晶片原理/应用一文看清 中国芯片近年有甚么突破？｜星岛教室
发布时间：17:41 2025-12-08 HKT
不知大家有没有发现，我们大部分智能用品，内里都有一块小小的晶片（芯片）。假如有一天，全球所有晶片突然消失，那么以后早上起床时，便再没有手机闹钟唤醒你；你的电视机、洗衣机亦会消失了；所有衣食住行都会大受影响。事实上，几乎所有现代生活的便利都依赖晶片——这些微小却至关重要的元件，正是驱动我们数码生活的核心。一旦失去晶片，人类文明将倒退整整100年。
何谓「晶片」？
那么，究竟甚么是「晶片」呢？「晶片」是现代电子设备的「大脑」，负责执行运算和储存数据。不知大家能否猜想到晶片的前身，竟然是随处可见的沙子？
沙子的主要成分是二氧化矽，经高温提纯可得到99.9999999%的高纯度单晶矽，矽是导电能力介乎绝缘体（如玻璃）与导体（如铜）之间——比绝缘体更易导电，却不如金属那般优异。正是这种独特性质，使晶片能像开关一样精确控制电流的「通」与「断」。再通过光刻技术，在矽片上刻出数十亿个微型电晶体，最终变成指甲大小的晶片。从平凡沙子到科技核心，完成了一场「点石成金」的蜕变。现在你手机里的晶片，尺寸甚至比你的手指甲还要小，却能处理复杂的计算任务。
晶片早已融入日常生活。无论是娱乐、支付还是工作，都离不开它们。即使你使用现金，自动柜员机亦需电脑控制才可正确提款；就连衣服、餐具、桌椅，甚至你手中的笔，都是由电脑设计、并由电脑控制的工厂机器制造而成。随着人工智能（AI）需求不断增长，专用AI晶片变得比以往更重要，被视为下一场工业革命的引擎。
中国晶片突破
中国是全球最大的晶片进口与消费国之一。自华为、中兴等企业遭美国技术限制后，建立中国自主研发的晶片供应链已成为国家战略优先事项。过去，中国主要聚焦于晶片设计或成熟制程（如28纳米、14纳米）的生产；如今，在AI发展与外部封锁的双重压力下，产业正加速突破。例如︰华为已在其高端手机中使用国产7纳米晶片；清华大学团队亦于2023年已成功开发可程式化光子AI加速器，利用光而非电流进行运算，大幅提升效率。
不仅中国，全球多国亦正积极投资晶片研发，因为它已不仅是科技元件，更是未来经济命脉与现代生活方式得以延续的必需品。在这场看不见的科技竞赛中，谁能掌握核心技术，谁就能掌握未来主动权。
「晶」准协同效应
- 科普教育︰我国近年积极推动晶片科普教育，从高小至高中有系统地培养学生对晶片设计与制造的认识；香港近年亦积极推行STEAM教育，透过创意思维，将科技与生活连结，培养学生解决现实问题的能力。香港亦是一个国际化平台，如中港联合发展晶片STEAM课程，可结合优势，由内地提供系统化晶片核心技术课程，配合香港的创意思维训练、发展创科教育及国际化的普及教学模式，共同培养学生晶片科技素养。
- 智慧城市︰晶片是推动未来数字世界的核心，随着技术不断突破，晶片会变得更小、更快、更节能。人工智能方面领域，高效能晶片可处理更复杂的运算，推动智慧医疗、自动驾驶应用普及化，提升生活的便利与安全；并带动6G发展，建立更高效的智慧城市。
- 融入生活︰未来晶片的发展将会更融入我们日常生活中，随着开发时间的缩短、成本下降，教育和科研配合，各行各业均会受惠。甚至发展到将晶片植入人体，比如帮助视障人士感知周围环境、协助瘫痪患者控制义肢，甚至辅助治疗脑部疾病，真正能够帮助人类解决不同难题，推动人类文明持续向前。
晶片，是现在及未来数字时代的核心动力，更是开启人类智能未来的关键钥匙。现在中国晶片产业正在赶上世界的顶端，而中港两地可凭借STEAM教育建立起更紧密的协作联系，培养优质师资人才与整合科研资源，速成「1+1>2」的协作效应。这一合作不仅让更多热爱科研的年轻人才，加入「晶片改变世界」的新时代，更可培育出一批具备创新思维与实践能力的接班人，推动科技融入日常生活的点滴，用人工智能启发我们的创意，共同谱写中国的科技强国新篇章。
小思考，大智慧
- 很多人说晶片越小越薄便最好，正确吗？
- 晶片也爱「喝纯净水」吗？
- 晶片怕冷又怕热？
参考答案
- 较小的晶片代表着相同单位面积内可容纳更多电晶体，因此可以提升运算能力及速度。不过，晶片尺寸的选择，我们需要考虑不同方面，例如︰性能、成本、耗电量、稳定性等，并不是尺寸越小就一定最好，例如一般的智能雪柜、变频冷气机，只需45纳米到28纳米的晶片便可以。另外，北京大学研究团队在10月更发表研制出一种新型晶片，计算输送量与效能均比现在顶级图像处理器（GPU）超过100倍，可以说是技术一大突破。
- 晶片在整个制作过程中，须用超纯水清洗硅片。这种水较我们一般饮用的矿泉水纯净10万倍，一丁点杂质都不可以有，不然，晶片就会「出问题」罢工了。
- 晶片是一个「怕冷又怕热」的小伙子，但「怕冷」不代表完全不会动，只是会「变得懒惰」，如果太冷时（如低于0℃），晶片里的电流会走得很慢，就像你冻僵的手指不灵活一样，那时手机可能开机要等很久、Apps运作很慢。不过，只要身处较温暖的地方，当温度回升至0℃以上，晶片就会慢慢「苏醒」，恢复正常工作。另一方面，晶片亦很怕热，如果温度超过80℃，里面几十亿个「小开关」就会「睡着」，那时手机就会突然停止运作、运作中的程式或游戏亦会直接退出。
本栏逢周四刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。
文：中华基督教会基湾小学（爱蝶湾） 副校长郭宇田、中华基督教会基湾小学（爱蝶湾）主任陈国锐、中华基督教会基湾小学（爱蝶湾）老师何松享
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