晶体管开关构成了一个复杂系统,德州仪器TI最底层都能用0和1解决

来源:时间: 2024-05-20

晶体管开关构成了一个复杂系统,德州仪器TI最底层都能用0和1解决

复杂功能还原到最底层都能用0和1解决,德州仪器TI只有半导体材料就够了吗?不行,还必须得是集成电路。因为要想实现功能,光有一个晶体管还不够,必须得把很多晶体管连成电路才行。在早期,人们用半导体材料做出一个个的开关器件,把这些器件就像现在的灯泡一样,一个个连到电路里来实现功能。可这里的问题是,我们需要大量的器件才能实现复杂的功能,但一个个独立器件组成的系统很难缩小。集成电路技术的发明人之一Robert Noyce说起他发明集成电路技术的初衷,就是觉得手工把元器件一个个的焊到一起真是太麻烦了。你要知道,当时他焊的电路也就几百个元件。现在的电路动不动可就是几亿、几十亿个器件,除了集成电路的形式,还真就没别的好办法。我们怎么实现集成电路呢?原本我们是组装单独的器件焊起来,现在就像是微雕,在一个非常小的东西上,直接刻画出这些线路。这个非常小的东西就是半导体衬底,刻刀就是你最近常听到的光刻机。只不过这把刀不是金属,而是激光做的,非常非常细。有了集成电路之后,我们就可以把器件做得非常小了,而且还能不断做得更小,现在已经刻出纳米尺寸的开关来了,可以在一块一厘米见方的芯片里,集成100多亿个晶体管,它的复杂程度真的远远超你的想象。说到这里,你可能还有一个问题,为什么一堆开关连接到一块,就能实现计算、存储这些功能呢?这里面有很复杂的科学理论,但在这里,我告诉你一个简单的道理,那就是所有复杂的运算,都能还原成最基本的0和1。比如说,走迷宫看起来应该是个挺复杂、挺智能的事吧?但你把这事还原下去,其实就是在每个岔口做的选择题,要么走左边,要么走右边。左边对应0,右边对应1,左右分别对应开和关。迷宫的走法对应着软件的算法,其实靠着一堆开关连接起来就能完成运算了。不光是走迷宫,就算今天很流行的人工智能美颜,甚至是下围棋的AlphaGo这样的复杂系统,还原到最底层,其实也是由大量晶体管组成的CPU、GPU,再组成计算机主机,再连接起来构成超级大脑。德州仪器TI计算机里任何你觉得很智能的事,最底层都可以用0和1来完成。当然想要完成复杂的功能,就需要更多的晶体管才行。这就是为什么我们一定要用集成电路,就是想在更小的面积上,集成更多的晶体管。到这里小结一下,芯片的本质就是半导体集成电路,就是用简单的晶体管开关构成了一个复杂系统。也就是这个芯片,创造了今天的数字世界,让人类进入到一半物质世界一半数字世界的新时代。


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