猛擎科普：继碳基芯片之后，华为转向光子芯片

碳基芯片来了，弯道超车！

光子芯片来了，弯道超车！

似乎苹果三星已经被按在地上摩擦，沦为了过去式的老爷车。

近日，有人提到，关于中国科研人员研发的光子芯片，如果能成功，那么将可以应用于华为。而相关人士透露，这主要是因为首个轨道角动量的波导光子芯片被其研发出来，进一步实现光子OAM（轨道角动量）能在波导中近乎无损的有效传输，且就此申请专利。

手机的芯片

一般情况下，芯片工艺的制作是从设计研发，到生产，再到封测三大阶段。后两者还需要用到我们常说的光刻机，这也是制作环节的硬核。它的工作原理类似相片曝光，利用具光线的曝光将掩膜版中的图形纹理给印在硅片上。

所以我们先了解下常见芯片，手机芯片（chip）都是硅材质，且大多采用单晶硅。晶圆（Wafer）就是半导体载体的硅晶片，在该晶圆体中每个小点的单体晶片则是裸片（Die）。

设计芯片时，需要使用EDA方式

即通过CAD软件采用EDA方式实现集成芯片的设计，而设计如果无法做好，则不能达到集成效果，只能算是强硬的拼接。

而手机厂在设计中，要将这一系列的芯片组合在一起，怎么说呢？由于为了不占据空间，采用的ARM（英国一家设计公司）精简指令设计模板，如果单一的芯片，性能非常差。因此要将每个芯片集成起来，但此项技术是大部分企业没有突破的，仅有苹果，ARM，高通，三星等为数不多的企业能做到。

这就是为什么苹果的集成芯片性能好出那么多，以及英特尔比AMD同nm级下，依然比ADM性能强大许多（AMD也是集成，但是没有英特尔做得更好）。其他的企业，一般都是把芯片黏贴在一起组装的，并非做到了集成。

集成芯片是由哪些芯片构成的呢？

一、CPU（即中央处理器），它会在手机或者电脑中进行计算，相当于核心大脑。

二、GPU（即图形处理器），用于显示图形工作处理，目前手机中大多为3D的GPU，间接的给CPU减负，也是除CPU外最核心的一块芯片了。

三、NPU（即神经网络芯片），主要负责视频，图像等多媒体数据处理。

四、MCU（即单片微型计算机，扩容芯片），将CPU的频率跟规格缩减，另一个作用是把运行内存等元件统一的整合在单一芯片中。

五、ASIC（即定制集成电路），将所有元器件集成在电路中，相当于我们常说的电路板，可根据客户设计单独定制。

六、DSP（即数字信号芯片），利用硬件乘法器，来达到对各种数字信号处理的计算工作。

七、FPGA（即半定制电路），是设计可调控，生产即固定的可编程器，弥补定制电路不足与编程器电路数缺陷。

八、SOC（即可定制芯片），属于系统级别，常见的有可用于视频电话等方面（但在国外，其功能远远不止于此），也可以包含CPU、GPU等等。因为具备复杂指令的IP核，加上定制化，导致功能非常多。这个产品的技术含量极高，很少有企业能做出来，目前我国的企业都倒在了这里。SOC芯片是未来手机最主要的发展方向，因为其运行能力远强于其他芯片。

九、BIOS（输入输出芯片），在启动后，对硬件检测与初始化功能。属于只读存储器，不供电情况下也可以保留数据。

十、CMOS（临时存储器），保留BIOS中的设置信息及系统时间，日期等，临时存储器，断电后数据丢失。

十一、DRAM（即动态随机存取存储器），短时间保留数据，需要定时刷新。

十二、NAND（即闪存），它的存储数据不易丢失，断电后依旧可以保留数据，提升了存储容量，一般保障重要数据。

十三、SRAM（即静态随机存取存储器），与DRAM相反，不刷新可保留数据，不过断电后依然数据丢失。

十四、ROM（只读存储器），断不断电都可以保留数据，虽然不是硬盘，但功能类似于电脑硬盘。

十五、IC（电源开关芯片），顾名思义按键开关后，该芯片带动电源。

十六、LED（发光芯片），手机信号灯一闪一闪的，有时候绿色有时候橙色，就是这个芯片在捣鬼，当然除此之外，还负责照明技术。

十七、CIS（传感器芯片），需要配合CIS传感器，两者联通点对点收发，如摄像头至CIS芯片的图像处理等。

十八、永久芯片（别名打印机芯片），因为属于垄断型芯片，所以很多人不知道，但类似于北斗，大多军用。寿命长，无差别工作。

十九、M芯片（视频监控芯片），在国内属于被垄断领域，由三大企业掌控，据说国外的该芯片性能更好一些，但一直无法进入市场。

二十、航天芯片，被垄断行业，倒是有一家民企，未来或许会国企改革。

二十一、北斗芯片，具备基带芯片，RF射频芯片及微处理器的芯片组，国内垄断企业。

二十二、载波芯片，电力网络收发器，具体参数不详，垄断行业。

当然芯片的种类有很多，还有物联网，AI（人工智能，甚至是互交功能），RFID（视频识别），雷达，网卡等芯片。手机的设计商们，需要把以上核心的芯片集成在一起，才能最大化性能。

光子芯片是什么原理？

单光子芯片由英特尔和美国加州大学共同研制，把原本具备发光属性的磷化铟，跟硅的光路融合至单个混合芯片里。于是在增加电压后，磷化铟的光，便会冲进硅体晶片中的波导，从而产生持续的激光束，最终由这种激光束来驱动手机芯片上的器件。

同样的原理在光纤中早已上演，不过其导体为玻璃或塑料。

我们的轨道角动量波导光子芯片，是将以上光在通过波导内以后，能够高效高保真地传输低阶OAM模式，传输效率约为60%。此外，三比特中那“高维量子比特（qutrit）”态，也比硅导体的双比特“量子比特（qubit）”态要好，该波导确实有可能对高维量子态拥有 *** 控和传输的能力。

光子芯片VS硅芯片

事实上，电流传播速度大约等光速，为3 10^8m/s。光子芯片速度比硅芯片提高50倍，功耗却只有其1%，确实能够极大压缩成本。

那么光子芯片是否可以实现

但是，根据目前的研究表明，仍然无法让OAM存在于芯片内部。这一方面是由于生产设备问题，另外一方面，则是 传输中，无法掌握具体数据。以及由于扭曲光本身是自旋波导，加上螺旋形波阵的反冲，导致最后没有找到合适的位置。

不过磷化铟会致癌，属于2A类呼吸级致癌物，当然主要原因还是技术层面的问题。曾经英特尔就表示，此项技术依然需要很久，至少不是目前（十年内）可以做到的，当然等可以研发出的那天，标志着硅光子芯片成本的压缩。

超车的方向很重要

常常有人说就算我们研发了5nm芯片或者光刻机，但是西方 科技 肯定更领先，绝对不能在一棵树上吊死，要弯道超车云云。

其实这是需要有一定的知识储备或者说基础才行，如果在条件未充足的情况下，那么就像一辆三轮车想以60码速度超过 汽车 ，在弯道上就会翻车，没什么可以继续老话长谈的。甚至在芯片领域，我们什么都没有，研发，生产，设备等等，这就更应该扎实基础。

哪怕要弯道超车，也选择我们较有优势的领域，超到全球一流或者顶级，这个可能性总比芯片来的高。不知道楼下的读者们，是怎么认为的呢？

SOC，或者SoC，是一个缩写，包括的意思有：

1、SoC：System on Chip的缩写，称为芯片级系统，也有称片上系统，意指它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。

2、SOC： Security Operations Center的缩写，属于信息安全领域的安全运行中心。

3、民航SOC：System Operations Center的缩写，指民航领域的指挥控制系统。

4、一个是Service-Oriented Computing，“面向服务的计算”

5、SOC(Signal Operation Control) 中文名为信号 *** 作控制器，它不是创造概念的发明，而是针对工业自动化现状提出的一种融合性产品。

它采用的技术是正在工业现场大量使用的成熟技术，但又不是对现有技术的简单堆砌，是对众多实用技术进行封装、接口、集成，形成全新的一体化的控制器，可由一个控制器就可以完成作业，称为SOC。

6、SOC(start-of-conversion )，启动转换。

7、short-open calibration 短开路校准。

扩展资料：

SoC的定义多种多样，由于其内涵丰富、应用范围广，很难给出准确定义。一般说来， SoC称为系统级芯片，也有称片上系统，意指它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。

同时它又是一种技术，用以实现从确定系统功能开始，到软/硬件划分，并完成设计的整个过程。

System on Chip，简称Soc，也即片上系统。从狭义角度讲，它是信息系统核心的芯片集成，是将系统关键部件集成在一块芯片上;从广义角度讲， SoC是一个微小型系统，如果说中央处理器(CPU)是大脑，那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。

国内外学术界一般倾向将SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器(或片外存储控制接口)集成在单一芯片上，它通常是客户定制的，或是面向特定用途的标准产品。

SoC定义的基本内容主要在两方面：其一是它的构成，其二是它形成过程。

系统级芯片的构成可以是系统级芯片控制逻辑模块、微处理器/微控制器CPU 内核模块、数字信号处理器DSP模块、嵌入的存储器模块、和外部进行通讯的接口模块、含有ADC /DAC 的模拟前端模块、电源提供和功耗管理模块。

对于一个无线SoC还有射频前端模块、用户定义逻辑(它可以由FPGA 或ASIC实现)以及微电子机械模块，更重要的是一个SoC 芯片内嵌有基本软件(RDOS或COS以及其他应用软件)模块或可载入的用户软件等。系统级芯片形成或产生过程包含以下三个方面：

1、基于单片集成系统的软硬件协同设计和验证;

2、再利用逻辑面积技术使用和产能占有比例有效提高即开发和研究IP核生成及复用技术，特别是大容量的存储模块嵌入的重复应用等;

3、超深亚微米(VDSM) 、纳米集成电路的设计理论和技术。

SoC设计的关键技术：

SoC关键技术主要包括总线架构技术、IP核可复用技术、软硬件协同设计技术、SoC验证技术、可测性设计技术、低功耗设计技术、超深亚微米电路实现技术，并且包含做嵌入式软件移植、开发研究，是一门跨学科的新兴研究领域。

参考资料：

百度百科-soc （系统级芯片）

染色体免疫共沉淀（ChromatinImmunoprecipitation，ChIP）是基于体内分析发展起来的方法，也称结合位点分析法，在过去十年已经成为表观遗传信息研究的主要方法。这项技术帮助研究者判断在细胞核中基因组的某一特定位置会出现何种组蛋白修饰。ChIP不仅可以检测体内反式因子与DNA的动态作用，还可以用来研究组蛋白的各种共价修饰与基因表达的关系。近年来，这种技术得到不断的发展和完善。采用结合微阵列技术在染色体基因表达调控区域检查染色体活性，是深入分析癌症、心血管疾病以及中央神经系统紊乱等疾病的主要代谢通路的一种非常有效的工具。
它的原理是在保持组蛋白和DNA联合的同时，通过运用对应于一个特定组蛋白标记的生物抗体，染色质被切成很小的片断，并沉淀下来。IP是利用抗原蛋白质和抗体的特异性结合以及细菌蛋白质的“proreinA”特异性地结合到免疫球蛋白的FC片段的现象活用开发出来的方法。目前多用精制的proreinA预先结合固化在argarose的beads上，使之与含有抗原的溶液及抗体反应后，beads上的proreinA就能吸附抗原达到精制的目的。实验最需要注意点就是抗体的性质。抗体不同和抗原结合能力也不同，免染能结合未必能用在IP反应。建议仔细检查抗体的说明书。特别是多抗的特异性是问题。其次，要注意溶解抗原的缓冲液的性质。多数的抗原是细胞构成的蛋白，特别是骨架蛋白，缓冲液必须要使其溶解。为此，必须使用含有强界面活性剂的缓冲液，尽管它有可能影响一部分抗原抗体的结合。另一面，如用弱界面活性剂溶解细胞，就不能充分溶解细胞蛋白。即便溶解也产生与其它的蛋白结合的结果，抗原决定族被封闭，影响与抗体的结合，即使IP成功，也是很多蛋白与抗体共沉的悲惨结果。再次，为防止蛋白的分解，修饰，溶解抗原的缓冲液必须加蛋白每抑制剂，低温下进行实验。每次实验之前，首先考虑抗体/缓冲液的比例。抗体过少就不能检出抗原，过多则就不能沉降在beads上，残存在上清。缓冲剂太少则不能溶解抗原，过多则抗原被稀释。

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