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講 題108年蔡元培院長講座「半導體奇妙的旅程—從原子結構的量子探索到人工智慧的開花結果」
講 者旺宏電子科技總監及總經理盧志遠院士
日 期2019/01/08長 度02:07:00人 氣200 次
摘 要
2016 AlphaGo 在一億人的見證下以4:1的絕對優勢擊敗了世界圍棋盟主,掀起人工智慧神秘面紗。強大的電腦運算能力,豐沛的海量資料以及精準有效的演算法,將人工智慧推上了目前的顯學。細拆手上電腦硬體,不難發現密密麻麻的電子零件搭配相互交錯的電路匯成一體,再仔細進一步剖析每一個電子零件,則又是由成千上萬的電晶體,以更複雜的組合,來完成它的特殊功能。抽絲剝繭檢視電晶體,竟是數以億計的 Si 原子排列而成,而電子在此複雜的結構中展現出多采多姿的行徑與功能,到此你會驚訝甚至好奇,如何從單一的原子,一路來到這麼複雜的系統,到頭來整個人類文明的發展,會被此左右。
波爾所提出電子環繞核子旋轉的行星理論,賦予了後代來科學家對原子電性行為的透視圖,電子環繞軌域以及能階的量子化,解釋了原子光譜的不連續性,從能階到能帶的詮釋給了固態材料區分絕緣體與導體的準則,而摻入微量雜質於母體材料的手法,給了一把調控材料電阻大小的鑰匙進而創造出可供訊號開關以及訊號放大的電晶體。隨著六十年來在製程技術與材料研研究的長足進步,材料界面先天既有缺陷的困境被克服,元件尺寸的微小化的工藝障礙被快速排除,成就了高性能,高密度,低成本的積體電路產業。這不僅大幅提升電腦的計算能力(CPU, GPU的世代更替),並提供了超級親民價格的工作記憶體(DRAM)及資料存儲器 (快閃記憶體),不僅將人類的文明推升到另一個紀元,同時也揭開了人工智慧的序幕。
現有半導體技術,其尺寸微縮的工藝已逐漸逼近原子大小的極限,寄望持續以尺寸微小化來增進電子產品的性能或是記憶密度已經不可行,導致全新的材料或是有別於傳統電晶體操作的機制為關鍵之鑰,尤其是在人工智慧的應用方面,若是採用現階段軟硬體的運作,已預期會耗費大量的能量,因此新系統架構的設計,低功耗元件的開發以及高效能的軟硬體整合,將會是下一波科技研發的主流,但無論如何,這一切的一切還是會從原子暨電子的量子物理原則開始。今後 將進一步巧妙地應用量子物理的特異行為再度展開嶄新的量子計算領域,且必將再攀登另一高峰,發展出不可限量且難以想像的人工智能境界。
提 供中央研究院-故院長講座
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