晶片原理/應用一文看清 中國芯片近年有甚麼突破？｜星島教室
發佈時間：17:41 2025-12-08 HKT
不知大家有沒有發現，我們大部分智能用品，內裏都有一塊小小的晶片（芯片）。假如有一天，全球所有晶片突然消失，那麼以後早上起牀時，便再沒有手機鬧鐘喚醒你；你的電視機、洗衣機亦會消失了；所有衣食住行都會大受影響。事實上，幾乎所有現代生活的便利都依賴晶片——這些微小卻至關重要的元件，正是驅動我們數碼生活的核心。一旦失去晶片，人類文明將倒退整整100年。
何謂「晶片」？
那麼，究竟甚麼是「晶片」呢？「晶片」是現代電子設備的「大腦」，負責執行運算和儲存數據。不知大家能否猜想到晶片的前身，竟然是隨處可見的沙子？
沙子的主要成分是二氧化矽，經高溫提純可得到99.9999999%的高純度單晶矽，矽是導電能力介乎絕緣體（如玻璃）與導體（如銅）之間——比絕緣體更易導電，卻不如金屬那般優異。正是這種獨特性質，使晶片能像開關一樣精確控制電流的「通」與「斷」。再通過光刻技術，在矽片上刻出數十億個微型電晶體，最終變成指甲大小的晶片。從平凡沙子到科技核心，完成了一場「點石成金」的蛻變。現在你手機裏的晶片，尺寸甚至比你的手指甲還要小，卻能處理複雜的計算任務。
晶片早已融入日常生活。無論是娛樂、支付還是工作，都離不開它們。即使你使用現金，自動櫃員機亦需電腦控制才可正確提款；就連衣服、餐具、桌椅，甚至你手中的筆，都是由電腦設計、並由電腦控制的工廠機器製造而成。隨着人工智能（AI）需求不斷增長，專用AI晶片變得比以往更重要，被視為下一場工業革命的引擎。
中國晶片突破
中國是全球最大的晶片進口與消費國之一。自華為、中興等企業遭美國技術限制後，建立中國自主研發的晶片供應鏈已成為國家戰略優先事項。過去，中國主要聚焦於晶片設計或成熟製程（如28納米、14納米）的生產；如今，在AI發展與外部封鎖的雙重壓力下，產業正加速突破。例如︰華為已在其高端手機中使用國產7納米晶片；清華大學團隊亦於2023年已成功開發可程式化光子AI加速器，利用光而非電流進行運算，大幅提升效率。
不僅中國，全球多國亦正積極投資晶片研發，因為它已不僅是科技元件，更是未來經濟命脈與現代生活方式得以延續的必需品。在這場看不見的科技競賽中，誰能掌握核心技術，誰就能掌握未來主動權。
「晶」準協同效應
- 科普教育︰我國近年積極推動晶片科普教育，從高小至高中有系統地培養學生對晶片設計與製造的認識；香港近年亦積極推行STEAM教育，透過創意思維，將科技與生活連結，培養學生解決現實問題的能力。香港亦是一個國際化平台，如中港聯合發展晶片STEAM課程，可結合優勢，由內地提供系統化晶片核心技術課程，配合香港的創意思維訓練、發展創科教育及國際化的普及教學模式，共同培養學生晶片科技素養。
- 智慧城市︰晶片是推動未來數字世界的核心，隨着技術不斷突破，晶片會變得更小、更快、更節能。人工智能方面領域，高效能晶片可處理更複雜的運算，推動智慧醫療、自動駕駛應用普及化，提升生活的便利與安全；並帶動6G發展，建立更高效的智慧城市。
- 融入生活︰未來晶片的發展將會更融入我們日常生活中，隨着開發時間的縮短、成本下降，教育和科研配合，各行各業均會受惠。甚至發展到將晶片植入人體，比如幫助視障人士感知周圍環境、協助癱瘓患者控制義肢，甚至輔助治療腦部疾病，真正能夠幫助人類解決不同難題，推動人類文明持續向前。
晶片，是現在及未來數字時代的核心動力，更是開啟人類智能未來的關鍵鑰匙。現在中國晶片產業正在趕上世界的頂端，而中港兩地可憑藉STEAM教育建立起更緊密的協作聯繫，培養優質師資人才與整合科研資源，速成「1+1>2」的協作效應。這一合作不僅讓更多熱愛科研的年輕人才，加入「晶片改變世界」的新時代，更可培育出一批具備創新思維與實踐能力的接班人，推動科技融入日常生活的點滴，用人工智能啟發我們的創意，共同譜寫中國的科技強國新篇章。
小思考，大智慧
- 很多人說晶片越小越薄便最好，正確嗎？
- 晶片也愛「喝純淨水」嗎？
- 晶片怕冷又怕熱？
參考答案
- 較小的晶片代表着相同單位面積內可容納更多電晶體，因此可以提升運算能力及速度。不過，晶片尺寸的選擇，我們需要考慮不同方面，例如︰性能、成本、耗電量、穩定性等，並不是尺寸越小就一定最好，例如一般的智能雪櫃、變頻冷氣機，只需45納米到28納米的晶片便可以。另外，北京大學研究團隊在10月更發表研製出一種新型晶片，計算輸送量與效能均比現在頂級圖像處理器（GPU）超過100倍，可以說是技術一大突破。
- 晶片在整個製作過程中，須用超純水清洗硅片。這種水較我們一般飲用的礦泉水純淨10萬倍，一丁點雜質都不可以有，不然，晶片就會「出問題」罷工了。
- 晶片是一個「怕冷又怕熱」的小伙子，但「怕冷」不代表完全不會動，只是會「變得懶惰」，如果太冷時（如低於0℃），晶片裏的電流會走得很慢，就像你凍僵的手指不靈活一樣，那時手機可能開機要等很久、Apps運作很慢。不過，只要身處較溫暖的地方，當溫度回升至0℃以上，晶片就會慢慢「甦醒」，恢復正常工作。另一方面，晶片亦很怕熱，如果溫度超過80℃，裏面幾十億個「小開關」就會「睡着」，那時手機就會突然停止運作、運作中的程式或遊戲亦會直接退出。
本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。
文：中華基督教會基灣小學（愛蝶灣） 副校長郭宇田、中華基督教會基灣小學（愛蝶灣）主任陳國銳、中華基督教會基灣小學（愛蝶灣）老師何松享
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