WEBVTT

00:00:01.246 --> 00:00:04.784
过去，计算机和房间一样庞大。

00:00:04.784 --> 00:00:06.410
但是如今你可以把计算机揣进兜里，

00:00:06.410 --> 00:00:07.585
戴在手腕上，

00:00:07.585 --> 00:00:10.948
甚至是嵌入身体中。

00:00:10.948 --> 00:00:12.289
多棒啊！

NOTE Paragraph

00:00:12.809 --> 00:00:17.070
这些都得益于晶体管的微型化，

00:00:17.070 --> 00:00:19.616
晶体管是电路中的小开关，

00:00:19.616 --> 00:00:21.462
位于计算机的核心区域。

00:00:22.051 --> 00:00:25.217
晶体管经过数十年的研发、

00:00:25.217 --> 00:00:28.029
科学工程上的突破

00:00:28.029 --> 00:00:30.741
和数十亿美元的投入之后取得成功。

00:00:31.352 --> 00:00:34.074
它赋予了我们强大的计算能力、

00:00:34.074 --> 00:00:35.903
海量的记忆功能

00:00:35.903 --> 00:00:40.895
以及我们共同经历的数字革命。

NOTE Paragraph

00:00:41.665 --> 00:00:44.417
但是坏消息是，

00:00:44.417 --> 00:00:47.573
随着晶体管小型化的速率不断下降，

00:00:47.573 --> 00:00:51.963
我们即将迎来数字化的瓶颈。

00:00:52.471 --> 00:00:55.329
与此同时，

00:00:55.329 --> 00:00:59.331
我们在软件方面不断创新，

00:00:59.331 --> 00:01:03.125
人工智能和大数据蓬勃发展。

00:01:03.125 --> 00:01:08.199
我们的设备可以进行
面部识别以及现实增强，

00:01:08.199 --> 00:01:12.464
可以在危险、混乱的道路上
进行无人驾驶。

00:01:12.959 --> 00:01:14.166
简直不可思议！

00:01:14.618 --> 00:01:19.249
但如果我们跟不上软件发展的速度，

00:01:19.249 --> 00:01:23.080
就可能会达到科技发展的瓶颈，

00:01:23.080 --> 00:01:27.324
软件发展会受到限制，

00:01:27.324 --> 00:01:28.625
来自硬件发展的限制。

NOTE Paragraph

00:01:29.075 --> 00:01:33.547
我们都经历过
在不断增多的软件更新

00:01:33.547 --> 00:01:36.755
和新功能的重压下，

00:01:36.755 --> 00:01:40.770
老版智能手机和平板带来的失望感，
加载缓慢甚至是停滞卡顿。

00:01:40.774 --> 00:01:44.161
我们刚买这些设备的时候，
它们运转得还不错。

00:01:44.161 --> 00:01:46.325
但是随着软件的更新，

NOTE Paragraph

00:01:46.325 --> 00:01:50.041
硬件渐渐跟不上了。

00:01:51.883 --> 00:01:55.479
半导体行业已经意识到了这一点，

00:01:55.479 --> 00:01:59.387
并且致力于摆脱这一困境。

00:01:59.387 --> 00:02:03.712
比如说超越晶体管到量子计算，

00:02:03.712 --> 00:02:07.958
或者在替代架构中使用晶体管，

00:02:07.958 --> 00:02:09.565
比如在神经网络中，

00:02:09.565 --> 00:02:12.638
创造出更坚固有效的电路。

00:02:13.270 --> 00:02:16.583
但是这些方法都很耗时，

00:02:16.583 --> 00:02:21.260
我们正在寻找解决这个问题的捷径。

NOTE Paragraph

00:02:22.899 --> 00:02:27.675
晶体管小型化速率下降，

00:02:27.675 --> 00:02:32.391
是由制造过程日益复杂导致的。

00:02:33.142 --> 00:02:36.392
过去，晶体管是
很大、很笨重的设备，

00:02:36.396 --> 00:02:39.659
直到基于纯晶硅片的

00:02:39.659 --> 00:02:42.440
集成电路的问世，
晶体管才不断变小。

00:02:42.946 --> 00:02:45.699
在持续五十年的发展后，

00:02:45.699 --> 00:02:49.106
如今我们可以使晶体管的特性尺寸

00:02:49.106 --> 00:02:51.675
达到10纳米以下。

00:02:52.361 --> 00:02:54.772
你可以把超过十亿个的晶体管

00:02:54.772 --> 00:02:57.785
放在一个一平方毫米的硅片中。

NOTE Paragraph

00:02:58.273 --> 00:03:00.289
为了更形象地描述这一点，
我将提供一些数据：

00:03:00.289 --> 00:03:04.129
人的头发直径是100微米。

00:03:04.129 --> 00:03:06.652
一个肉眼几乎看不见的血红细胞，

00:03:06.652 --> 00:03:08.295
直径是8微米。

00:03:08.295 --> 00:03:11.735
头发的宽度几乎是血红细胞的12倍。

00:03:12.467 --> 00:03:15.521
但是相比之下，晶体管更小，

00:03:15.521 --> 00:03:19.403
直径远小于1微米。

00:03:19.403 --> 00:03:22.983
晶体管的宽度，

00:03:22.983 --> 00:03:25.005
是一个血红细胞的260分之一，

00:03:25.005 --> 00:03:29.473
是一个头发丝宽度的三千分之一。

NOTE Paragraph

00:03:29.473 --> 00:03:33.847
这个不可思议的纳米科技
现在就被你揣在兜里。

00:03:35.204 --> 00:03:37.346
除了显而易见的好处，

00:03:37.346 --> 00:03:41.250
即我们可以放置更多、
更小的晶体管在芯片中，

00:03:41.984 --> 00:03:45.476
更小的晶片还意味着更快的转换速度，

00:03:46.166 --> 00:03:50.551
也意味着更高的转换效率。

00:03:50.551 --> 00:03:53.068
这个结合赋予我们

00:03:53.072 --> 00:03:57.385
更低成本、更高性能
和更高效率的电子设备，

00:03:57.385 --> 00:03:59.478
在今天为我们带来了极大的方便。

NOTE Paragraph

00:04:02.415 --> 00:04:05.153
生产这些集成电路，

00:04:05.153 --> 00:04:08.405
需要我们将晶体管
在一个纯晶硅片上


00:04:08.405 --> 00:04:10.788
一层层地叠加起来。

00:04:11.332 --> 00:04:13.534
简言之，

00:04:13.534 --> 00:04:17.839
电路的每一个微小特征
都被投射在

00:04:17.839 --> 00:04:20.205
硅片表面，

00:04:20.205 --> 00:04:23.898
被记录在光敏材料上，

00:04:23.898 --> 00:04:26.871
然后被蚀刻在光敏材料上，

00:04:26.871 --> 00:04:29.932
将图样留在底层。

NOTE Paragraph

00:04:30.612 --> 00:04:34.650
多年来，这一过程
得到了极大的改进，

00:04:34.650 --> 00:04:37.493
从而赋予了电子设备今日的表现。

00:04:38.279 --> 00:04:41.695
但是随着晶体管越变越小，

00:04:41.695 --> 00:04:44.766
我们迎来了制造技术的

00:04:44.766 --> 00:04:46.689
物理极限。

00:04:48.515 --> 00:04:51.584
最新制造底样的系统

00:04:51.584 --> 00:04:53.931
变得十分复杂，

00:04:53.931 --> 00:04:58.685
导致每件设备的成本
高达1亿多美金。

00:04:58.685 --> 00:05:03.006
而每家半导体工厂
都需要采购大量的这些设备。

00:05:03.006 --> 00:05:07.462
于是人们开始正视这个问题：
这个方法是长期可行的吗？

NOTE Paragraph

00:05:08.441 --> 00:05:12.121
但是我们相信我们可以
对芯片制造方法做出改变，

00:05:12.125 --> 00:05:16.168
用一种全新的、更划算的方式，

00:05:16.966 --> 00:05:20.923
使用分子工程和模拟自然的方法，

00:05:20.923 --> 00:05:24.576
在我们晶体管的纳米维度上。

00:05:25.267 --> 00:05:29.912
如我所说，传统制造方法将
电路的每一个微小特征

00:05:29.912 --> 00:05:32.076
都投射到了晶片上。

00:05:32.818 --> 00:05:35.546
但是如果你关注
一个集成电路的结构、

00:05:35.546 --> 00:05:37.544
晶体管的排列，

00:05:37.544 --> 00:05:41.207
你会发现这些微小特征
被重复了数百万次。

NOTE Paragraph

00:05:41.207 --> 00:05:43.845
这是一种高度周期性的结构。

00:05:44.331 --> 00:05:47.373
所以我们想在我们的替代生产技术中

00:05:47.373 --> 00:05:50.074
利用这种周期性。

00:05:50.074 --> 00:05:53.579
我们想使用自组装材料，

00:05:53.583 --> 00:05:56.580
自然地组建周期性结构

00:05:56.584 --> 00:05:58.987
来构建晶体管。

00:06:00.052 --> 00:06:02.188
我们用材料进行试验，

00:06:02.188 --> 00:06:05.639
让这些材料完成
精细图案的制作工作，

00:06:05.639 --> 00:06:10.538
而不是试图在投射技术上寻找突破。

00:06:11.909 --> 00:06:15.782
自组装原理在大自然中随处可见，

00:06:15.782 --> 00:06:19.236
从脂质膜到细胞结构，

00:06:19.236 --> 00:06:22.315
所以我们认为
这将会是有效的解决方法。

NOTE Paragraph

00:06:22.315 --> 00:06:25.906
如果该方法可以应用于大自然，
同理可用于芯片产业。

00:06:26.549 --> 00:06:31.323
所以这一切就顺其自然了，


00:06:31.323 --> 00:06:35.338
将稳固的自组装方法
应用到半导体的生产中去。

00:06:36.929 --> 00:06:39.544
一种自组装材料——

00:06:40.388 --> 00:06:42.609
名为嵌段共聚物——

00:06:42.609 --> 00:06:47.406
由两条长度只有
几十纳米的聚合物链组成，

00:06:47.406 --> 00:06:49.491
但是这些聚合物链彼此排斥。

00:06:49.491 --> 00:06:51.019
它们彼此排斥，

00:06:51.019 --> 00:06:54.930
就像水油不相溶，
就像我青春期的儿女。

NOTE Paragraph

00:06:54.930 --> 00:06:56.311
（笑声）

NOTE Paragraph

00:06:56.311 --> 00:06:59.125
但是我们强制使它们结合在一起，

00:06:59.129 --> 00:07:01.808
在系统中创造一种嵌入式窘组，

00:07:01.808 --> 00:07:04.074
即便它们想要相互分离。

00:07:04.716 --> 00:07:07.975
一块巨型材料，
包含着数十亿个这样的聚合物链，

00:07:07.975 --> 00:07:11.300
相似的化合物会粘结在一起，

00:07:11.300 --> 00:07:14.143
同时互斥的化合物则会

00:07:14.143 --> 00:07:15.312
相互分离。

00:07:15.312 --> 00:07:19.080
这是嵌入式的窘组，
一种系统的张力。

NOTE Paragraph

00:07:19.080 --> 00:07:23.449
所以这些化合物四处移动，
蠕动直到形成一个形状。

00:07:24.209 --> 00:07:28.221
天然的自组装形状是纳米级的，

00:07:28.221 --> 00:07:31.972
它有规律和周期性，还很长。

00:07:31.972 --> 00:07:35.890
这就是我们在晶体管排列中所需要的。

00:07:37.347 --> 00:07:39.812
所以我们可以应用分子工程

00:07:39.812 --> 00:07:42.940
来设计不同尺寸的不同形状，

00:07:42.940 --> 00:07:45.027
以及不同周期性的不同形状。

00:07:45.027 --> 00:07:47.792
比如说，如果我们
选用一种对称分子，

00:07:47.792 --> 00:07:50.901
它的两条聚合物链长度相似，

00:07:50.901 --> 00:07:53.596
则自然的自组装结构就会是

00:07:53.596 --> 00:07:56.499
长的曲线形，

00:07:56.499 --> 00:07:58.389
像指纹一样。

00:07:58.951 --> 00:08:01.237
指纹线的宽度

00:08:01.237 --> 00:08:03.301
和其间的距离，

00:08:03.301 --> 00:08:07.206
不仅取决于聚合物链的长度，

00:08:07.206 --> 00:08:10.560
还取决于系统内嵌窘组的级别。

00:08:11.320 --> 00:08:13.878
我们还可以创造更复杂的结构。

00:08:15.487 --> 00:08:17.926
如果我们使用非对称分子，

00:08:18.839 --> 00:08:22.924
其中一条聚合物链显著短于另一条。

NOTE Paragraph

00:08:23.749 --> 00:08:26.459
这种情况下的自组装结构是这样的：

00:08:26.463 --> 00:08:30.283
短链在中间形成一个牢固的圆球，

00:08:30.283 --> 00:08:34.122
被包围在更长的、
相互排斥的聚合物链中，

00:08:34.122 --> 00:08:36.220
形成一个自然的圆柱体。

00:08:37.089 --> 00:08:39.148
这个圆柱体的尺寸

00:08:39.148 --> 00:08:42.577
以及圆柱体之间的距离、周期性，

00:08:42.577 --> 00:08:46.215
取决于我们选用的聚合物链的长度，

00:08:46.215 --> 00:08:48.983
以及内嵌窘组的水平。

00:08:49.896 --> 00:08:53.738
换言之，我们在利用分子工程

00:08:53.738 --> 00:08:56.607
获得自组装的纳米结构。

00:08:56.607 --> 00:09:02.359
这些结构可以是线形的、圆柱形的，
同时也符合我们设计的周期性。

NOTE Paragraph

00:09:02.369 --> 00:09:05.630
我们在使用化学、化学工程

00:09:05.630 --> 00:09:10.479
来制造我们晶体管
所需的纳米级特征。

00:09:13.611 --> 00:09:17.644
但是自组装这些结构的能力

00:09:17.644 --> 00:09:20.115
只解决了一半的问题，

00:09:20.115 --> 00:09:22.928
因为我们还需要排列这些结构，

00:09:22.928 --> 00:09:26.528
使得晶体管们可以形成集成电路。

00:09:27.246 --> 00:09:29.948
但是这些东西相对更简单，

00:09:29.948 --> 00:09:36.979
使用宽导向结构来固定自组装结构，

00:09:36.979 --> 00:09:38.924
将它们锚定到位，

00:09:38.924 --> 00:09:41.785
使剩余的自组装结构

00:09:41.785 --> 00:09:43.159
可以平行排列，

00:09:43.159 --> 00:09:45.599
从而与我们的导向结构保持一致。

NOTE Paragraph

00:09:46.510 --> 00:09:51.143
比如，如果我们想制作一个
精细的、40纳米长的线形，

00:09:51.143 --> 00:09:55.311
这对传统的投射技术
而言是非常困难的，

00:09:56.274 --> 00:10:01.053
我们可以先制作
一个120纳米的导向结构，

00:10:01.053 --> 00:10:03.571
使用普通的投射技术，

00:10:03.571 --> 00:10:10.186
这个结构将把
3个40纳米长的线形排列在一起。

00:10:10.186 --> 00:10:14.995
所以这些材料在进行
最困难的精细复写。

NOTE Paragraph

00:10:15.790 --> 00:10:19.697
我们称这种方法为：
直接自组装法。

00:10:21.586 --> 00:10:24.334
这种方法的挑战在于，

00:10:24.334 --> 00:10:28.794
整个系统都需要完美地排列，

00:10:28.794 --> 00:10:34.129
因为结构中任何微小的缺陷
都会导致晶体管的失效。

00:10:34.129 --> 00:10:37.138
因为我们电路中存在数十亿个晶体管，

00:10:37.142 --> 00:10:40.390
我们需要一个无比精细完美的系统。

00:10:40.977 --> 00:10:42.956
但我们需要付出非凡的努力，

00:10:42.956 --> 00:10:44.137
来达到这一目标。

NOTE Paragraph

00:10:44.137 --> 00:10:47.183
从我们的化学清洁

00:10:47.183 --> 00:10:49.533
到在半导体工厂中的

00:10:49.533 --> 00:10:51.128
这些材料的精细处理

00:10:51.128 --> 00:10:55.730
从而消除纳米级别的最小失误。

NOTE Paragraph

00:10:57.311 --> 00:11:02.135
所以直接自组装法是一种
全新的，令人激动的颠覆性技术。

00:11:02.135 --> 00:11:05.094
但是它还在发展阶段。

00:11:05.680 --> 00:11:09.405
但是我们有信心在未来的几年里，

00:11:09.405 --> 00:11:11.206
在半导体行业中

00:11:11.206 --> 00:11:14.106
引入这种全新的

00:11:14.106 --> 00:11:16.367
变革型制造方法，

NOTE Paragraph

00:11:17.014 --> 00:11:20.022
如果我们成功了，

00:11:20.022 --> 00:11:21.597
我们将能够继续进行

00:11:21.597 --> 00:11:24.869
低成本的晶体管小型化、

00:11:24.869 --> 00:11:28.656
计算能力的快速发展

00:11:28.656 --> 00:11:30.542
以及数字的变革。

00:11:30.542 --> 00:11:34.111
除此之外，这是将会是

00:11:34.111 --> 00:11:36.386
分子制造新纪元的曙光。

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听上去相当不错吧！

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谢谢。

NOTE Paragraph

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（掌声）