科技創(chuàng)新、科學普及是實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的兩翼,要把科學普及放在與科技創(chuàng)新同等重要的位置。芯片是當代大國競爭的制高點,國家將芯片技術和產業(yè)的發(fā)展列入國家戰(zhàn)略。作為卡脖子技術之一,芯片受到了廣泛關注!缎緯r代:無所不在的芯片》圍繞芯片的十大主要應用場景,向我們展現(xiàn)了芯片無所不在的身影,以及中國科學家在科技創(chuàng)新之路上篳路藍縷的足跡。不僅普及了芯片知識,更傳播了科學思想與科學方法,弘揚科學精神與科學家精神,并從國家戰(zhàn)略角度展現(xiàn)芯片作為卡脖子技術在國家經濟社會發(fā)展和國家安全中的重要地位。
《芯時代:無所不在的芯片》由重慶郵電大學兼具教學科研與科普傳播經驗的資深教師團隊傾力編撰,內容深入淺出,通俗易懂。不僅用粗體字為讀者提綱挈領地總結關鍵概念,更善于運用豐富的說明方法,如打比方、列數(shù)字、舉例子等,將抽象的科技原理變?yōu)榭梢暬氖挛、生活案例等,真正達到了科普的意義。同時,文字理性中蘊含著無限力量,使讀者能由衷為中國芯片制造感到自豪,甚至激發(fā)出強芯的動力。
你是否曾聽過科技巨頭華為的芯片危機?
2019年5月,華為被美國商務部列入實體清單,遭到嚴苛的制裁。由于沒有自己的芯片制造廠,華為更多依賴于外部供應商,如臺積電、三星等。這些供應商使用的設備和材料大多來自美國或受美國控制。這使得華為受制于人,無法獲取關鍵的零部件與專利技術,智能手機生產也因此陷入前所未有的困境……這場芯片危機持續(xù)多年,直到2023年8月29日,華為帶著麒麟9000s芯片涅槃歸來,當時訪華的雷蒙多尚沒有返回美國,還在做著阻滯中國創(chuàng)新速度的美夢。中國科技的創(chuàng)新能力正逐漸顛覆美國乃至世界一直以來對中國高端半導體產業(yè)的傳統(tǒng)認知,也再次向全世界證明了芯片國產化的重要性!
1.智能的寶盒
是什么讓以前的磚頭變成了今天蘊藏無限能量的寶盒?答案是芯片。
手機上有負責不同功能的芯片,主要包括處理器芯片、存儲芯片、通信芯片(主要包括基帶芯片和射頻芯片)以及傳感器芯片等。
處理器芯片相當于手機的大腦,是用來思考、分析和計算的,包括中央處理器(CPU)和圖形處理器(GPU)。CPU 是手機的核心控制部件,主要負責處理各種計算任務,如運行應用程序、處理系統(tǒng)指令等,它決定了手機的整體響應速度和多任務處理能力。GPU專注于圖形處理,主要任務是快速渲染圖像和視頻,使得手機界面流暢,游戲畫面逼真。
①核心大腦 SoC:我思故我在
在傳統(tǒng)的個人計算機時代,計算機機箱空間充足,各模塊(如CPU、顯卡、網(wǎng)卡等)可以獨立安裝。而到了智能手機時代,各項功能需要壓縮至手掌大小的設備中,因此芯片也從單一處理器發(fā)展成為系統(tǒng)級芯片(SoC),就是將整個信息處理系統(tǒng)集成在一塊芯片上。
SoC 是手機芯片中最重要的概念之一。一般來說,它將 CPU、GPU、內存控制器、網(wǎng)絡通信模塊以及其他輔助功能模塊集成在一塊芯片上,因此又被稱為手機的核心處理器。這種高度集成化設計使得智能手機不僅體積更小、功耗更低,而且性能更強、功能更豐富。我們經常聽到的高通驍龍、華為麒麟都屬于SoC。
②手機存儲:我的地盤我做主
說到手機的存儲類型,大家經常會把易失性存儲器和非易失性存儲器弄混。易失性存儲器包括隨機存取存儲器(RAM),而非易失性存儲器包括只讀存儲器(ROM)。另外,外部儲器則是我們熟知的硬盤。
舉個例子,我們購買手機時,通常會在其配置參數(shù)中看到例如這樣的描述 :8GB 128GB。8GB 一般是指手機運存,即運行內存,它是手機的 RAM,用于臨時存儲數(shù)據(jù)并為程序運行提供空間。當我們打開應用、瀏覽網(wǎng)頁或進行其他操作時,相關數(shù)據(jù)會被加載到運存中,以便 CPU 和其他硬件模塊能夠快速讀取和處理。128GB一般是指 ROM,是手機的內置長期儲存空間,用來存儲手機程序、用戶數(shù)據(jù)等。手機下載的應用、文件、歌曲、照片以及系統(tǒng)文件都儲存在手機存儲內存里。
很多人常常誤以為只要運行內存和存儲空間越大,手機就越流暢,手機賣場里也常常充斥著類似的說法。實際上,影響手機流暢程度的因素主要是軟件優(yōu)化和硬件配置。就硬件配置來說,也不僅僅是運行內存和存儲空間越大,手機就越流暢。手機流暢是從處理器到運行內存再到調度存儲內存的一個綜合配合完美的結果,中間任何環(huán)節(jié)的缺陷都會造成卡頓。
以倉儲運輸打比方
這里我們以倉儲運輸來打個比方:存儲內存ROM相當于倉庫,決定了貨物(也就是應用和數(shù)據(jù))的存儲總量;運行內存RAM相當于工人用的手推車,決定了工人一次可以搬運多少貨物;處理器就是工人,CPU算力即工人本身的能力,決定了搬運貨物的效率。即便存儲內存(倉庫)和運行內存(手推車)再大,如果CPU(工人能力)有限,搬運貨物的速度也不會太快。
李章勇:二級教授,博士生導師,重慶郵電大學黨委常委、副校長,重慶市巴渝學者特聘教授,重慶市學術技術帶頭人。主要從事復雜腦動力與圖像智能、集成電路設計、晶圓多光譜缺陷檢測等領域的科學和產業(yè)化技術研究。
吳 靜:高級經濟師,碩士生導師。全國科普工作先進工作者,重慶市省部級科普基地負責人,重慶市科技青年聯(lián)合會科學教育專委會副主任委員,重慶市科普研究會常務理事。重慶市青少年創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃優(yōu)秀項目負責人,主理多門芯片科普課程深受好評。
張紅升:教授,博士生導師,重慶郵電大學光電學院院長,重慶市集成電路協(xié)同創(chuàng)新中心主任。設計多款 DAB/DMB 基帶芯片,關鍵指標優(yōu)于 TI、Frontier 等國外芯片,基于該芯片開發(fā)的終端已量產并出口歐洲。