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科技前沿:怎么用激光做计算?国家开放大学上线终身教育平台

今天我们从两个话题出发,为你提供知识服务。一是未来15年的芯片工艺路线图发布,二是国家开放大学上线终身教育平台。

今天的第一条,来自彭天放老师的硬科技报告。

5月17日,欧洲一年一度的未来峰会在比利时安特卫普召开。在峰会上,著名的比利时微电子技术研究中心IMEC发布了未来15年的芯片工艺路线图。这张路线图,从今年台积电和三星即将量产的3nm工艺开始,一口气规划了未来七代的芯片工艺,比如2024年的2nm工艺、2028年的1nm工艺,甚至一直展望到了2036年的0.2nm的芯片工艺。

要注意,这个路线图并不是简单的喊口号,而是对未来每一代工艺,都提出了具体的晶体管结构。我们在之前的节目里聊到,业界一直以来就有摩尔定律快要到头的担心。这次发布等于是把未来15年,业界打算怎么继续摩尔定律的技术路线图公布出来了,非常重磅。

消息就是这样,来看看能学到什么知识。

这张未来15年的芯片工艺路线图,是沿着传统的芯片性能改进方向前进,制程越小,性能越高。不过你知道吗,决定芯片性能的,除了制程,还有一个重要指标,这就是晶体管的工作频率。现在芯片的工作频率,跟20年前奔腾4芯片的频率差不多,都是3-5GHz,也就是每秒钟30-50亿次。这个速度听起来很厉害,其实在微观世界里,并不是一个很夸张的数字。

在过去20年里,跟芯片制程的突飞猛进完全不同,晶体管的工作频率就没怎么提高过。这主要是因为,发热问题很难解决。一旦晶体管的工作频率超过了每秒钟几十亿次这个范围,芯片就会变成一块不折不扣的电烙铁,很容易就把自己烧坏了。

怎么才能进一步提高晶体管的工作频率呢?目前科学界大概有两个思路。第一个思路,是更换晶体管的材料,用其他材料来替代硅。比如北京大学彭练矛院士研究的碳纳米管芯片,就是非常有代表性的研究方向。第二个思路,就是改变计算的媒介,比如,用激光来替代电子,这是一个目前非常热门的研究领域。

你知道,传统的晶体管是用电子来做计算媒介的。通俗地说,就是在一块半导体上施加电压,让材料中的一大群电子聚在一起或者散开,来控制晶体管的开和关。这个通过电压来控制电子聚散过程,是要耗费一些时间的,很难做得特别快。

而用激光做计算,是利用了激光和原子的相互作用,不需要电子大范围的移动,只需要引发原子周围一些电子的状态跃迁,需要的时间就少得多。这背后的关键,是一个叫做“光激发”的物理过程。

简单来说,当特定频率的光照射到一些固体表面的时候,固体里的一部分电子会在光的照射下,从被束缚的状态变得可以做定向运动。如果光的频率、波形等参数调整合适,这些定向运动的电子就会形成可以被测量的电流信号。如果再进一步,用两束激光分别代表两个需要被运算的数字;而且这两种光刚好能够在固体里面引发两种类型不同的电流,不就可以用光来进行计算了吗?

最近,科学家就是根据这个原理,搭建出了目前世界上工作频率最高的逻辑门电路。这是5月11号,德国埃尔朗根-纽伦堡大学的研究团队在《自然》杂志上发表的一篇研究。研究人员用一种超短脉冲激光作为计算媒介,做了一个原型电路,这个电路的计算频率理论上可以达到PHz量级,也就是每秒钟千万亿次。比起目前晶体管每秒钟几十亿次的计算频率,高出了大概100万倍。

研究人员用来被光照射的固体,是一个长和宽都只有几微米的石墨烯薄膜,薄膜的两端贴上了用来测量电信号的黄金电极。然后,用两束激光来照射固体,一束负责照射石墨烯薄膜的正中央,引发一种所谓“实载流子”所构成的电流;另一束负责照射石墨烯薄膜和黄金电极的交界处,引发一种所谓“虚载流子”所构成的电流。

上面这些专业名词我们不用刻意去记。你只要知道,这两束激光都可以通过波形调控,被赋予0和1的意义。当它们同时照射到石墨烯薄膜的时候,薄膜上的总电流就可以用来代表这两束激光的运算结果。

更重要的是,用来运算的激光,是一种叫做“超短脉冲激光”的特殊激光类型。它的持续时间在一飞秒——也就是千万亿分之一秒这个量级。这也就意味着,如果用这种激光作为运算介质,单个门电路每秒钟的运算次数,就有可能达到千万亿次的量级。这个运算速度,是目前晶体管的100万倍。也就是说,现在一颗芯片上,动辄需要几十亿枚晶体管完成的运算任务,如果用飞秒激光的运算单元来做,只需要几千枚就可以办到。

值得一提的是,发表这篇论文的学术带头人,从2007年读博士的时候,就一直深耕这个超快激光运算的研究方向。如今经过了15年的努力,才逐渐摸清了上面所说的激光波形控制、载流子的控制方程等等一系列复杂问题,终于制造出了这篇论文里面的原型电路。这样的科学精神,值得钦佩。

 

来看今天的第二条。

最近,国家开放大学正式上线了终身教育平台(le.ouchn.cn),向全社会免费开放。目前在这个平台上,有全国338所知名高校的课程资源,以及网易云课堂、京东读书、喜马拉雅等平台上的学习资源,共计50万门课,都可以免费学习。

我特意登录平台看了一下,课程设置确实体现了“终身教育”这个主题。里面既有工学、理学、文学、医学等各类学科课程,也有烹饪、二手车评估、手机维修、电梯维修等职业技能课程,还有沟通、决策、Excel和PPT应用等职场软技能,还包括养生、剪纸、茶文化等丰富老年生活的内容。课程安排真的可以从18岁管到80岁。

我把网址链接放在文稿里了,你可以点进去看看。在“终身学习”这件事情上,我们有了越来越多的同行者,可谓“德不孤,必有邻”。

消息就是这样,来看看能学到什么知识。

你有没有发现一个矛盾:有越来越多的人认同“终身学习”的理念,但是却很少有人认同“终身工作”的理念。如果条件允许,我们都想尽量压缩职业生涯,争取“提前退休”,像那些互联网大佬一样,赚到了足够这辈子花的钱,40岁就隐退江湖。

且不说这个梦想现不现实,至少说明,我们大部分人都严重低估了职业生涯的长度。算个简单的账就知道:如果22岁参加工作,60岁退休,到40岁时职业生涯还没有跑到半程呢。更有意思的是,你可以猜一下,你在40岁之后赚到的钱,会占到你一生中总财富的百分之多少?

这个问题,其实是一本关于职业生涯的经典书《远见》里面提出来的,作者是奥美互动的全球CEO费瑟斯通豪。作者说,大多数人会猜,40岁以后赚的钱占总财富的60%,更激进一点的年轻人会猜40%。实际上,正确的答案是85%~90%。换句话说,我们严重低估了40岁以后的赚钱能力。因为40岁之后的职业生涯比上半段更长、职位和薪水更高,还可以享受复利的好处,实际上40~65岁才是一生中赚钱的主力时期,我们的绝大部分个人财富是这个时期创造的。到65岁时,个人财富会达到最高峰,之后缓慢下降。

你看,如果职业生涯不是短跑而是一场马拉松,并且决胜的关键是在比赛的后半程,那么,怎么把握节奏、怎么分配体力和能量,就显得至关重要了。在《远见》这本书里,作者把这场职业马拉松分成三个阶段,每个阶段有不同的任务和侧重。

在职业生涯的第一个15年,我们的任务是广泛探索,补齐短板。

换句话说,这个阶段我们应该追求职业生涯的丰富,而不是专精。可以有意识地到大公司待几年,再去创业团队待几年,去几个不同的城市工作,担任不同的岗位,接触不同的行业大牛。对长期的职业发展来说,拥有多样性经验的“职场混血”,要比一辈子只待一个公司、一个岗位的“职场纯种”更有竞争力。

同时,在担任不同岗位的过程中,我们可以很快发现自己的长板和短板。这一阶段的任务是尽快补齐短板,不要让它成为之后职业发展的绊脚石。总之在这个阶段,要建立尽可能陡峭的学习曲线,这比职位和收入更重要。

在职业生涯的第二个15年,我们的任务是聚焦长板,突出差异。

在这个阶段,要用“三环理论”来锚定自己职业生涯的主航道,深耕这个领域。你可以在白纸上画三个圆圈,它们分别代表:我擅长什么?我爱好什么?这个世界需要什么?三个圆圈的交集,就是应该锚定的、可以让我们自身价值最大化的主航道。

同时,这个阶段就不要补短板了,而是找到一个和自己技能互补的团队,然后把自己的长板发挥到极致。我们甚至应该主动给自己贴标签:“运营高手”“谈判专家”“笔杆子”“行动派”等等,不断强化差异点,树立起自己的职场品牌。

在职业生涯的第三个15年,我们的任务是优化长尾。不管是继续待在原来领域成为顾问和导师,还是在一个新领域开启第二曲线,重点都是,把过去30年积累的能力和个人品牌善加利用,发挥持续影响力。

就像这本书里说的:职场精英很少是腾空出世,而是在正确的时间做正确的事情,持续积累而成。

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