1
00:00:01,246 --> 00:00:04,830
以前，電腦的大小跟
一個房間一樣大。

2
00:00:04,854 --> 00:00:07,646
但現在已經小到可以放到
口袋裡、戴在手腕上，

3
00:00:07,665 --> 00:00:10,984
甚至可以植入你的身體中。

4
00:00:11,008 --> 00:00:12,289
多酷啊？

5
00:00:12,809 --> 00:00:17,146
這之所以能夠實現，
是因為電晶體的微型化，

6
00:00:17,170 --> 00:00:19,662
電晶體是電路中的小型開關，

7
00:00:19,686 --> 00:00:21,662
位在電腦的心臟部位。

8
00:00:22,051 --> 00:00:25,223
微型化能成功，也是經過數十年

9
00:00:25,247 --> 00:00:28,045
科學和工程的的發展及突破，

10
00:00:28,069 --> 00:00:30,741
還有數十億美元的投資。

11
00:00:31,352 --> 00:00:34,100
但，它給了我們非常大量的計算、

12
00:00:34,124 --> 00:00:35,929
非常大量的記憶體，

13
00:00:35,953 --> 00:00:40,895
以及我們現今大家都體驗到
且很享受的數位革命。

14
00:00:41,665 --> 00:00:44,433
但，壞消息是，

15
00:00:44,457 --> 00:00:47,339
我們很快就要碰到數位路障了，

16
00:00:47,613 --> 00:00:51,963
因為電晶體微型化的
速度正在減緩。

17
00:00:52,471 --> 00:00:55,345
這個狀況發生的同時，

18
00:00:55,369 --> 00:00:59,367
因人工智慧以及大數據，

19
00:00:59,391 --> 00:01:02,821
我們的軟體還在持續不斷創新。

20
00:01:03,175 --> 00:01:08,215
且我們的裝置經常要執行
臉孔辨識或是虛擬實境，

21
00:01:08,239 --> 00:01:12,464
或甚至要在我們變化莫測
又混亂的道路上自動開車。

22
00:01:12,959 --> 00:01:14,446
這很不可思議。

23
00:01:14,618 --> 00:01:18,935
但，如果我們趕不上
我們軟體的胃口，

24
00:01:19,309 --> 00:01:22,986
我們的科技發展就有可能
會達到一個點，

25
00:01:23,120 --> 00:01:25,724
在這個點，我們用軟體能夠做的事

26
00:01:25,744 --> 00:01:28,625
其實會受限於我們的硬體。

27
00:01:29,075 --> 00:01:33,583
我們都遇過這樣的挫折：
老式手機或平板電腦

28
00:01:33,607 --> 00:01:36,771
跑得又慢又辛苦，最後停下來，

29
00:01:36,795 --> 00:01:40,770
因為裝在上面的軟體更新
和新功能帶來的負擔越來越大。

30
00:01:40,794 --> 00:01:44,177
但不久前我們剛買來的時候
用起來還挺好的。

31
00:01:44,201 --> 00:01:46,375
但飢渴的軟體工程師

32
00:01:46,405 --> 00:01:50,041
隨時間吃光了全部的硬體能力。

33
00:01:51,883 --> 00:01:55,495
半導體產業非常清楚這個狀況，

34
00:01:55,519 --> 00:01:59,403
且在努力投入各種創意解決方案，

35
00:01:59,427 --> 00:02:03,398
比如超越電晶體，採用量子計算，

36
00:02:03,762 --> 00:02:07,974
或甚至在替代架構當中
使用電晶體，

37
00:02:07,998 --> 00:02:09,601
比如類神經網路，

38
00:02:09,625 --> 00:02:12,638
以製造出更穩健且有效率的電路。

39
00:02:13,270 --> 00:02:16,369
但這些方法都要花相當的時間，

40
00:02:16,633 --> 00:02:21,260
針對這個問題，我們真的期望
能有更立即的解決方案。

41
00:02:22,899 --> 00:02:27,411
電晶體微型化的速度
之所以慢下來的原因

42
00:02:27,705 --> 00:02:32,391
是因為製程的複雜度不斷增加。

43
00:02:33,142 --> 00:02:36,212
電晶體以前是大型笨重的裝置，

44
00:02:36,416 --> 00:02:39,725
直到以純晶體矽晶圓為基礎的

45
00:02:39,749 --> 00:02:42,440
積體電路被發明出來。

46
00:02:42,946 --> 00:02:45,725
持續發展了五十年後，

47
00:02:45,749 --> 00:02:48,832
現在我們可以把電晶體尺寸

48
00:02:48,856 --> 00:02:51,675
縮小到只有十奈米。

49
00:02:52,361 --> 00:02:54,798
你可以把超過十億個電晶體

50
00:02:54,822 --> 00:02:57,785
放入一平方毫米的矽當中。

51
00:02:58,273 --> 00:03:00,295
更清楚來說，

52
00:03:00,319 --> 00:03:03,995
一根人類頭髮的寬度是一百微米。

53
00:03:04,169 --> 00:03:06,688
一個紅血球細胞，
基本上是看不見的，

54
00:03:06,712 --> 00:03:08,311
寬度是八微米，

55
00:03:08,335 --> 00:03:11,735
所以，一根人類頭髮的寬度
約可放十二個紅血球細胞。

56
00:03:12,467 --> 00:03:15,567
但，相對之下，電晶體更小，

57
00:03:15,591 --> 00:03:19,439
寬度只有一微米的一小部分。

58
00:03:19,463 --> 00:03:23,009
大約兩百六十個電晶體排在一起

59
00:03:23,033 --> 00:03:25,011
才等同一個紅血球細胞的寬度，

60
00:03:25,035 --> 00:03:29,499
或者，三千個電晶體排在一起，
才等同一根人類頭髮的寬度。

61
00:03:29,523 --> 00:03:33,847
現在就在你口袋裡的奈米科技
真的很不可思議。

62
00:03:35,204 --> 00:03:37,392
明顯的益處是能夠

63
00:03:37,416 --> 00:03:41,250
在晶片上放更多較小的電晶體，

64
00:03:41,984 --> 00:03:45,476
此外，較小的電晶體
也是較快的開關，

65
00:03:46,166 --> 00:03:50,567
且較小的電晶體也是
比較有效率的開關。

66
00:03:50,591 --> 00:03:53,068
所以，這種組合讓我們可以

67
00:03:53,092 --> 00:03:57,391
取得成本較低、性能較佳、
效率較高的電子產品，

68
00:03:57,415 --> 00:03:59,478
讓我們現今可以享用。

69
00:04:02,415 --> 00:04:05,179
要製造積體電路，

70
00:04:05,203 --> 00:04:08,411
電晶體要一層一層打造

71
00:04:08,435 --> 00:04:10,788
在純晶體矽晶圓上。

72
00:04:11,332 --> 00:04:13,560
用極度簡化的方式來表示，

73
00:04:13,584 --> 00:04:17,865
電路的每一項小特徵都會被投影

74
00:04:17,889 --> 00:04:20,221
到矽晶圓的表面上，

75
00:04:20,245 --> 00:04:23,614
記錄在光敏感的材料中，

76
00:04:23,948 --> 00:04:26,887
接著透過光敏感的材料進行蝕刻，

77
00:04:26,911 --> 00:04:29,932
在下方的各層留下圖案。

78
00:04:30,612 --> 00:04:34,696
這些年來，這個流程
已經被大大地改善，

79
00:04:34,720 --> 00:04:37,493
讓我們現今使用的電子產品
能有這樣的效能。

80
00:04:38,279 --> 00:04:41,721
但，隨著電晶體的特徵
變得越來越小，

81
00:04:41,745 --> 00:04:43,626
我們已經越來越接近

82
00:04:43,656 --> 00:04:46,689
這項製造技術的實體極限。

83
00:04:48,515 --> 00:04:51,620
做這種曝影的最新系統

84
00:04:51,644 --> 00:04:53,947
已經複雜到

85
00:04:53,971 --> 00:04:58,401
據稱每台機器的成本要超過一億美元。

86
00:04:58,725 --> 00:05:03,012
半導體工廠有數十台這類機器。

87
00:05:03,036 --> 00:05:07,462
所以，大家會質疑：
長期來看，這種方式可行嗎？

88
00:05:08,441 --> 00:05:12,121
但，我們相信我們可以用完全不同

89
00:05:12,145 --> 00:05:16,168
且更有成本效益的方式來製造晶片，

90
00:05:16,835 --> 00:05:20,765
將分子工程以及模仿自然的方式

91
00:05:20,963 --> 00:05:24,576
運用到我們奈米尺度的電晶體上。

92
00:05:25,267 --> 00:05:29,928
如我前面說過的，傳統製造方式
是把電路的微小特徵

93
00:05:29,952 --> 00:05:32,076
投射到矽上面。

94
00:05:32,818 --> 00:05:35,562
但如果你去看積體電路的結構，

95
00:05:35,586 --> 00:05:37,370
電晶體陣列，

96
00:05:37,584 --> 00:05:41,213
許多特徵其實被重覆了數百萬次。

97
00:05:41,237 --> 00:05:43,845
它是種高度週期性的結構。

98
00:05:44,331 --> 00:05:47,399
所以，我們想要把這種週期性

99
00:05:47,423 --> 00:05:50,120
應用到我們的替代製造技術。

100
00:05:50,144 --> 00:05:53,449
我們想要用自組裝的材料，

101
00:05:53,603 --> 00:05:56,484
來自然形成我們的電晶體

102
00:05:56,534 --> 00:05:58,987
所需要的週期性結構。

103
00:06:00,052 --> 00:06:02,194
我們用適當的材料，

104
00:06:02,218 --> 00:06:05,655
由材料來做難做的精緻圖形，

105
00:06:05,679 --> 00:06:10,538
而不是把投影技術
推到極限或極限之外。

106
00:06:11,909 --> 00:06:15,808
在大自然的許多地方
都可以看到自我組裝的例子，

107
00:06:15,832 --> 00:06:18,742
從脂質膜到細胞結構，

108
00:06:19,266 --> 00:06:22,321
因此，我們知道它可以是個
穩健的解決方案。

109
00:06:22,345 --> 00:06:25,906
如果它對大自然來說夠好了，
那對我們來說應該也夠好了。

110
00:06:26,549 --> 00:06:31,349
所以我們想要把這種大自然本有的
穩健的自我組裝方法

111
00:06:31,373 --> 00:06:35,338
用在製造半導體的技術上。

112
00:06:36,929 --> 00:06:39,544
其中一種自組裝材料——

113
00:06:40,388 --> 00:06:42,635
叫做嵌段共聚物——

114
00:06:42,659 --> 00:06:47,442
含有兩個聚合物鏈，
長度只有幾十奈米。

115
00:06:47,466 --> 00:06:49,517
但這些鏈痛恨彼此。

116
00:06:49,541 --> 00:06:51,025
它們會互相排斥，

117
00:06:51,049 --> 00:06:54,946
很像油和水，或是
我十幾歲的兒子和女兒。

118
00:06:54,970 --> 00:06:56,327
（笑聲）

119
00:06:56,351 --> 00:06:59,125
我們用蠻力將它們結合在一起，

120
00:06:59,149 --> 00:07:01,388
由於它們彼此互斥，

121
00:07:01,408 --> 00:07:04,254
所以就就形成了內建的阻撓系統。

122
00:07:04,716 --> 00:07:08,001
有大批這樣的材料，有數十億種，

123
00:07:08,025 --> 00:07:10,936
類似的材料試圖黏合在一起，

124
00:07:11,350 --> 00:07:15,349
而與此同時，對立的材料
則試圖與彼此分開。

125
00:07:15,362 --> 00:07:19,116
這系統內建著阻撓與拉力。

126
00:07:19,140 --> 00:07:23,449
它會到處移動、蠕動，直到成形。

127
00:07:24,209 --> 00:07:28,257
自然自組的形狀小到奈米級，

128
00:07:28,281 --> 00:07:32,008
它有規律，有週期性，範圍很長，

129
00:07:32,032 --> 00:07:35,890
正如電晶體陣列所需。

130
00:07:37,347 --> 00:07:39,878
這樣我們就可以使用分子工程

131
00:07:39,902 --> 00:07:42,966
來設計不同大小的不同形狀，

132
00:07:42,990 --> 00:07:45,053
以及不同的週期。

133
00:07:45,077 --> 00:07:47,808
比如，以一個對稱的分子為例，

134
00:07:47,832 --> 00:07:50,907
在這個分子中，
兩個聚合物鏈的長度相近，

135
00:07:50,931 --> 00:07:53,602
形成的自然自組結構

136
00:07:53,626 --> 00:07:56,425
是一條很長且蜿蜒的線，

137
00:07:56,579 --> 00:07:58,389
非常像是指紋。

138
00:07:58,951 --> 00:08:01,273
而指紋線的寬度

139
00:08:01,297 --> 00:08:03,217
和它們之間的距離

140
00:08:03,331 --> 00:08:07,242
是根據我們聚合物鏈的
長度來決定的，

141
00:08:07,266 --> 00:08:10,560
此外系統內建的阻撓程度
也是一個決定因子。

142
00:08:11,320 --> 00:08:14,238
如果我們能使用不對稱的分子，

143
00:08:14,247 --> 00:08:18,226
我們甚至可以創造出
更精緻的結構，

144
00:08:18,839 --> 00:08:22,924
不對稱的意思就是
兩條聚合物鏈的長度明顯不同。

145
00:08:23,749 --> 00:08:26,459
在這個情況下形成的自組裝結構，

146
00:08:26,483 --> 00:08:30,283
比較短的鏈會在中心
形成一個緊實的球，

147
00:08:30,307 --> 00:08:34,148
它的周圍則是較長、
對立的聚合物鏈，

148
00:08:34,172 --> 00:08:36,220
形成一個自然的圓柱。

149
00:08:37,089 --> 00:08:38,924
這個圓柱的大小

150
00:08:39,188 --> 00:08:42,443
以及圓柱間的距離，即週期性，

151
00:08:42,627 --> 00:08:46,221
同樣也是取決於我們
製造的聚合物鏈的長度，

152
00:08:46,245 --> 00:08:48,983
以及內建的阻撓程度。

153
00:08:49,896 --> 00:08:53,524
換言之，我們用分子工程

154
00:08:53,798 --> 00:08:56,623
來自組奈米尺度的結構，

155
00:08:56,647 --> 00:09:01,557
可以根據我們的設計來形成線條、
圓柱大小和週期不同的結構。

156
00:09:02,337 --> 00:09:05,476
我們利用化學、化學工程，

157
00:09:05,690 --> 00:09:10,479
將我們需要的奈米特性
製作在電晶體上。

158
00:09:13,611 --> 00:09:17,540
但，自主組裝這些結構的能力

159
00:09:17,684 --> 00:09:19,941
只能帶我們走到半路，

160
00:09:20,145 --> 00:09:22,954
因為我們仍然需要
將這些結構放置在適當的位置，

161
00:09:22,978 --> 00:09:26,528
而這些位置，就是我們希望
電晶體在積體電路中擺放的地方。

162
00:09:27,246 --> 00:09:29,984
但我們能相對輕易地做到，

163
00:09:30,008 --> 00:09:33,296
只要運用大範圍的指引結構，

164
00:09:33,816 --> 00:09:36,985
將自組裝結構引導到

165
00:09:37,009 --> 00:09:38,930
我們指定的固定位置，

166
00:09:38,954 --> 00:09:42,801
迫使其餘的自組結構平行排列，

167
00:09:43,199 --> 00:09:45,599
如此就能依照我們的建構方式
完成結構的組建。

168
00:09:46,510 --> 00:09:51,059
比如我們想做一條
四十奈米長的細線，

169
00:09:51,173 --> 00:09:55,311
很難用傳統的投影技術來製造，

170
00:09:56,274 --> 00:10:01,059
但我們可以製造一個
一百二十奈米的結構引導通道，

171
00:10:01,083 --> 00:10:03,487
用一般的投影技術就辦得到，

172
00:10:03,611 --> 00:10:05,971
這個通道結構中會有

173
00:10:06,001 --> 00:10:09,772
三條四十奈米互相對齊的線。

174
00:10:10,226 --> 00:10:14,995
如此，材料才能完成
最困難的精緻曝影。

175
00:10:15,790 --> 00:10:19,697
我們把這整個方法叫做
「引導式自組裝」。

176
00:10:21,586 --> 00:10:24,340
引導式自組裝的挑戰在於

177
00:10:24,364 --> 00:10:28,450
整個系統需要近乎完美地
符合我們要的排列方式，

178
00:10:28,864 --> 00:10:31,634
因為結構中若有任何微小的瑕疵，

179
00:10:31,644 --> 00:10:34,095
都可能會造成電晶體故障。

180
00:10:34,169 --> 00:10:37,138
因為我們的電路上
有數十億個電晶體，

181
00:10:37,162 --> 00:10:40,390
我們需要一個接近
分子等級的完美系統。

182
00:10:40,977 --> 00:10:44,182
但我們需要用到非常精準的量測工具
才能達成這個目標，

183
00:10:44,197 --> 00:10:46,849
從化學的清潔，

184
00:10:47,213 --> 00:10:51,139
到半導體工廠小心處理這些材料，

185
00:10:51,158 --> 00:10:55,480
到移除最小的奈米尺度瑕疵。

186
00:10:57,311 --> 00:11:02,201
所以，引導式自組裝是種
讓人興奮的顛覆性新技術，

187
00:11:02,525 --> 00:11:05,094
但它還在開發階段。

188
00:11:05,680 --> 00:11:08,515
但我們越來越有信心可以真的

189
00:11:08,525 --> 00:11:11,252
把它引入到半導體產業，

190
00:11:11,276 --> 00:11:14,233
做為一種革命性的新製程，

191
00:11:14,257 --> 00:11:16,534
且在接下來幾年就可以做到。

192
00:11:17,014 --> 00:11:20,048
如果我們能做到，如果我們成功，

193
00:11:20,077 --> 00:11:24,885
我們將能夠把電晶體的
成本效益繼續微型化 ，

194
00:11:24,909 --> 00:11:28,662
繼續將計算能力大大擴展，

195
00:11:28,686 --> 00:11:30,568
並帶來數位革命。

196
00:11:30,592 --> 00:11:32,701
不只如此，這甚至可能是

197
00:11:32,711 --> 00:11:36,262
分子製造新紀元的黎明。

198
00:11:36,416 --> 00:11:37,947
這多酷啊？

199
00:11:38,519 --> 00:11:39,677
謝謝。

200
00:11:39,701 --> 00:11:43,910
（掌聲）