微型芯片：開啟數(shù)碼制造的技術(shù)革命

　　加利福尼亞州帕洛阿爾托——在顯微鏡下，四個(gè)硅片——被稱為微型芯片（chiplets）的電子電路——表演了一支復(fù)雜動(dòng)感的舞蹈，仿佛是受控于一個(gè)隱藏的木偶大師。接著，它們按照指令精準(zhǔn)地排列出一個(gè)電路圖案，每一個(gè)硅片都位于正確的接觸點(diǎn)。

　　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(xiàng)技術(shù)，是一種新型電子產(chǎn)品制造系統(tǒng)的一部分。該系統(tǒng)借鑒了施樂公司在上世紀(jì)70年代的發(fā)明：激光打印機(jī)。

　　這項(xiàng)技術(shù)一旦完善，就可以成就一個(gè)桌面制造廠，為各種的電子設(shè)備“打印”電路，這些設(shè)備包括有彈性的智能手機(jī)，即使你坐在上面也不會(huì)破；還有新型機(jī)器手的柔軟、敏感皮膚；以及具備智能感應(yīng)功能的醫(yī)用繃帶，能收集你的健康數(shù)據(jù)，用后即可丟棄。

　　今天的芯片是用大片的晶圓（wafer）制造的，每片晶圓上都有數(shù)百個(gè)指甲蓋大小的晶粒（die），每個(gè)晶粒里都有相同的電路。這些晶圓被切割成獨(dú)立的晶粒后會(huì)分別封裝，然后再在印刷電路板上重新組合，每個(gè)電路板都可能容納幾十甚至幾百個(gè)芯片。

　　PARC的研究人員則在設(shè)想一種截然不同的模型。在美國國家科學(xué)基金（National Science Foundation）和國防高級研究計(jì)劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，簡稱Darpa）的資助下，他們設(shè)計(jì)出一個(gè)類似激光打印機(jī)的機(jī)器，能精確地將幾萬乃至幾十萬個(gè)微型芯片準(zhǔn)確地放在一個(gè)平面的正確位置上，每個(gè)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(jì)算機(jī)內(nèi)存，還可以是制造完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所需的其他電路。它們也可以是微機(jī)電系統(tǒng)（microelectromechanical systems，簡稱MEMS）一類的模擬器件，用于感應(yīng)溫度、壓力或運(yùn)動(dòng)。

　　在PARC研究人員的設(shè)想里，這種新型制造系統(tǒng)可被用來制造定制的計(jì)算機(jī)，每次僅制造一臺，也可以被用作3D打印系統(tǒng)的一部分，以制造直接內(nèi)置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的智能設(shè)備。

　　這仍是一項(xiàng)未來技術(shù)。研究人員還需要多年才能在比一秒還要短很多的時(shí)間里同時(shí)把數(shù)萬或數(shù)十萬個(gè)電路放在準(zhǔn)確的位置。他們也承認(rèn)，要想制造出可堪商用的系統(tǒng)，這只是第一步。

　　然而，如果PARC的研究人員獲得成功，他們將顛覆硅谷50年來的傳統(tǒng)智慧。

　　生產(chǎn)射頻標(biāo)識（RFID）設(shè)備的硅谷企業(yè)Alien Technology在另一項(xiàng)類似但相對簡單的技術(shù)上占據(jù)著前沿地位。這種被稱為流體自組裝（Fluidic Self Assembly）的基本概念是讓一種稱為“納米塊”的小型集成電路懸浮在液體中，然后在一個(gè)平面上流淌，納米塊隨即掉入跟自己的形狀相符的小孔中。

　　五十年來，計(jì)算機(jī)生產(chǎn)的傳統(tǒng)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(jì)算機(jī)更快、更強(qiáng)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(shù)提出了一個(gè)離經(jīng)叛道的理念：為什么一定要把盡可能多的晶體管塞到一個(gè)小空間里，為什么不把晶體管涂抹在一個(gè)更大的平面上呢？

　　此外，這項(xiàng)研究也許會(huì)對經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生極其巨大的影響——在制造業(yè)開啟一個(gè)全新的數(shù)碼時(shí)代，堪比30年前激光打印技術(shù)在出版業(yè)掀起的革命。

　　這種技術(shù)可以取代現(xiàn)在需要工廠才能組裝的電路板，對現(xiàn)在這個(gè)遍布全球、需要雇傭成千上萬工人的供應(yīng)鏈進(jìn)行大幅壓縮。

　　同時(shí)它也是眾多和3D打印相關(guān)的技術(shù)之一，后者是公眾極為關(guān)注的領(lǐng)域，已經(jīng)有人開始擔(dān)心今后一切都可以在家里制造——從工具到槍支。

　　去年12月，麻省理工學(xué)院（MIT）比特和原子研究中心（Center for Bits and Atoms）負(fù)責(zé)人、物理學(xué)家尼爾·葛申菲爾德（Neil Gershenfeld）在《外交事務(wù)》（Foreign Affairs）雜志上撰文稱：“數(shù)碼制造技術(shù)可以根據(jù)個(gè)人需求，在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間去設(shè)計(jì)和制造實(shí)體物品?！?/p>

　　在原型設(shè)計(jì)領(lǐng)域，固體、機(jī)械物件的3D打印已經(jīng)開始被大規(guī)模應(yīng)用，這種技術(shù)在小規(guī)模生產(chǎn)領(lǐng)域也越來越普及，而PARC的科學(xué)家們認(rèn)為，最終將會(huì)有一系列的制造技術(shù)，將微電子設(shè)備和機(jī)械元件無縫融合在一起。

　　“你可以打印機(jī)械物件，但是如今的世界里很多東西不全是機(jī)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(guī)模嵌入到世界中，將是‘物聯(lián)網(wǎng)’中大有可為的一個(gè)領(lǐng)域?！?/p>

　　PARC構(gòu)想的新制造系統(tǒng)會(huì)更易于定制。比如說，就像我們現(xiàn)在可以用軟件來定制一臺電腦的用途，未來的電腦可以根據(jù)它即將并入的系統(tǒng)來確定每臺電腦的形狀。或許在未來電腦只是一個(gè)部件而已，成為3D打印系統(tǒng)的部件編目中的一項(xiàng)。

　　PARC電機(jī)工程師尤金·周（Eugene Chow）帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新技術(shù)，他們稱之為“靜電干印微組裝”。周說這種技術(shù)把晶圓分成幾萬個(gè)微型芯片，像“墨水”一樣裝在瓶子里，然后“打印”，跟施樂激光打印機(jī)在紙面上留下色粉差不多。

　　在計(jì)算機(jī)輔助下，PARC的這項(xiàng)技術(shù)會(huì)利用一系列可以產(chǎn)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(gè)瘋狂的革命性新工具，”周博士說。