科學解密：微電子學對生活影響層面超乎想像

編譯／高晟鈞

微電子裝置是現代生活不可或缺的一部分，以電晶體為核心推動了重大技術進步。研究人員現在面臨著創造新的挑戰：如何在更永續的前提下，以更快的效率處理數據。

現代物理學的基礎

微電子技術發展的理論基礎是從19世紀末到20世紀的30年間所建立的現代物理學。從1895年德國科學家發現X射線，到1905年愛因斯坦提出廣義與狹義相對論，再到如今由海森堡與薛丁格所建立的量子力學理論體系，為現代電子信息技術革命奠定了理論基礎。

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什麼是微電子學?

微電子學可說是建立在20世紀最偉大的發明之一：電晶體上，不只影響了人類從生活、生產甚至到戰爭等所有領域，也是揭開了如今電子時代序幕的種要推手。電晶體體積小、重量輕、耗電低且壽命長，可以瞬間打開予關閉電流，使其成為電腦、手機與其他電子設備處理與儲存資訊的重要元件。

如今微電子學已經進入了一個嶄新的紀元，部分原因便是AI人工智慧的進步。如今隨著自動駕駛汽車已經進入市場，用於診斷健康問題的類皮膚人工材料也即將問世，微電子學正處於時代的十字路口。倘若沒有全新的技術支撐，用於微電子學的能量支出將很快達到驚人的比例。

微電子學技術的難題

由於晶體管越來越小以及其他改進，曾經佔據建築物整個房間的電腦現在可以安裝在筆記型電腦甚至智慧手錶上。每個計算單元的成本也大幅下降。

儘管所有領域都迫切需要全新形式的微電子技術，能夠以更高的效率分析與收集海量的數據；可惜的是，能夠實現這種新型微電子學的技術並不存在。如今超級電腦中的電晶體已經縮小至十億分之一公尺，接近一顆原子的大小；而我們很可能還需要進一步尋找小型化的替代方案。

除此之外，電腦、資料中心和網路消耗了全球約10%的電力，且這個數字還在進一步成長。一台超級電腦的耗電便足以為近10,000個家庭供電。其次，製造尖端微電子產品也涉及了許多不同的材料；當其中一些發生短缺時，便可能導致供應鏈斷裂，從而損害整體經濟。

對此，美國能源部阿貢國家實驗室正積極解決這些問題，包括尋求更快、更節能、使用更少特殊材料的微電子運算架構。科學家現正積極開發模仿大腦的微電子與電腦架構包括神經型態電腦、神經網路等；此外，更環保的微電子製造流程也是其努力的目標之一。

資料來源:ScitechDaily

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