长达15亿年的高精度曲线,南京大学在《科学》发表地球早期生命演化最新研究成果

早期地球生物多样性宏演化的空白。

“我们从哪里来,又要到哪里去?”

生命起源与演化,是国际顶级学术期刊《科学》(Science)曾列出的125个重大科学问题之一。

中国科学家最新发表的一项相关研究成果填补了早期地球生物多样性宏演化的空白,并为探索地外生命是否存在以及宜居地球的可持续发展提供了重要的理论基础和借鉴。

澎湃科技获悉,前述研究成果于12月20日凌晨在线发表在学术期刊《科学》(Science)上。该研究由南京大学地球科学与工程学院唐卿研究员和中国科学院院士沈树忠等科研人员与中外多家科研单位合作完成。

化石是记录生命演化的最直接证据。研究团队耗时六年时间创建了目前全球数据最全、信息量最大的早期地球古生物地层数据库、全球首个早期地球化石大数据平台,并采用“超算+AI”等分析方法,绘制出迄今第一条早期地球高精度生物多样性曲线,揭示了地球从20亿年前到5亿年前——约15亿年的高精度生物多样性演化历史。

早期地球高精度生物多样性曲线。

在新闻发布会上,唐卿研究员表示,未来如果有新的相关化石文献发表,将录入到前述数据库中,以更新其数据信息。

作为所有现代高等生物的祖先,早期生命是如何逢凶化吉,幸存,并演化至今的?

研究结果表明,随着第一个可信的真核生物化石在约17亿年前出现后,其多样性一直保持较低但稳定增长的模式。

直到约7.2亿年前全球性大冰期的出现,打断了生命演化的原有进程。

示意图:埃迪卡拉生物群。(Xiao and Laflamme 2009)

随着大冰期事件的结束,地球物种多样性开始迅速增加并且频繁发生波动,造成多次生物大辐射和大灭绝事件。其中包括约6.35亿年前到5.8亿年前的生物大辐射事件,以及紧随其后发生的生物演化史上第一次大灭绝事件,导致当时的优势类型—带刺的微体生物大量灭绝。

在此之后,形态更为复杂的宏体生物(包括动物)迎来了快速辐射。但这些复杂宏体生物在埃迪卡拉纪末(约5.51亿年前至5.39亿年前)又遭遇了两次明显的多样性下降,代表了动物演化史上最早的两次大灭绝事件。

该项研究首次用大数据方法定量化地揭示了早期地球15亿年的生命演化历程,定量勾画了复杂生命的起源、辐射、灭绝、再次辐射至现代生态系统形成的早期历史过程;也凸显了地表温度与氧气含量等环境因素的骤变对早期地球复杂生命系统演化的巨大影响,这对科学家探索极端环境下的地外生命和评估未来地球的宜居性提供了重要参考。

论文链接:science.org/doi/10.1126/science.adm9137

两市融资余额增加190.57亿元

截至2月10日,上交所融资余额报9365.42亿元,较前一交易日增加85.06亿元;深交所融资余额报8887.41亿元,较前一交易日增加105.51亿元;两市合计18252.83亿元,较前一交易日增加190.57亿元。

我国科学家实现“双环路”脑机“互学习”新突破

天津大学与清华大学联合研发出一款“双环路”脑机接口系统。此系统不仅精度更高、能耗更低,还能处理更为复杂的任务。

这款基于忆阻器神经形态器件的无创演进脑机接口系统,成功揭示了脑电发展与解码器演化在脑机交互过程中的协同增强效应,实现了人脑对无人机的高效四自由度操控。2月17日,这一成果在最新一期《自然·电子》上刊发。

协同演进脑机接口框架。(联合研究团队供图)

脑机接口能实现大脑与机器直接信息交流,促进生物智能与机器智能融合,被公认为是新一代人机交互和人机混合智能的核心技术。如何通过脑机之间的信息交互实现“互学习”,进而促进脑机智能的协同演进,是突破脑机性能瓶颈的重点和难点。但目前脑机交互过程中大脑与机器的动态耦合机制尚未厘清,导致脑机之间的长时程互适应能力较弱,工作性能随时间显著下降。

天津大学与清华大学的联合研究团队针对这一难题,发现脑电信号的非平稳特性与任务脑电演变密切相关。基于此,他们创新性地提出了“双环路脑机协同演进框架”,并通过忆阻器神经形态器件加以实现。在“双环路”框架下,脑与机的学习环路相互协同,共同促进系统性能的提升。

(a)脑-忆阻器交互式更新框架;(b)基于忆阻器脑电解码的实时脑控无人机飞行。(联合研究团队供图)

实验结果显示,新方案相较于传统方案,解码速度大幅提升,能耗显著降低。更令人瞩目的是,在连续6小时的长时程交互实验中,系统性能不仅保持稳定,准确率还提升了约20%。这一成果无疑为脑机接口技术的实用化奠定了坚实基础。

天津大学脑机海河实验室教授许敏鹏表示,这项研究不仅实现了生物智能与机器智能的互适应、互学习,还为未来脑机接口系统的发展提供了重要的理论基础与技术支撑。他透露,团队计划将这一系统拓展至更多便携式或可穿戴设备中,以满足不同场景下的智能人机交互需求。

(a)协同演进脑机解码正确率较初始状态提高20%;(b)任务相关脑电特征发生正向演化;(c)脑与忆阻器解码器实现互适应。(联合研究团队供图)

据了解,此研究由天津大学与清华大学团队合作开展:天津大学脑机海河实验室团队完成协同演进脑机接口软件系统设计与范式算法实现,清华大学集成电路学院团队完成协同演进忆阻器神经形态器件硬件设计及忆阻器算法设计部署。

全球首个“双环路”无创脑机接口问世:意念操控无人机,能耗骤降至千分之一

脑机接口(Brain-Computer Interface,简称 BCI)是一种能够在大脑与外部设备之间建立直接信息交流通道的技术。其核心原理是通过电极(侵入式或非侵入式)记录大脑活动,利用信号处理算法将神经信号转化为可执行的指令。通过脑机接口,人类或动物不需要通过语言或动作,直接用大脑就可以控制机器设备。

传统脑机接口的自适应解码器缺乏大脑主动参与,且脑电信号采集的通道数急剧增长,解码算法也变得更加复杂,为脑电高效实时处理带来巨大挑战。

近日,由天津大学脑机海河实验室和清华大学集成电路学院合作发布的全球首个“双环路”无创脑机接口系统,把脑与机的信息交互,进行了智能融合,实现了“1+1>2”的效果,其脑电信号解码速度提升216倍,能耗降低至原本的1/1643,并可以实现对无人机的灵活“脑控”。

协同演进脑机接口框架

2月17日,相关成果的论文在线发表于国际权威期刊《自然·电子》。论文标题为《基于忆阻器自适应神经形态解码器的脑机接口》(A memristor-based adaptive neuromorphic decoder for brain-computer interfaces)。

2月19日,该论文的通讯作者之一、天津大学许敏鹏教授向澎湃科技表示,“双环路脑机协同演进框架”的提出,不仅带来了理论上的创新,更在系统性能方面实现了突破。许敏鹏解释说,在系统中引入了忆阻器,使解码速度提升很多,归一化解码速度提高百倍以上,能耗降低至千分之一以下;功耗降低很多,可以长时间进行脑机交互。“忆阻器的基本原理就是模拟大脑神经元的放电过程。”在连续6小时的长时程脑机交互实验中,“双环路”脑机接口的准确率提升约20%,打破了传统脑机接口实验时长一般控制在1个小时的限制。

对于“脑控”时长上的差异,许敏鹏表示,传统的脑接口研究,一般都是短时长研究。“因为我们的大脑是一个非线性系统,它的脑电波一直都在变化。这种变化的脑电波会对我脑机的解码带来负面影响,让它的正确率下降,导致没有办法做长时间的脑机交互。但我们是做了6个小时的脑机交互实验。我们通过‘双环路’机制,让整个脑机接口的系统性能不随时间的推移而下降,反而提升了。”

许敏鹏表示,因为无人机操控应该是目前脑机接口控制任务中难度最大的任务,所以这次他们选择了使用脑机接口对无人机进行操控来进行检测。

无人机的自由度非常高,精度也非常高,而且实时响应。“我们的脑机接口能实现4个自由度的连续操控,而且能完成一些相对复杂的任务。其他的,基本上都只是两个自由度的操控。”

(a)脑-忆阻器交互式更新框架;(b)基于忆阻器脑电解码的实时脑控无人机飞行。

许敏鹏展望,未来5-10年内,脑机接口系统有望在医疗领域推动视健康诊断、偏瘫康复、人工耳蜗调试等应用落地,并在消费电子领域催生意念操控、脑健康监测等新场景。

针对无创设备长期佩戴的安全性争议,许敏鹏教授则以“学习骑自行车”类比解释:“长期佩戴这类设备,确实会对大脑活动产生影响,但并非一定是不良影响。以学骑自行车为例,从最初的手忙脚乱到轻松驾驭,大脑的神经网络必然经历了重构。这就是学习带来的改变,是大脑习得新技能的过程,也是自身优化升级的过程。”

天津大学许敏鹏教授(中)。

全球首次!复旦大学科研团队发现帕金森病全新治疗靶点

近期,复旦大学附属华山医院郁金泰团队通过5年的临床和基础研究获得重大科研突破,在全球首次发现了帕金森病全新治疗靶点FAM171A2。此次研究发现的全新治疗靶点和候选新药有望从疾病早期对帕金森病进行干预,延缓疾病进展。相关研究成果于北京时间2月21日在线发表于国际学术期刊Science(《科学》)。

患病人数持续攀升 帕金森病成世界难题

帕金森病是仅次于阿尔茨海默病的第二常见的神经退行性疾病,严重影响患者日常生活。全球帕金森病患病人数预计将从2015年的700万左右增至2040年的1300万,我国帕金森病患者总数约占全球一半。传统药物和手术治疗都只是针对帕金森病的症状进行治疗,不能延缓疾病进展,因而进一步研究帕金森病致病的深层原因并开展针对性治疗,成为全球相关领域科学家竞相探索的战略高地。

帕金森病病程进展机制及干预手段

全球首次发现FAM171A2靶点是病理性α-突触核蛋白传播的关键

复旦大学附属华山医院郁金泰团队通过长达5年的潜心钻研,明确了PD关键致病蛋白——病理性α-突触核蛋白在神经元间的传播“导火索”,并发现了抑制其传播过程的候选新药,为帕金森病治疗提供了新思路。

研究团队首先从大规模人群的全基因组关联分析中,发现FAM171A2是帕金森病风险基因,FAM171A2是一种神经元细胞膜蛋白,但其功能此前从未被人研究过。郁金泰团队经过系列研究证实了神经元膜受体FAM171A2蛋白是促进病理性α-突触核蛋白传播的关键,在全球首次揭示了FAM171A2蛋白与α-突触核蛋白的结合机制。

基于帕金森病患者临床样本分析,团队发现帕金森病患者大脑中FAM171A2蛋白含量增高,且FAM171A2含量越高的患者,其脑内病理性α-突触核蛋白含量也越高。紧接着,通过一系列体内外实验,研究团队发现在神经元细胞膜上,FAM171A2像“智能识别门”一样,可选择性地结合病理性α-突触核蛋白,并携带其进入到神经元中,诱导神经元内单体形式的α-突触核蛋白发生错误折叠,造成神经元死亡和其在神经元间的传播。随后,研究团队通过转基因动物证实,敲除小鼠神经元上FAM171A2,可以有效控制小鼠帕金森样症状的进展。

对于此次的研究发现,《科学》杂志审稿人指出,识别病理性α-突触核蛋白聚集体的神经元受体是帕金森病研究领域的“圣杯”,它能提供阻断病理传播并延缓疾病进展的治疗方法;该研究探讨了一个至关重要且具有重大意义的科学问题,是一项非常有趣、新颖、重要且具有转化意义的研究。

帕金森病患者在出现运动症状之前十几年,大脑内就已存在α-突触核蛋白病理,本次研究发现有望在疾病的临床前期、前驱期和临床期通过靶向抑制原创新靶点FAM171A2,阻断病理性α-突触核蛋白传播,延缓帕金森病进展。此外,开发靶向FAM171A2新药还可补充目前在临床期改善运动症状的补充多巴胺水平的药物治疗、在临床晚期用脑起搏器的神经调控治疗手段,构建更完善的帕金森病标本兼治的治疗新体系。

在这一成果基础上,郁金泰团队申请了基于干预FAM171A2治疗帕金森病的国际专利,接下来,将全面、系统地开展寻找治疗帕金森病的小分子药物、抗体以及基因治疗手段的临床前研发工作,并进一步将相关成果推向临床试验和临床应用。

我国首次采用航空冰雷达技术开展典型冰川储量调查

记者今天(12月20日)从中国科学院空天信息创新研究院获悉,近期,基于国家重大科技基础设施“航空遥感系统”建设的新舟60遥感飞机和奖状遥感飞机搭载航空冰雷达与三维激光雷达,在甘肃省老虎沟12号冰川、七一冰川、宁缠河3号冰川开展了冰川透视探测。这是我国首次基于航空冰雷达技术开展典型冰川储量调查,可以为河西走廊各流域水资源管理和决策、祁连山生态环境保护与区域可持续发展等提供关键数据支撑。

△七一冰川表面数字高程模型

 本次调查自2024年9月至11月,共有效飞行13架次,采集原始数据5.6TB,取得了冰川表面数字高程模型(DEM)、冰川底部基岩数字高程模型(DEM)、冰川剖面图、冰川储量、冰川三维透视图及3个典型冰川储量等成果,并结合探地雷达(GPR)测量数据完成了冰川厚度准确度评价,圆满完成了项目各项任务。

至此,由中国科学院空天信息创新研究院航空遥感中心承担的“2024年度甘肃省典型冰川航空冰雷达透视探测项目”顺利通过验收。验收专家组给予项目高度评价,指出该项目首次实现了复杂地形条件下的复式山谷冰川冰厚测量,总体技术达到了国际领先水平。

航空冰雷达是一种搭载在飞机上对冰川进行透视观测的雷达,通过向冰川发射低频段电磁波,例如P波段或VHF波段,接收冰川表面和冰底基岩的散射回波,经过处理和反演得到冰川厚度及储量信息。

“80%的投资人看不懂具身智能”,人形机器人开始降温?

·如果无法获得大公司的战略投资,初创公司的生存将面临困难。未来能持续发展的具身智能机器人公司可能不到10家。

从去年以来,具身智能(Embodied Intelligence)是继大模型之后人工智能行业内讨论热度较高的议题,在投资圈也是趋之若鹜。

大家对具身智能的前景充满期待,但深入产业观察,理想和现实仍有相当大的差距。一位参与了具身智能机器人项目的科技投资人日前在接受澎湃科技(www.thepaper.cn)采访时直言,80%的投资人其实看不懂什么是具身智能,但行业发展趋势倒逼投资人理解“具身智能”这一概念。 透过行业火爆的现象,可以看到很多硬核问题尚未得到解决,譬如硬件同质化严重,具备真正的“可用性”的具身智能非常少。

特斯拉Optimus机器人演示。

近期,总部位于伦敦的人工智能投资公司 Air Street Capital 发布了最新的人工智能状况报告“The State of AI 2024”,报告对2025年做出十大预测,其中指出,由于难以实现产品市场契合,市场对人形机器人的投资水平将下降。

投资人的热情与纠结

什么是具身智能?北京具身智能机器人创新中心总经理熊友军用一个形象的比喻来描述具身智能与机器人之间的关联。他说,“具身智能是人工智能与机器人技术深度结合的产物,它是‘长了身体的智能’,标志着技术发展的一个巨大进步。”他认为,具身智能能够直接与物理世界进行交互,将带来生产力的巨大提升和生活方式的改变。

目前业内普遍认为,人形机器人是具身智能落地的最佳硬件载体,持有类似观点的不乏顶级技术专家和科技巨头,包括斯坦福大学教授李飞飞、美国知名企业家埃隆·马斯克、英伟达CEO黄仁勋等。

国内资本市场敏锐地捕捉到了具身智能机器人的潜在价值,在今年上半年,大量资金涌入这一赛道。譬如成立仅一年的北京银河通用机器人公司(以下简称“银河通用”)今年获得美团、商汤等知名互联网企业7亿元人民币的天使轮投资后,又获得港投公司的天使+轮次投资。由华为天才少年“稚晖君”创立的智元机器人,在过去一年时间完成七轮融资,估值已达到70亿元。事实上,很多机器人还在用PPT讲融资故事的时候就已经估值过亿。

Figure AI机器人

前述科技投资人指出,目前对于投资人来说,最大的障碍在于很多人其实也看不懂这个赛道,“可能80%的投资人并不理解。”让投资人很纠结的问题是,目前市场上的具身智能人形机器人硬件同质化严重,很多机器人公司使用的本体和其他组件都来自同一家上游供应商,如谐波减速器和电机等关键零部件,能快速实现组装。“

在硬件相差不大的情况下,机器人的抓取能力和动作灵活性完全依赖于“大脑”的智能化程度。最终决定机器人能力高低的是依托于软件的智能泛化能力。只有拥有强大的泛化能力,人形机器人才能适应各种任务场景,具备真正的“可用性”。然而,在这位投资人看来,就泛化能力而言,目前还没有哪家机器人公司的具身智能产品可以真正通过商业化的概念验证。

上海市人工智能社会治理协同创新中心、上海交通大学清源研究院研究员刘志毅告诉澎湃科技,即便投资市场表面上火热,人形机器人公司如雨后春笋般出现,仔细观察会发现,行业内大多数还停留在“Demo”阶段,能真正落地商用的非常少。

“未来持续发展的具身智能公司或不到10家”

理想画面中的具身智能机器人搭载大模型,能够完成端到端的自主学习,掌握工作技能。在工厂的仓库中,机器人可以自由穿梭,精准地挑选、分类和放置物品,高效而准确。但现实与理想还有差距。

刘志毅表示,“现在大部分所谓的具身智能机器人,对外展示看上去更像一间样板房。”他指出,目前市面上确实能看到特斯拉、Agility、Figure AI等公司在人形机器人领域的频繁动作,投资界和媒体的讨论也非常多。机器人的动作控制、基础抓取能力以及倒红酒、煎鸡蛋等细分场景的展示,让人眼前一亮。但仔细观察可以发现,这些机器人所做的事情差别不大,缺乏新意。机器人进入工厂工作,在性价比、稳定性和适应复杂环境的能力等方面仍有诸多难题待解。

即便当前许多机器人企业比如智元机器人、特斯拉等在融资后宣布进入小批量量产阶段,但实际来看,大部分量产主要集中在面向科研、高校等研究机构,距离真正的规模化应用仍然遥远。

EX机器人总裁、中国机器人协会副会长李博阳曾表示,机器人公司需要考虑在什么样的场景下能做出可批量生产的产品。首先要考虑市场是否真的有需求,如果做的是一个伪需求的项目,无论怎么做,都不可能实现批量化生产。

“现在很多机器人企业的产品,在需求场景下还没有达到可用的状态,这意味着它们还没有达到量产的阶段。”李博阳称,无论现在是否真的“百花齐放”,现阶段应先考虑机器人是否可用、能否卖出去,再考虑降成本、批量化生产。

刘志毅向澎湃科技表示,距离理想中的大规模生产、广泛应用阶段还很遥远,保守估计需要5-20年分阶段过渡。“目前这些机器人,无论是轮式、双足还是带有灵巧手的,想要实现大规模生产都非常困难。”他指出,要建立大规模生产的供应链体系,所需资金投入巨大。

刘志毅估计2024年上半年公开表示在做具身智能机器人的公司可能已超过70家,但未来能持续发展的可能不到10家。如果无法获得大公司的战略投资,初创公司的生存将面临困难。

前述投资人预计,在理想状态下,具身智能机器人在产线实现批量生产大约需要五年,进入家庭市场可能需要十年左右。不过,现实难以预估。“说实话,这个赛道更像是一种信仰投资,你相信即可。”

两市融资余额减少121.94亿元

截至11月22日,上交所融资余额报9421.38亿元,较前一交易日减少46.95亿元;深交所融资余额报8761.86亿元,较前一交易日减少74.99亿元;两市合计18183.24亿元,较前一交易日减少121.94亿元。

突破!科研人员在高温超导研究领域取得新进展

记者从中国科学院物理研究所获悉,我国科研团队联合国外的多个研究团队,在镍基高温超导体的研究中取得了重要进展。科研人员利用国家“十二五”重大科技基础设施综合极端条件实验装置(SECUF),在镨(Pr)掺杂的双镍氧层钙钛矿材料(La2PrNi2O7)多晶样品中同时提供了高压下实现块体高温超导电性的两个关键实验证据,即零电阻和完全抗磁性,澄清了目前双镍氧层钙钛矿材料(La3Ni2O7)中高温超导电性起源和体超导的争议问题,并揭示了微观结构无序对高温超导电性的不利影响。这一工作对于镍基高温超导材料的进一步优化设计与合成具有重要指导作用,将推动镍基高温超导体的研究进程。相关科研成果北京时间10月2日在国际学术期刊《自然》发表。

综合极端条件实验装置的六面砧高压实验站和强磁场核磁共振实验站的实物照片,以及La2PrNi2O7多晶样品的高压结构演化和超导相图。

综合极端条件实验装置(SECUF)位于北京怀柔综合性国家科学中心,是由中国科学院物理研究所等建设的国家十二五重大科技基础设施项目,也是怀柔科学城第一个开工的国家重大科技基础设施,2023年初全面投入试运行。目前,SECUF已建成国际先进的集极低温、超高压、强磁场和超快光场等综合极端条件为一体的用户实验装置,可极大提升我国在物质科学及相关领域的基础研究与应用基础研究综合实力。

《芯片简史》作者汪波:如何应对芯片的“极限”挑战?

《芯片简史》书封。

芯片可以看作人体器官的延伸,它延伸了我们的大脑、眼睛、皮肤……

“芯片可以看作人体器官的延伸,它延伸了我们的大脑,因为它有计算和储存知识信息的能力;它也延伸了我们的眼睛,因为它有拍照能力;它还延伸了我们的皮肤,因为它有感知能力……”芯片不是一项孤立的技术,它与人类和环境共同构成了一个彼此依存的世界。

汪波博士

近日,资深芯片研究专家、《芯片简史》作者汪波博士在接受澎湃科技采访时,对芯片在人类生活中扮演的角色作出了上述表述。

芯片自诞生迄今,不过60多年的时间,却已“带领”人类告别信息闭塞和诸多不便的时代。如今,芯片产业的发展处于瓶颈之中,如何应对“极限”挑战?

芯片危机

芯片是指由半导体构成的集成电路。半导体是一类特殊的导电材料,而集成电路则是半导体器件的集合。

芯片由一大张晶圆分割而成,体积很小,常常是计算机或其他电子设备的一部分。

如果把晶圆体看成一本书,半导体便是造纸的原材料,芯片则是一页页纸张。

1965年,英特尔创始人戈登·摩尔提出,依据成本最低原则,芯片上的元件数量将以每年翻倍的速率增加。

1975年,他将翻倍周期修改为两年。在这种增长节奏的推动下,人类先后进入了PC时代、互联网时代和AI时代。

但功耗、内存、开关频率以及算力瓶颈等问题,正滞缓摩尔定律的前进。更为重要的是,摩尔定律受量子力学的限制,晶体管的尺寸正逼近物理极限。“当晶体管小到原子尺寸时,量子效应会发生作用,电子会从原子中逃逸出去,晶体管就无法正常工作,芯片也会失效。”

对中国而言,汪波认为,“目前非常紧迫的(问题),一个是,先进的光刻机我们买不到。另一个是,先进的GPU我们也买不到。”

光刻机是制造芯片的关键技术支撑。光源发出的紫外光通过印有电路图形的掩模板,对涂有光刻胶的晶圆片进行曝光,被光照射到的光刻胶发生化学反应,这样掩模板上的电路图形就转移到了光刻胶上,进而通过刻蚀使得晶圆表面也形成了电路图形。光刻是芯片制造流程中极为关键的一步,其精度决定了芯片加工能达到的最小尺寸。

由于前期技术投入的疏忽以及起步较晚,中国目前尚未造出先进的EUV光刻机。

GPU(Graphic Processing Unit)即图形处理器,本来是一种显示芯片,用于加速计算机上的图像处理。但由于GPU 可快速执行数学计算,能使某些计算的运行速度比在CPU上运行快10至100倍。这一特性使GPU成为推动机器学习 (ML)、人工智能 (AI) 和区块链等新兴和未来技术发展的重要工具。

随着西方对中国在GPU领域的技术封锁,许多国内公司转向了自研GPU。但相较于国际巨头AMD和英伟达(NIVIDIA),国产GPU在性能上仍有较大差距。

“还有一个很重要的问题,是对芯片集成电路领域的人才培养。”汪波坦言,“我们过去培养的人才不多,而且很多都转行去了互联网等更高薪的行业,加剧了今天芯片领域的卡脖子问题。”汪波认为,人才培养需要花大量时间、长久地积累经验,以及建立完善的实验线,“成本非常大,但我们必须进行这样的培养。”

应对危机,需要坦诚的创新与叛逆

“应对芯片危机,我们需要原始创新,而唯一的方法是诚实地面对现实和历史。”在汪波眼中,这种诚实意味着实事求是地面对当下芯片升级发展的阻碍,认清芯片发展的规律,脚踏实地,做好长期应对难题的准备。

汪波认为,摩尔定律的终结是一件无须辩论的事情,那一天终究会来到。为了延缓那一天的到来,他提出了三种应对策略:一是“延续摩尔”,继续提高芯片中晶体管的密度;二是“扩展摩尔”,提高芯片的丰富程度、拓展芯片用途、集成各类专门芯片的功能;三是“超越摩尔”,探索MOS场效晶体管以外的新型晶体管,开发新的芯片品种。

汪波表示,当下应以“延续摩尔”为主线,同时不放松对其他路径的研究。通过立体堆叠、改变现有晶体管的工作模式、探索除硅之外的新材料等手段,继续提升芯片的性能和算力。

创新的发生无法预测, 但往往是从已有的脉络着手。汪波表示,可以从技术底层寻求突破,构思出不同于现有硅晶体管的新器件,从而改变芯片的架构和应用。同时应该顺应应用驱动的趋势,从应用需求中寻找新的突破点,进而优化甚至发明新的芯片。

芯片的发展史是一部创新史和叛逆史。”汪波在书中强调,“要不盲从,不畏惧,从否定中汲取能量。”

汪波博士接受采访。

他以肖克利发明结型晶体管的故事为例。肖克利作为贝尔实验室晶体管研究小组的组长,却被两个手下巴丁和布拉顿抢先发明了第一个晶体管——点接触晶体管,他因此遭受了很大的心理挫折。但肖克利并没有一味沮丧,而是把失败当作进步的垫脚石,埋头思考巴丁和布拉顿的点接触晶体管存在的问题、如何加以改进,最终成功发明了双极结型晶体管(BJT),成为后来30年间的主流晶体管结构。

汪波表示,只要创新和叛逆不停止,芯片产业就一直在前进的路上。正如摩尔本人所说,一切已成事,皆可再超越。“对否定的否定,也是一种创新。”