11 月 2 日，在 2023 國際集成電路展覽會暨研討會（IIC Shenzhen）中，中國半導體行業協會 IC 設計分會理事長、清華大學集成電路學院教授魏少軍做了半導體——改變世界的力量的主題演講。

從半導體支撐全球經濟持續發展、半導體推動科技持續創新、半導體與計算機一路相伴，改變我們的生活、半導體助力人工智能，提升人類的腦力、半導體成為改變世界地緣政治的工具等方面展開解讀。

半導體支撐全球經濟持續發展

衡量經濟發展的一個重要指標就是 GDP。從統計數據看，2003 年前后全球 GDP 發生了巨大變化。從數據上看，1987-2002 的 16 年里，全球 GDP 平均每年為 27.8 萬億美元，而 2003-2021 的 19 年里，全球 GDP 平均每年 69.2 萬億美元，是前面 16 年（1987-2002）平均值的 2.5 倍。

信息技術是近 20 年全球 GDP 增長的主要驅動力

是什么因素導致過去 20 年全球 GDP 快速增長？魏少軍表示，是信息數據。2000 年之后，以互聯網技術、移動通信技術以及兩者的結合——移動互聯網技術為代表的信息技術產業的崛起促進了全球經濟的高速發展。

全球信息產業發展狀況

1987-2002 的 16 年間全球信息產業累計實現銷售 17 萬億美元，平均每年約為 1.06 萬億美元。2003-2021 的 19 年間，全球信息產業累計實現銷售 76.9 萬億美元，平均每年 4.05 萬億美元，是前面 16（1987-2002）年的 3.8 倍。魏少軍表示，這意味這信息產業確實在 GDP 增長中扮演了重要角色。

半導體是支撐信息產業的核心基礎。從全球半導體的數據來看，1987-2002 的 16 年里，全球半導體產業的累計收入為 16431 億美元，平均到每年為 1027 億美元，2003-2021 的 19 年間，全球半導體產業的累計收入達到 60696 億美元，平均到每年為 3195 億美元，是前面 16 年（1987-2002）的 3.1 倍?；究梢耘卸?，半導體支撐信息產業，信息產業支撐全球半導體 GDP 的增長。

半導體強力支撐了信息技術產業的發展

魏少軍表示，自上世紀九十年代以來，全球 GDP 的增長與半導體產業增長之間呈現出一種相關性，而且進入本世紀第二個十年后，這種相關性越來越強。

半導體產業增長與 GDP 增長呈現強相關性

半導體推動科技持續創新

集成電路的誕生開啟了「硅器時代」。1958 年 9 月 12 日，在美國德州儀器公司 (Texas Instrument) 擔任工程師的杰克·基爾比 (Jack·Kilbv 1923-2005) 發明了集成電路的理論模型。2000 年，基爾比因集成電路的發明被授予諾貝爾物理學獎。

1959 年，晶體管發明人之一肖克萊的學生羅伯特·諾伊斯 (Bob·Novce，1927-1990) 創造了掩膜版曝光刻蝕方法，發明了今天的集成電路制造技術。諾伊斯是英特爾公司創始人，還被稱為硅谷之父。

1965 年 4 月 19 日，戈登·摩爾 (GordonMoore，1929-2023) 發現了摩爾定律，這長期影響半導體產業發展的行業規律。摩爾定律推動芯片復雜度指數增加，戈登·摩爾是英特爾公司的創始人之一。

魏少軍表示，如今的芯片制造已經可以在單個硅片上集成數百億只晶體管。比如在 5 納米的工藝節點中，每平方毫米就可以集成 1.1 億只晶體管。值得注意的問題是，將幾億晶體管集成在一個系統中需要面臨高度的復雜性與挑戰。

集成電路制造工藝中的三大挑戰

集成電路制造工藝中的基礎挑戰是制造精密圖案，例如采用 193 納米光源曝光出幾十納米圖形（130nm 、90nm、65nm...）。

集成電路制造工藝中的核心挑戰是新材料新工藝，包括 64 種材料 (銅、鍺、鎳...），并且每種材料需要數千次工藝實驗，新材料支撐著產品性能的提升。

集成電路制造工藝中的終極挑戰是提升良率，因為工藝流程中累積著大量統計誤差，倘若每一個步驟的良率為 99.9%，那么行進到第一千個步驟時良率只剩 37%。

半導體與計算機一路相伴，改變我們的生活

1947 年，第一支晶體管在美國貝爾實驗室誕生，發明人為:肖克利 (W.Shockley）、巴丁 (J.Bardeen) 和布萊坦 (W.Brattain)。

1958 年 9 月 12 日，在美國德州儀器公司 (Texas Instrument) 擔任工程師的 Jack·Kilby 發明了集成電路的理論模型。

1959 年，曾師從晶體管發明人之一肖克萊的 Bob·Novce 率先創造了掩膜版曝光刻蝕方法，發明了今天的集成電路技術。

1970 年 4 月，英特爾公司的泰德·霍夫 (Ted Hoff) 主持設計了世界上第一款商用計算機微處理器——Intel 4004。它是「一件劃時代的作品」。Intel 4004 在片上集成了 2250 個晶體管，晶體管之間的距離是 10um，能夠處理 4bit 的數據，每秒運算 6 萬次，運行的頻率為 108KHz，成本不到 100 美元。英特爾公司的 CEO 戈登·摩爾將 4004 稱之為「人類歷史上最具革新性的產品之一」。泰德霍夫 (TedHoff) 因此被英國的《經濟學人》雜志列為「二戰以來最有影響力的 7 位科學家之一」。

計算機的發展從真空電子管到晶體管、到集成電路、再到微處理器，到今天已經進入超大規模集成電路。

魏少軍表示，計算機發展到今天，也具有兩種主要形式。第一個是超級計算機。例如神威·太湖之光超級計算機采用 40960 顆核高基國家科技重大專項支持的 SW26010CPU，峰值性能 12.5 億億次/秒，持續性能 9.3 億億次/秒。2016 年 6 月起，曾連續 4 次在全球超級計算機 500 強榜單中位列第一。

第二個是具有強大運算能力的智能手機。蘋果公司的 iPhone 12 手機使用 A14 處理器。A14 采用 TSMC 5nm 工藝，CortexA72 核心，包含多達 118 億只晶體管。A14 處理器為 6 核心，分別是 4 個節能核心及 2 個性能核心，性能高達每秒 11.8 萬億次運算。

半導體的增長過程

計算推動半導體行業的發展，半導體支撐計算機技術的進步。魏少軍表示，從前期的科學計算到個人計算、移動計算、云計算發展到現在的智能計算。未來很可能會進入一個全新的時代，被稱之為「泛在計算時代」。彼時，計算機的使用主體將成為計算機，也就是用計算機來使用計算機將是主要特征。

高性能計算機的計算能力已經進入 E 級時代。E 級超算是指每秒可進行百億億次數學運算的超級計算機，是國際上高端信息技術創新和競爭的制高點，被全世界公認為「超級計算機界的一頂皇冠」。2022 年 5 月 30 日，國際超算大會 (SC) 在德國漢堡發布了最新版全球超算 TOP500 榜單，美國橡樹嶺國家實驗室的新型超算「前沿」（Frontier) 以壓倒性優勢成為全球最快超算。尤其讓外界關注的是，「前沿」也是全球首臺正式發布的每秒浮點運算速度超過百億億次的超算。

隨著全球數據量超過 100ZB(1021)，對 Z 級計算能力的需求愈發迫切。人類對于更高算力的追求在過去數十年里從末停滯。數據量的大量增長對計算機的速度提出更高的需求，如今我們的計算機是無法滿足這一要求的。

過去四十年中有很多東西逐漸消失，如膠卷、鐘表、磁帶等等，這些東西都被手機的功能所取代，而手機中的芯片和軟件，實現了過去四十年中夢寐以求的很多時髦電子產品。不僅如此，半導體還在改變我們生活的方方面面，例如郵票、紙幣，隨著電子化和信息化的發展逐漸淡出流通領域并最終退出歷史舞臺。

半導體助力人工智能，提升人類的腦力

1943 年，美國神經生理學家沃倫·麥卡洛克 (Warren McCulloch) 和數學家沃爾特·皮茨 (Walter Pitts) 合作，對大腦的神經元進行類比和建模，發明了人工神經網絡。麥卡洛克不懂數學，皮茨不懂神經學，兩者跨界融合，產生了影響世界的神經網絡。

David Hubel 發現了人類視覺系統的信息處理方法。提到了人的視覺處理機制可以看成高層的特征是低層特征的組合，從低層到高層的特征表達越來越抽象和概念化。這個發現激發了人們對于神經系統的進一步思考。大腦的工作過程是一個對接收信號不斷迭代不斷抽象概念化的過程。

他們都構建了人工智能非常重要的基礎。人類正在經歷第三輪智能化浪潮。過去以「智能計算機」為目標出現過兩次大的努力，1946 年的通用自動計算裝置，僅具備計算、數據存儲與檢索能力；1990 年的通用推理裝置，使用手工知識庫和規則庫做邏輯判斷，目前正在進行第三次努力，2017 年的機器學習裝，使用機器學習算法做分類和識別。魏少軍提出了一個問題：計算機變成什么樣才算「智能化」呢？

本輪智能化浪潮已經取得了巨大進步，比如在大量圖像的分類處理、機器的語音識別等領域，人工智能已經可以超越人類。引用 iRobot 董事長兼 CEO 科林·安格爾的一句話：「觀察全社會將如何對待人工智能技術將會很有趣，這一技術無疑會很酷。」

魏少軍表示，人類正在進入智能化時代。如果說，第一次工業革命以機械化、電力化和自動化為主要內容解放了人類的雙手，提供人類巨大的能源，實現了人類體能的延伸和放大，延伸我們四肢的能力。那么以計算機、網絡、通信、光電子和集成電路路等技術為主要內容的信息革命，實現了人類感官能力的延伸和放大，延伸我們的感觀能力。今天，正在發生的新的智能化革命，信息技術將與人工智能技術、新型材料工程等一起攜手前行，將信息技術推向全新的高度，實現人類大腦能力的延伸和放大，延伸我們的認知能力。

半導體成為改變世界地緣政治的工具

半導體成為地緣政治博弈的工具。如對華科技政策負責人馬西尼:已牽頭制定并推進美國人工智戰略，同時認為「半導體才是人工智能領先地位的真正基礎」。美國 AI 戰略負責人施密特:「美國要確保領先中國半導體至少 2 代」，美國需與「日、韓、歐聯合抗衡」。

一些國家嘗試著把中國排除在全球半導體供應鏈之外。半導體領域的「軍備競賽」加劇全球供應鏈的碎片化。美國、歐盟、韓國、日本、中國臺灣都各自通過了自己的《芯片法案》。表面看是各自在推動本地集成電路發展，其實是把全球市場進行分割，全球產業化的進程被中止，這個影響負面大于正面。因此，張忠謀表示：「全球化與自由貿易幾乎已死，而且不太可能再恢復。」

另外，魏少軍還提到，5G 和 AI 推動集成電路技術持續進步，這些新的技術反過來也推動了 5G 和 AI 為代表的或來支撐的全球的經濟發展。到目前為止，沒有有任何一個其他技術可以代替集成電路、代替半導體。業界關于摩爾定律的爭論其實從未停止，包括材料的限制、器件的物理尺寸、光刻波長的限制等相關問題。其中的一些問題在半導體行業發展到現在已經得到解決，未來半導體行業的發展將可以更好的滿足人類的需求。