2023年9月21日，北京大学科学技术与医学史系开设的本科生课程《当代科技史》第二讲在理教409举行。本期讲座邀请了科普畅销书《芯片简史》作者汪波博士担任主讲人，讲座主题为“从微米到纳米：芯片的缩小之路与挑战”。伴随着对芯片发展历史的梳理，汪波博士带领同学们一同讨论和思考了芯片之于国家社会发展的影响以及其本身可能存在的问题。

01从观察和认识芯片开始

讲座伊始，汪波老师通过芯片实物让同学们用“看得到、摸得到”的方式走进了芯片的世界。通过观察芯片的颜色、形状、大小，辅以汪波老师的讲解，同学们对于芯片的材料、结构等方面有了初步的具象认识。

为了帮助同学们更好的理解芯片之于国家及社会发展的重要作用，汪波老师以新闻图片作为切入，带领大家了解与芯片有关的新闻事件：荷兰对中国禁售高端光刻机、美国商务部针对芯片提出的法案、国家间的芯片战争……通过对新闻事件的回顾，可以看到芯片已然成为了当今时代人们关注的焦点之一，如何理解这些新闻事件发生背后的原因，则需要回顾芯片的历史。

02认识芯片发展树

芯片可以被看作人体的器官，不同种类的芯片对应着不同的器官，具有不同的功能。汪波老师选择通过芯片发展树的形式，帮助同学们梳理芯片整体以及不同种类芯片的发展历史，从而了解芯片是如何诞生并且改变世界的。

芯片的发展基础源自于量子物理这门基础学科，通过量子物理的研究，半导体当中电子的运动得以被理解，人们可以通过控制电子以达到想要实现的功能。从二极管、晶体管到集成电路，集成的规模数量不断扩大，引发了摩尔定律的提出。汪波老师从摩尔定律出发，根据不同类型芯片对应的功能对芯片进行了简要的介绍。

对于摩尔定律，其最直接的反映指标便是数字类型的芯片。数字芯片主要分为两个功能，一个是运算控制，如CPU、MCU等用于处理控制的处理器；一个是存储，包括临时存储和长期存储，临时存储如动态随机存取存储器（DRAM），掉电之后数据消失，长期存储如闪存（Flash Memory），掉电之后数据仍然能够保存下来。

模拟芯片是与数字芯片相对的芯片类型。数字信号是将数据表示为离散值序列的信号，是以0、1形式跳跃且离散的信号。模拟信号则是代表连续值的信号，其变化是连续的，如声音的信号、电信号等。模拟芯片可以对这些模拟信号进行处理，如麦克风、音响等设备当中的运算放大器可以将声音放大，无线通信技术当中处理高频信号的5G、Wifi、蓝牙等射频集成电路。

模拟信号可以通过传感器进行采集，传感器则有电容式传感器、振动传感器等类型。除此之外，人们还可以使用功率器件来对能量及功率进行处理，如绝缘栅双极晶体管（IGBT）等。

在处理光信号方面，芯片可分为两种应用情境：从光到电的转换与从电到光的转换。对于从光到电的转换，主要应用为太阳能电池、相机等；从电到光的转换则主要为LED发光二极管等。

03回顾历史，探讨思考

在简单介绍过芯片发展树后，汪波老师对于芯片发展树当中所涉及到的芯片发展史进行了更加深入细致的讲解。从普朗克、爱因斯坦、玻尔、德布罗意、海森堡，到“晶体管三剑客” 威廉·肖克利（William Shockley）、约翰·巴顿（John Bardeen）、沃特·布拉顿（Walter Brattain），再到杰克·基尔比（Jack Kilby）、罗伯特·诺伊斯（Robert Norton Noyce）以及之后一批批推动芯片发展的科学家。

汪波老师结合自身的专业知识，对于芯片发展每一步发生的技术革新都进行了深入浅出、鞭辟入里的讲解，令同学们不仅对于芯片发展的历史背景有所了解，还对于芯片技术攻坚过程中科学家们作出的创新之处有了更深入明晰的领会。伴随着课程的推进，汪波老师还为芯片发展的每段历史进程设立了问题讨论环节，引导同学们提出问题，共同探讨。

虽然芯片的历史仅有六十多年，但其背后是不计其数的科学家们的苦心钻研，在技术研发的创新与叛逆交织之中，量子力学演化出了半导体物理，并进而催生出了半导体器件，在此基础上，双极型晶体管、MOS晶体管、光电二极管等得以演生，并通过集成构造产出了模拟芯片、数字芯片、光电芯片等。伴随着科学家的不懈努力和时代的发展，芯片的升级进程仍在不断推进，其也逐渐成为了影响国家社会发展的关键技术之一。