微型芯片：開啟數碼製造的技術革命◎紐約時報（2013.04.13）

【Comment】
印表技術立體化，配合各種材質原料，一說將出現桌面製造廠，一說是個人製造廠，但通說將造成第三次工業革命。
有人還在想黨主席。

 

微型芯片：開啟數碼製造的技術革命◎紐約時報（2013.04.13）http://cn.nytimes.com/article/science-technology/2013/04/13/c13chiplet/zh-hk/

JOHN MARKOFF 報道

加利福尼亞州帕洛阿爾托——在顯微鏡下，四個矽片——被稱為微型芯片(chiplets)的電子電路——表演了一支複雜動感的舞蹈，彷彿是受控於一個隱藏的木偶大師。接着，它們按照指令精準地排列出一個電路圖案，每一個矽片都位於正確的接觸點。

在施樂公司(Xerox)的帕洛阿爾托研究中心（Palo Alto Research Center，簡稱PARC）展示的這項技術，是一種新型電子產品製造系統的一部分。該系統借鑒了施樂公司在上世紀70年代的發明：激光打印機。

這項技術一旦完善，就可以成就一個桌面製造廠，為各種的電子設備“打印”電路，這些設備包括有彈性的智能手機，即使你坐在上面也不會破；還有新型機器手的柔軟、敏感皮膚；以及具備智能感應功能的醫用繃帶，能收集你的健康數據，用後即可丟棄。

今天的芯片是用大片的晶圓(wafer)製造的，每片晶圓上都有數百個指甲蓋大小的晶粒(die)，每個晶粒里都有相同的電路。這些晶圓被切割成獨立的晶粒後會分別封裝，然後再在印刷電路板上重新組合，每個電路板都可能容納幾十甚至幾百個芯片。

PARC的研究人員則在設想一種截然不同的模型。在美國國家科學基金(National Science Foundation)和國防高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，簡稱Darpa）的資助下，他們設計出一個類似激光打印機的機器，能精確地將幾萬乃至幾十萬個微型芯片準確地放在一個平面的正確位置上，每個微型芯片的大小不超過一粒沙子。

這些芯片可以是微處理器或計算機內存，還可以是製造完整計算機系統所需的其他電路。它們也可以是微機電系統（microelectromechanical systems，簡稱MEMS）一類的模擬器件，用於感應溫度、壓力或運動。

在PARC研究人員的設想裡，這種新型製造系統可被用來製造定製的計算機，每次僅製造一台，也可以被用作3D打印系統的一部分，以製造直接內置計算機系統的智能設備。

這仍是一項未來技術。研究人員還需要多年才能在比一秒還要短很多的時間裡同時把數萬或數十萬個電路放在準確的位置。他們也承認，要想製造出可堪商用的系統，這只是第一步。

然而，如果PARC的研究人員獲得成功，他們將顛覆矽谷50年來的傳統智慧。

生產射頻標識(RFID)設備的矽谷企業Alien Technology在另一項類似但相對簡單的技術上佔據着前沿地位。這種被稱為流體自組裝(Fluidic Self Assembly)的基本概念是讓一種稱為“奈米塊”的小型集成電路懸浮在液體中，然後在一個平面上流淌，奈米塊隨即掉入跟自己的形狀相符的小孔中。

五十年來，計算機生產的傳統思維是以每兩年翻一番的速度把更多的晶體管塞到指甲蓋大小的芯片中，從而讓計算機更快、更強大。而上述的兩種思路都徹底顛覆了這種思維。

這種新生的印刷技術提出了一個離經叛道的理念：為什麼一定要把儘可能多的晶體管塞到一個小空間裡，為什麼不把晶體管塗抹在一個更大的平面上呢？

此外，這項研究也許會對經濟產生極其巨大的影響——在製造業開啟一個全新的數碼時代，堪比30年前激光打印技術在出版業掀起的革命。

這種技術可以取代現在需要工廠才能組裝的電路板，對現在這個遍布全球、需要僱傭成千上萬工人的供應鏈進行大幅壓縮。

同時它也是眾多和3D打印相關的技術之一，後者是公眾極為關注的領域，已經有人開始擔心今後一切都可以在家裡製造——從工具到槍支。

去年12月，麻省理工學院(MIT)比特和原子研究中心(Center for Bits and Atoms)負責人、物理學家尼爾·葛申菲爾德(Neil Gershenfeld)在《外交事務》(Foreign Affairs)雜誌上撰文稱：“數碼製造技術可以根據個人需求，在任何地點、任何時間去設計和製造實體物品。”

在原型設計領域，固體、機械物件的3D打印已經開始被大規模應用，這種技術在小規模生產領域也越來越普及，而PARC的科學家們認為，最終將會有一系列的製造技術，將微電子設備和機械元件無縫融合在一起。

“你可以打印機械物件，但是如今的世界裡很多東西不全是機械性的，”PARC主管史蒂芬·胡沃爾(Stephen Hoover)說，“如何以低廉的成本將智能大規模嵌入到世界中，將是‘物聯網’中大有可為的一個領域。”

PARC構想的新製造系統會更易於定製。比如說，就像我們現在可以用軟件來定製一台電腦的用途，未來的電腦可以根據它即將併入的系統來確定每台電腦的形狀。或許在未來電腦只是一個部件而已，成為3D打印系統的部件編目中的一項。

PARC電機工程師尤金·周(Eugene Chow)帶領的團隊設計了一種新技術，他們稱之為“靜電乾印微組裝”。周說這種技術把晶圓分成幾萬個微型芯片，像“墨水”一樣裝在瓶子裡，然後“打印”，跟施樂激光打印機在紙面上留下色粉差不多。

在計算機輔助下，PARC的這項技術會利用一系列可以產生微電場的電極來控制微小電路的精確定位——不但要在正確的位置上，還要以正確的方向來擺放。

“這是一個瘋狂的革命性新工具，”周博士說。