺寸。早期的硅片尺寸有4英寸、6英寸，现在是8英寸，主流的先进工艺是12英寸。晶圆尺寸越来越大，每一个晶圆上能够制造的集成电路芯片数量也越多，芯片成本就会大大降低。

第三个指标是DRAM（动态随机存取内存）的容量，可以用每一个工艺DRAM的尺寸，它的栅间距、金属间距等来评估工艺发展水平。

第四个指标是晶体管密度。

当特征尺寸不能再缩小时，怎样提高集成电路的性能、集成度？还有一个方式是采用先进的封装形式，比如2.5D封装、3D封装等。台积电的CoWoS封装技术以及Chiplet等技术，都是封装技术上的突破。

集成电路产品一般分为两类，一种是模拟产品，一种是数字产品。

就模拟产品而言，我们应该以全产业链整合的IDM（集芯片设计、制造、封测等多个环节于一体）形式积极发展半导体产业。目前全球领先的模拟芯片产品企业英飞凌、德州仪器都以IDM形式存在。

集成电路数字产品目前面临两种机遇，一是技术驱动，二是需求驱动。所谓技术驱动，就是从计算架构来引领创新，包括三维集成、量子计算等。需求驱动是指现有的物联网、自动驾驶、人工智能的发展对于集成电路数字产品产生了非常大的需求，不同需求会驱动产生不同形态的新的集成电路数字产品，推动集成电路产业的发展。

栏目主编：龚丹韵 文字编辑：徐蓓 题图来源：上观题图 图片编辑：邵竞

来源：作者：闫娜

光影流转，时间为轴！从“十二时辰”探秘西邮，每分每秒都是诗意

子在川上曰：“逝者如斯夫，不舍昼夜。”古往今来，无数圣贤先哲皆不吝对时间的咏叹。坐落于十三朝古都，西安邮电大学 更知晓时光的宝贵。一时有一时的生息，生生不息的时辰里，是一个爱国的西邮，一个求是的西邮，亦是一个奋进的西邮。本期推送，让我们在初夏时节随风潜入夜，探寻西邮藏在寻常时光里的故事——

子时 | 夜半 23:00－1:00

“天风吹雨入阑干，乌鹊无声夜向阑”

夜半，又名子夜、中夜，是十二时辰的端首，也是夜色最为深重之时。风止雨停，木叶不动，鸦雀无声，这是一个万籁俱寂的阗黑时刻，但抬首便会发现，此时正值鼎沸。

天上的星子挨挨挤挤，嘈嘈切切凝视着西邮科研人的背影，它们见证着大型仪器一轮轮跑出的科学奥秘，见证着一字一句推敲出的严密著作，在这无声子夜，西安邮电大学与月光星辉为伴，秉承“艰苦奋斗、自强不息、开拓进取”的西邮精神，向着科学前沿挺进，向着学科高峰勇攀。

围绕通信专用芯片设计与应用，西安邮电大学研发了一组通信专用芯片，包括数十种军用航空通信专用芯片和微系统产品，应用于多种战机通信系统 ，在一定程度上摆脱了这一领域对进口芯片的依赖。围绕信息技术标准制定与应用，西安邮电大学获批我国在信息安全基础共性技术领域首个国际标准“虎符TePA” ，制定了“两网四库三平台”县级电子政务建设国家标准。

2021年，学校牵头制定的2项国家标准正式获批 ，填补了我国政务云国家标准的空白 ，对规范和统一我国政务云的建设、服务和管理，推动我国政务云平台建设和应用推广具有十分重要的指导意义。

2022年，西安邮电大学余建军教授和赵峰教授合作， 在太赫兹波段，基于微波光子变频技术、高阶编码技术、星座整形技术、MIMO技术、数字混沌加密技术以及融合人工智能的先进数字信号处理技术，取得了4项创纪录研究成果，这些研究成果刷新了太赫兹通信传输容量与距离方面的记录，在2022年全球顶尖会议OFC上报道 。

为把科研论文写在祖国大地上，西安邮电大学2021年签订了横向721项项目，服务社会经济发展，让科研成果落地。近年来，学校积极参与秦创原创新驱动平台建设，推动学校创新成果向秦创原汇聚， “阵列型惯性导航设备”“基于自主GPU的无人驾驶计算平台”等4个项目获秦创原春种基金资助 。

在这些高水平科技成果的助力下，西安邮电大学一批特色优势突出的学科日渐崛起。学校拥有陕西省“国内一流学科建设高校”建设学科信息与通信工程学科 ；信息与通信工程、网络空间安全、计算机科学与技术3个学科上榜2021软科最好学科排名。

2021年11月，西安邮电大学获得博士学位授予单位，信息与通信工程学科获批一级学科博士学位授权点，实现了学校办学层次的历史性突破 。

2022年3月，西安邮电大学工程学学科进入ESI学科排名全球前1% ，实现了学校历史性突破，标志着学校工程学已跻身国际高水平行列！

2021年，西安邮电大学进入US News2022世界大学工科排名前1000名排行榜 （中国内地高校）榜单，位列中国内地高校第183位，办学综合实力不断提升。未来，学校将继续坚持“特色立校、人才强校、创新兴校、质量荣校”发展理念，面向新时代新形势新要求，努力建设特色鲜明国内一流的高水平邮电大学！

巳时 | 隅中 9:00－11:00

“长育人才今久矣，行看中选尽英豪”

日至于衡阳，是谓隅中，这一时段前承抖擞清晨，后继灿烂正午，艳阳当空，气象秩然，正是思维碰撞，治学读书的理想时刻，“教”与“学”的育人主场在西安邮电大学火热上演。

教之道，师为先。西安邮电大学建立有“学科特区”，形成了以院士为首席科学家、国家级别人才为带头人、二级和三级教授为骨干团队、优秀青年博士为支撑的“金字塔”型 人才梯队，为教书育人奠定了坚实的人才资源基础。

2021年，学校范九伦教授、冯锋教授入选信息与通讯技术领域“全球前2%顶尖科学家——终身科学影响力排行榜”；郑东教授、张应辉教授、赵凤教授、贾艳敏教授、赖成喆教授、郭三栋副教授、李璐副教授入选“全球前2%顶尖科学家——年度科学影响力排行榜”；冯锋教授入选软科中国管理科学与工程学科高被引学者。

强大的师资力量，让西安邮电大学的教育教学资源逐渐丰富。学校48个本科招生专业中，有28个国家级、省级一流本科专业建设点 ；2021年有3个专业通过工程教育专业认证；2022年新增密码科学与技术、数字经济两个本科专业；学校22门课程获批2021年省级一流本科课程，在上线下混合一流课程获批数量居省属高水平大学首位 。

同时，西安邮电大学坚持开放办学，积极开展国际交流与校企合作。学校与德、美、英、法等十多个国家以及港、台地区的40余所大学、学术机构建立了合作关系 。与国际电信联盟ITU、亚太电信组织APT等国际机构，IBM、英特尔、思科公司等大型跨国公司 ，中国电信、中国移动、中国联通等通信运营商，华为、中兴等通信设备制造商 ，阿里巴巴、腾讯等互联网巨头 ，邮政公司、顺丰等物流快递企业建立了广泛的合作关系。

西安邮电大学与360企业安全集团签署战略合作协议

西安邮电大学与中国联通陕西分公司签署战略合作协议

在众多资源支持下，学校不断深化教育教学改革，构建了四位一体育人模式，积极践行“新工科”，深入推进“工程教育专业认证”，大力实施“卓越工程师培养计划”“拔尖创新人才培养”“3+1创新教育培养”“校企合作双导师培养”，开设物流管理顺丰班、360网络空间安全特长班，产学协同、科教协同育人模式取得了良好的育人成效。

“顺丰班”学生

360网络空间安全班学子参加第一届全国大学生网络安全能力大赛获奖

西邮学子砥砺奋发，获奖频频，为校争光。在全国大学生电子设计竞赛、中国研究生电子设计竞赛、全国大学生数学建模竞赛、中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛、中国大学生工程实践与创新能力大赛等高水平竞赛中获奖600余项，其中国家级奖240余项 。

教师指导学生开展科研实验

学生团队参加科技创新活动

2021年，西安邮电大学荣获“2021年陕西省高校就业工作先进集体”“2021中国年度最佳高校就业创新奖”，在中国教育在线公布的《国内956所大学毕业后5年薪酬排行榜》中，学校毕业生5年后平均薪资位居西北地区高校第4位、全国第159位 。

“新竹高于旧竹枝，全凭老干为扶持。”在日至衡阳的隅中，西安邮电大学不负好时光，奏响动听的“育人协奏曲”。建校多年来，学校人才辈出，遍及华夏，已为国家培养了10万多名优秀人才，学子们也以青春之我奉献祖国，乘着这煦日春风不断拔节，未来将尽是英豪矣！

申时 | 晡时 15:00 - 17:00

“时人不识余心乐，将谓偷闲学少年”

时至昳晡，羊食猿啼。晡时，是古时汉人吃第二顿饭的时段，同时也是西安邮电大学给学子的“加餐”时间，除了课堂上的专业理论知识，别忘了丰富多彩的校园文化活动这个“第二课堂”。

西安邮电大学注重以文化人，以文育人，不断提升学生人文素养。围绕凝“神”、铸“魂”、立“德”、育“才”，组织开展大学生“人文大讲堂”“科技文化节”“社团巡礼月”等一系列主题文化活动 ，坚持守牢校园文化阵地。

大学生科技节

社团巡礼月

“西邮人文大讲堂”先后邀请陕西文联副主席肖云儒、知名作家高建群及西安交通大学、北京师范大学等校内外50多位史学家、文学家、艺术家为学生讲经典、品传统、读文学。2018年以来，学校举办了3期“师生面对面”育人论坛，连续组织开展了“你我身边的感动”典型人物颁奖晚会和“情系一家，圆梦西邮”民族文化节，这些都成为了人文西邮的品牌活动。

第四届民族文化节

火热的腾飞杯篮球联赛也是校园一道亮丽的风景线条，学校响应“健康中国”号召，锻炼了大学生的身体素质，同样培养了学子的拼搏奋斗精神。

余音绕梁，久久不绝的“校园十佳歌手”大赛，弘扬美育精神，鼓励学子发挥特长，培养兴趣爱好，尽情展示个人风采，即悦耳又悦心。

西安邮电大学致力用丰富、充满正能量的校园文化活动，提升学生的科学和人文素养，使学生养成健康、阳光、乐观、积极的人格。学校荣获全省精神文明建设和宣传思想工作先进高校称号，校园文化建设成果先后荣获省部级校园文化成果奖、心理健康教育奖近30项，《光明日报》《中国教育报》《中国青年报》《陕西日报》、陕西电视台等媒体多次报导学校精神文明建设情况，形成了典型示范效应 。（数据截至2020年5月）

百年之计，莫如树人，申时的西安邮电大学努力营造浓厚的校园文化环境，时刻对全体师生进行着潜移默化的浸润、熏陶，让学校的每事、每章、每制都成为和煦的阳光、知时的春雨，时刻洒照在每个师生身上，促进他们健康发展、茁壮成长。

亥时 | 人定 21:00 - 23:00

“我闭南楼看道书，幽帘清寂在仙居”

寂寂人定初，人定亥时为十二时辰之尾，“人定”的意思为：夜深，人们停止活动、安歇睡眠的时候。西安邮电大学的亥时时段，正是学子们从图书馆饱览、到食堂饱腹，回宿舍饱眠的一个过程。

图书馆、播云湖、体育馆、旭日苑……西邮“园林式单位”校园的角角落落，承载着学子们的青春故事，尤以图书馆为盛。学校图书馆藏纸质图书近150万册，涵盖了通信、信息、计算机、经济、管理、社会科学、文学、艺术、政治等相关学科，每一个西邮人的奋斗梦想，从下晚课后翻开一页书始。

在图书馆享受了一天的精神食粮，该步入食堂夜场犒赏自己的胃肠。西安邮电大学有旭日餐厅、东升餐厅、美食广场、交流餐厅、溢香餐厅等食堂，各大餐厅菜系丰富，可以满足来自五湖四海的同学的不同口味，在夜色渐浓的此时，奶茶、小龙虾、烤物、炸物等让人食指大动的夜宵可以尽情安排！

当然，西安邮电大学可不满足早中晚日常的餐品供应，它时不时会有意想不到的惊喜“放送”。2021年中秋节，食堂厨师们现场指导，同学们分工协作，擀皮儿、包馅、压模，2万块印有西邮校徽和校名的月饼将由学子们参与制作，再温馨发放给大家。

应景的霜降节气美食当属柿子，同学们将亲手摘下校园内柿子，由学校食堂将西邮柿子加工成柿子饼，赠送给全校师生们品尝，共享校园硕果的甜美。

倦鸟暮归林，浮云晴归山。精神与肚皮得到满足的学子，踏着月色回到西安邮电大学实行公寓化管理的“小家”，人数合理的布局分配，井然有序的床桌，昼可沐阳，夜可赏星月的阳台，良好的生活条件让人不禁叹一声“幸福” 。宿舍水、电、暖全供，周围还有便利店、书店、修理部等生活配套设施，公寓管理服务热情、周到、安全，西安邮电大学的宿舍不仅是身体休息的场所，也是心灵休憩的港湾。

夜色愈深，之夜将至。合上书籍，默念一遍知识，默许一个愿望；与好友漫步，走过喷泉，在播云湖小憩，看杨柳随风；倦鸟归巢时刻，换上睡衣，打开日记记录一日充实时光，西邮人享受静谧的夜晚！

一诗一事一时辰，西邮的十二时辰记录着学校的身之所处，目之所及，心之所向。昼夜不息，时间不止——锚定国内一流的高水平邮电大学建设目标，坚持特色立校、人才强校、创新兴校、质量荣校，努力建一流学科、办一流专业、创一流大学，推动学校在新的历史时期实现高质量发展，西安邮电大学在属于自己的"时间桃花源"中大步前行。

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本文素材来源：西安邮电大学官网、官微，西邮新闻网，西安邮电大学学生会，掌上西邮

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