魏少军：半导体在全方位改变人类世界

他以《半导体——改变世界的力量》为题，从“半导体支撑全球经济持续发展”“半导体推动科技持续创新”“半导体与计算机改变人类生活”“半导体助力人工智能提升人类的脑力”“半导体成为改变世界地缘政治的工具”等方面，分析了半导体对人类社会发展的重要意义。Vtaesmc

半导体支撑全球经济持续发展

“半导体是改变全球经济的重要力量，”魏少军教授从衡量经济发展的重要指标GDP来切入，他援引联合国统计司网站公布的全球GDP数据表示，“从1987至2021年期间，全球GDP的绝对值有一个明显的‘跳跃’，全球每年的平均GDP数据发生了比较大的变化，在2003年之前，全球GDP的增长是比较平缓的，到2003年之后，全球GDP的增长加快。”Vtaesmc

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据了解，在1987-2002年的16年间，全球GDP平均值为27.8万亿美元，而到2003-2021年的19年间，全球GDP平均值达到了69.2万亿美元。后面19年里的数值是前面16年的2.5倍。Vtaesmc

究竟是什么力量驱使全球GDP增长得如此之快？魏少军教授认为是以互联网技术、移动通信技术，以及两者结合的移动互联网技术共同驱动了全球GDP的增长。Vtaesmc

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在过去20年里，信息技术的增长也反应出了一些有趣的现象：在1987-2002年的16年间，全球信息产业累计实现销售17万亿美元，平均每年约为1.06万亿美元；2003-2021年的19年间，全球信息产业累计实现销售76.9万亿美元，平均每年4.05万亿美元。仅看全球信息产业年平均销售数据，其中后19年是前16年的3.8倍。Vtaesmc

当然，信息产业整体上呈现快速增长的态势，但中间也有个别年份存在特殊情况，比如2002年及新冠疫情期间。只不过，其整体发展基本符合“前16年(1987-2002年)与后19年(2003-2021年)全球信息产业增速差异大”的情况。Vtaesmc

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除此之外，魏少军教授还列举了全球半导体产业销售额数据：1987-2002的16年里，全球半导体产业的累计收入为16,431亿美元，平均到每年为1,027亿美元。2003-2021的19年间，全球半导体产业的累计收入达到60,696亿美元，平均到每年为3,195亿美元，是前面16年的3.1倍。Vtaesmc

对比全球GDP发展数据和全球信息产业发展数据，可推断出“信息产业在全球经济增长中扮演了重要角色”。半导体是支撑信息产业的核心和基础，信息产业又支撑了全球GDP的增长，因此半导体在全球经济发展中起到了重要作用。Vtaesmc

进一步分析半导体与全球GDP的相关性，在大部分时间里两者的相关性在非常强，且很多时候这个相关性概率会达到90%以上。在绝大部分时间里，半导体增长，全球GDP也会增长，半导体下降，全球GDP也会下降。这表明半导体不仅是一个技术或一类产品，它对全球经济的增长也具有重要作用。Vtaesmc

半导体推动全球科技持续创新

“摩尔定律”一直在驱动产业按照指数性增长的规律向前发展，现在人类可以在单颗硅片上集成数百亿个晶体管。在这么一个高度复杂的系统中，肯定不是采用简单的处理方式。半导体从诞生开始，就是一个创新驱动的产业。如果仅看半导体制造环节，它主要面临三方面的挑战：Vtaesmc

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• 一是精密图形，即是光刻技术。根据上图的公式，Resolution= k1 * λ/NA，分辨率=系数x(光源的波长/投影透镜的数值孔径)。由于光源的波长很难改变，EUV和浸没式光刻机的出现，提升了光圈的数值孔径(NA)，提升分辨率的过程看似简单，但背后充满了意想不到的创新。
• 二是新材料、新工艺的创新。目前，在半导体领域大约有64中材料，包括铜、锗、镍、高K等材料在内，每种材料都需要经历数千次工艺实验。在半导体制造过程中，如何形成一整套真正有意义的产品工艺？没有这些新材料、新工艺的创新，就不会有半导体器件性能的快速提升。
• 三是提升良率。单项工艺的突破可能无法保证大幅度提升整个集成电路产品的性能。在工艺流程中累积大量统计误差，即便每一步的良率高达99.9%，但是上千步步骤积累下来，最终的成品率也只有37%。因此，产业技术水平的标志并非是单个技术的突破，而是成套产品工艺的突破。

半导体与计算机改变人类生活

计算机在向两个极端方向发展：一方面是往超级计算机方向发展。去年，美国发布了前沿超级计算机，其运算能力达到每秒钟10的18次方。另一方面，手机正成为重要的计算器件。1969年NASA把宇航员送到月球的所需的全部算力，还不足现在一部手机三分之一的运算能力。Vtaesmc

计算能力在推动半导体的发展，半导体又支撑计算机技术的前进。在整个过程中，前期的科学计算，到个人计算、移动计算、云计算，到今天进入智能计算，计算机与半导体市场都一路相伴。未来，我们将进入一个全新的时代——泛在计算时代。那时不是人在使用计算机，而是计算机在使用计算机，这将成为泛在计算时代的一个主要特征。在这样的发展模式中，许多东西都会发生改变。Vtaesmc

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高性能计算机的计算能力已经进入了E级时代，E级超算是指每秒可进行百亿亿次数学运算的超级计算机，是国际上高端信息技术创新和竞争的制高点，被全世界公认为“超级计算机界的一顶皇冠”。未来很快将进入Z级时代(1Z=1021，十万亿亿级)，由于数据增长的速度太快，如果计算机的处理速度不能随时跟上，计算机就无法满足发展的要求。Vtaesmc

但从另外一方面，过去40年里也有一些东西正在消失，比如电子产品、邮票、现金，许多功能被集成到了一部手机上。魏少军教授表示，“那些我们曾经趋之若鹜的东西消失了，现在一部手机可以解决很多的问题。这样的改变可能还只是一个开始，未来的改变可能会更大。”Vtaesmc

半导体助力AI提升人类的脑力

人工智能带来的影响更为深远。早在上世纪40年代，人工智能神经网络的想法就已经出现，当时美国神经生理学家Warren McCulloch和数学家Walter Pitts，共同对大脑的神经元进行类比和建模，发明了人工神经网络。到上世纪80年代，加拿大神经科学家David Hunter Hubel发现了视觉神经的机制。以上这些工作都构成了现在人工智能的基础。Vtaesmc

“今天我们在重复前人的很多工作，现在世界正处于第三轮智能化浪潮中。”魏少军教授介绍说，1946年的通用自动计算装置是第一轮智能化浪潮，那时的装置仅具备计算、数据存储与检索能力；上世纪90年代的通用推理装置带来了第二轮智能化浪潮，使用手工知识库作为逻辑判断；2017年开始的机器学习装置开启了第三轮智能化浪潮，使用机器学习的算法来做分类和识别。Vtaesmc

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在这三轮智能化浪潮中，前两轮更多的是对概念、名词的理解，但第三轮浪潮已经发生了很大的变化，机器在很多方面都已经超越了人类，比如ImageNet项目(图像识别)可以AI用识别2万多种物件，AI语音识别错词率降低到了5.9%，LipNet(自动唇读技术)准确度高达93.4%……Vtaesmc

半导体成为地缘政治工具

“iRobot的董事长兼CEO科林·安格尔说过一句话——‘观察全社会将如何对待人工智能技术将会很有趣，这一技术无疑会很酷’。我认为他这句话讲得很深刻，‘有趣’和‘很酷’都是表述，但它们背后是对AI发展的深刻影响。”魏少军教授指出，第一次工业革命推动了人类体力的增长，也即是能源和动力延伸了四肢的能力，而信息革命通过提升感知和感官能力，让人类看得更远、听得更远，今天新的智能化革命延伸的是脑力和认知能力。Vtaesmc

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人工智能离不开半导体，人工智能和半导体的结合，将不仅改变人类的物质社会，而且可能会改变我们的认知能力。“但半导体成为了改变世界地缘政治的工具，这种发展过程确实让人感到非常遗憾。”在此基础上，魏少军教授同时也指出，当前全球半导体市场进行了一定的分割，全球产业化的进程在被终止。半导体的“军备竞赛”导致了全球半导体供应链碎片化，这种变化对全人类来说也是很深远的。Vtaesmc

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即使半导体全球化遭遇了挑战，魏少军教授仍肯定评价说：“5G、人工智能正在推动集成电路技术的进步，并带来很多新的内容。当然，新的内容又反过来支撑以5G、AI为代表的全球经济发展。迄今为止，没有任何其他技术可以代替集成电路。”Vtaesmc