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真理越辩越明。
“什么伟大谦虚,在原则性问题上,从来没有客气过。”
汉语是联合国官方正式使用的 6 种同等有效语言之一。请不要歧视汉语!
Chinese is one of the six equally effective official languages of the United Nations.
Not to discriminate against Chinese, please!
[阶段性要点汇报] “半电路、半电磁场”电路(fiecuit):概念、现状和未来的可能发展
要点:
我们应该有意识地跟踪其发展。
子曰:“温故而知新,可以为师矣。”《为政》
孔子说:“温习学过的知识,可以从中获得新的理解与体会,那么就可以凭借这一点去做老师了。”
一、什么是“半电路、半电磁场”电路(fiecuit)
同时利用“载流子”、“电磁场”的电路。
目前绝大多数电路属于“集中参数电路”。这种电路主要利用“载流子”,而通常把“电磁场”作为消极的、起坏作用的“干扰”来尽力遏制。
虽然早就有微波设备等直接利用“电磁波”,但总体上数量不如常见的集中参数电路(设备)多。
“半电路、半电磁场”电路(fiecuit),就是将“载流子”、“电磁场”这两种能量载体同时使用的电路(设备)。
二、为什么要研制“半电路、半电磁场”电路
可以推断:这是人类科技发展的几乎必然。
例如,在集成电路里,随着集成度的提高,芯片里面导体等的空间距离越来越近,彼此之间的电磁场影响会越来越明显。
可以想象一下:平板电容器的电容量,与平板之间的空间距离成反比。因此,导体间的空间距离越来越近,其间电场等相互影响会越来越明显。
总是把导体、半导体之间电磁场的相互影响“屏蔽掉”,不如直接用这些“电磁场”来传输信号与能量。这是一种芯片设计思想的转变。
三、“半电路、半电磁场”电路真的有用吗?
基本上可以推断:是未来高端芯片的主要形式。
技术寿命的判断:
(1)在量子芯片产业化之前,“半电路、半电磁场”电路是高端芯片的主要形式。
(2)在量子芯片产业化之后,“半电路、半电磁场”电路仍然是高性能数字芯片的主要形式之一。尽管量子计算也可以改造成数字芯片。
四、“半电路、半电磁场”电路现状
1995 我的理论概念 ←→ 1952 Dummer 的集成电路概念
2017 Macha 等人的芯片 ←→ 1947 布拉坦、巴丁的点接触晶体管
2019开始 我 ←→ 1936 Kelly 组织固体器件研究小组。有点像,不全对应
? ←→ 1948~1951 结型晶体管
? ←→ 1958 基尔比集成电路原型
? ←→ 1959 诺伊斯的全集成电路
? ←→ 1959 霍尔尼的平面工艺
通俗地说:
“半电路、半电磁场”电路,概念有了,原型有了。
真正用于生产,还需要哪些技术或理论创新?
与 Macha 等人的“乐观”未来不同,我感觉(推断):真正高性能的“半电路、半电磁场”电路,除了技术和工艺外,理论上、结构上,都还需要若干次重大创新!
从“计算机发展史”、“人类二十世纪最伟大的工程成就”等列出的时间表看,真正的科技进步,都不是“一人一时”完成的。真正的人类科技进步,绝非轻而易举。但是,我们必须坚信,“科学有险阻,苦战能过关。”
五、对我国的一些建议
(1)在天津(京津冀大区)、西安(关中平原)、成都重庆(四川盆地)设立3个研究小组。由高校、研究所的“老中青”人员构成,队伍尽可能保持长期稳定。这些研究人员大约平均拿出“一半”左右的研究时间,用于跟踪、学习、研究等。
可以分成“基础理论组”、“硬件设计组”、“大规模生产工艺与设备组”等若干研究小组,既有重点研究内容,又有相互之间密切配合。合在一起,就是接近该类芯片工业生产的技术储备。
实际上,凡是热衷该研究的人员,都可以参加相关研究小组。没必要进行“地理”束缚。考虑到科技发展的基础继承性,有意识建立相对稳定的研究基地,这是历史给科技未来发展的可能建议。
(2)在京津冀大区、关中平原、四川盆地设立3个研究小组,就是为了尽力利用我国丰富的区域文化资源,避免近亲繁殖,尽力广开思路,打破现有科技的各种束缚,科学地创新。
从凯利(Mervin Joe Kelly)、肖克利、巴丁、布拉坦发明晶体管的历史看,“目标计划”、“自由探索”两手都要抓,两手都要硬。巴丁、布拉坦的“点接触晶体管”实用性不高,肖克利的“结型晶体管”是主流。
网传:“Kelly先生相信自由的重要性,尤其是在科研方面。他手下的许多研究人员拥有如此之高的自主权,以至于项目进度拖后了长达数年,Kelly都没有意识到。举个例子,最早是他挑选了一队研究员成立了半导体项目组。当最后半导体被发明出来的时候,其实项目已经延期两年了。随后,他设立了另一个研究小组,主要负责半导体的批量生产。他把这个任务委托给了其中的一个工程师,指示他做出计划,随后他就告诉这个工程师,自己即将去欧洲出差了,项目由这个工程师全权负责。”
https://www.sohu.com/a/290410142_467791
电子发烧友网___new,2019-01-20 09:00,贝尔实验室:凭什么缔造了现代科技的半壁江山
六、科技原创,早就是“老人家”的事情了
(1)科学家出大成果年龄持续增大
PNAS 2011年《Age dynamics in scientific creativity》,对诺贝尔奖得主出成果年龄的统计如下:
图1 科学家出大成果年龄持续增大,Supporting Figure 1B. Kernel Estimates of Trends in Mean Age at Great Achievement.
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1102895108
图2 科学家出大成果年龄持续增大,其中物理学最明显
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1102895108
现在,45岁以前,研究人员在物理学上大有作为的可能性越来越小。前面积累的知识实在太多了。
(2)晶体管发明
1948年,肖克利(William Bradford Shockley, 1910-02-13 ~ 1989-08-12) 提出结型晶体管(junction transistor)原理时,已经 38周岁了。
1947年,发明第一支“点接触晶体管 point-contact transistor”时,巴丁(John Bardeen, 1908-05-23 ~ 1991-01-30) 已经 39周岁了。布拉坦(Walter Houser Brattain, 1902-02-10 ~ 1987-10-13) 已经 45周岁了。实验室领导人凯利(Mervin Joe Kelly, 1894-02-14 ~ 1971-03-18)已经 53周岁了。
因此,“老人家”是原创的主力;其他人主要是学习如何原创,在不断的积累中终将成为“老人家”。
附录:
1. 计算机发展史
除了宋德生老师的《信息革命的技术源流》之外,
Computer History Museum 里的“TIMELINE 时间表”
https://www.computerhistory.org/siliconengine/timeline/
2. 人类二十世纪最伟大的工程成就
整个 20世纪,美国工程界总共评出了 20项。
其中一些与“电”有关的“Timeline 时间表”网址如下:
1. Electrification
Electrification Timeline
http://www.greatachievements.org/?id=2971
5. Electronics
Electronics Timeline
http://www.greatachievements.org/?id=3956
6. Radio and Television
Radio & Television Timeline
http://www.greatachievements.org/?id=3659
8. Computers
Computers Timeline
http://www.greatachievements.org/?id=3975
9. Telephone
Telephone Timeline
http://www.greatachievements.org/?id=3625
13. Internet
Internet Timeline
http://www.greatachievements.org/?id=3736
18. Laser and Fiber Optics
Lasers and Fiber Optics Timeline
http://www.greatachievements.org/?id=3706
参考资料:
[1] 杨正瓴. 关于“互容”概念的意义. 南京: [J]电工教学, 1995, 17(4): 35-39.
http://qikan.cqvip.com/Qikan/Article/Detail?id=2000725&from=Qikan_Search_Index
https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DQDZ199504010.htm
https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/QK199500046092
[2] Naveen Kumar Macha, Md Arif Iqbal, Bhavana Tejaswini Repalle, Mostafizur Rahman. On circuit developments to enable large scale circuit design while computing with noise [J]. Integration, the VLSI journal, 2022, 84(无期号): 62-71.
doi: 10.1016/j.vlsi.2022.01.002
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167926022000025
[3] 闵应骅,2018-01-12,放开思路,重振计算科学技术 (180112) 精选
https://blog.sciencenet.cn/blog-290937-1094444.html
[4] Samuel K. Moore. 4 strange new ways to compute [News][J]. IEEE Spectrum, 2018, 55(1): 10-11. 01 January 2018
doi: 10.1109/MSPEC.2018.8241695
https://ieeexplore.ieee.org/document/8241695
https://spectrum.ieee.org/nanoclast/computing/hardware/4-strange-new-ways-to-make-a-computer
[5] Igor L. Markov. Limits on fundamental limits to computation [J]. Nature, 2014, 512((7513): 147-154. 13 August 2014
doi: 10.1038/nature13570
https://www.nature.com/articles/nature13570
Photonic waveguides and radio frequency links offer alternative integrated circuit interconnect24,25, but still obey fundamental limits derived from Maxwell’s equations, such as the maximum propagation speed of electromagnetic waves18.
[6] 天津大学,2019-07-05,现代电工电子技术中心召开期末交流总结会
http://news.tju.edu.cn/info/1014/45900.htm
在本期的教学研究类学术报告环节,杨正瓴老师结合《电磁场》《电工学》《电子学》的相关知识,汇报了自己关于“互容”的研究和思考,并讨论了“半电路、半电磁场”集成电路芯片的可能性。随着集成度的提高,芯片导体之间的空间距离会越来越近。这样,导体之间的分布参数(电磁场作用的一种表现)会越来越明显。在“半电路、半电磁场”集成电路芯片里,电磁信号的一部分通过导体传递,另一部分直接以电磁场的方式通过空间(绝缘体)直接传递。这可能是设计未来高集成度芯片的新途径之一。
[7] 杨正瓴. 一种新型集成电路概念——串音计算. 北京: [N]中国科学报, 2019-08-15, 第7版 信息技术.
http://paper.sciencenet.cn/dz/dzzz_1.aspx?dzsbqkid=33013
http://paper.sciencenet.cn/dz/upload/2019/8/201981505629684.pdf
https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/8/348727.shtm
[8] Benjamin F. Jones, Bruce A. Weinberg. Age dynamics in scientific creativity [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), 2011, 108(47): 18910-18914. (NOV 22 2011)
DOI: 10.1073/pnas.1102895108
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1102895108
[9] 1948: CONCEPTION OF THE JUNCTION TRANSISTOR
William Shockley conceives an improved transistor structure based on a theoretical understanding of the p-n junction effect.
https://www.computerhistory.org/siliconengine/conception-of-the-junction-transistor/
[10] 1947: INVENTION OF THE POINT-CONTACT TRANSISTOR
John Bardeen & Walter Brattain achieve transistor action in a germanium point-contact device in December 1947.
https://www.computerhistory.org/siliconengine/invention-of-the-point-contact-transistor/
[11] 1951: FIRST GROWN-JUNCTION TRANSISTORS FABRICATED
Gordon Teal grows large single crystals of germanium and works with Morgan Sparks to fabricate An N-P-N junction transistor.
https://www.computerhistory.org/siliconengine/first-grown-junction-transistors-fabricated/
相关链接:
[1] 2023-08-02,[短评] “半电路、半电磁场”电路的退化形式:“串音”芯片
https://wap.sciencenet.cn/blog-107667-1397649.html
[2] 2023-07-30,[“被”命题作文] “模拟计算”;“串音”、“半电路、半电磁场”电路
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1397241.html
[3] 2020-02-27,“半电路、半电磁场”电路的基本含义
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1220675.html
[4] 2023-08-03,[讨论] 谁在全球首先提出“半电路、半电磁场”/串音电路?
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1397769.html
[5] 2022-09-24,《信息革命的技术源流》第三轮阅读:创新真难!
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1356669.html
[6] 2019-08-10,[求证] 1967年朗兰兹 Robert Phelan Langlands 写给韦伊的信里说
http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1193149.html
[7] 2019-07-07,有关 Geoffrey W. A. Dummer 先生的网页
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1188470.html
[8] 2019-07-13,有关 Mervin Joe Kelly 先生的网页
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1189385.html
[9] 2023-08-02,[小资料] 1952年杜默(G. W. A. Dummer)提出“集成电路概念 Integrated Circuit Concept”
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1397631.html
[10] 2022-01-23,[恸哭] 科技原创:早已不属于年轻人!
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1322295.html
[11] 2023-01-05,[救急] 【总统科学顾问年龄】重点保障一批在一线干活的老科学家们!
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1370617.html
[12] 2011-11-20,科学家出重要成果年龄变大
https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-509890.html
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