军事专家谈智能芯片:夺取信息优势的金钥匙

2014-10-17 08:49:09来源: 解放军报

    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最小的完整雷达芯片,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,最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,世界第一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,是现代电子设备中最核心的部分,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。

关键字:智能芯片

编辑:chenyy 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2014/1017/article_7699.html
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