集成電路英語：integrated circuit，縮寫作 IC;或稱微電路(microcircuit)、微芯片(microchip)、晶片/芯片(chip)在電子學中是一種將電路(主要包括半導體設備，也包括被動組件等)小型化的方式，并時常制造在半導體晶圓表面上。

電路制造在半導體芯片表面上的集成電路又稱薄膜(thin-film)集成電路。另有一種厚膜(thick-film)集成電路(hybrid integrated circuit)是由獨立半導體設備和被動組件，集成到襯底或線路板所構(gòu)成的小型化電路。從1949年到1957年，維爾納·雅各比(Werner Jacobi)、杰弗里·杜默(Jeffrey Dummer)、西德尼·達林頓(Sidney Darlington)、樽井康夫(Yasuo Tarui)都開發(fā)了原型，但現(xiàn)代集成電路是由杰克·基爾比在1958年發(fā)明的。其因此榮獲2000年諾貝爾物理獎，但同時間也發(fā)展出近代實用的集成電路的羅伯特·諾伊斯，卻早于1990年就過世。

晶體管發(fā)明并大量生產(chǎn)之后，各式固態(tài)半導體組件如二極管、晶體管等大量使用，取代了真空管在電路中的功能與角色。到了20世紀中后期半導體制造技術(shù)進步，使得集成電路成為可能。相對于手工組裝電路使用個別的分立電子組件，集成電路可以把很大數(shù)量的微晶體管集成到一個小芯片，是一個巨大的進步。集成電路的規(guī)模生產(chǎn)能力，可靠性，電路設計的模塊化方法確保了快速采用標準化集成電路代替了設計使用離散晶體管。集成電路對于離散晶體管有兩個主要優(yōu)勢：成本和性能。成本低是由于芯片把所有的組件通過照相平版技術(shù)，作為一個單位印刷，而不是在一個時間只制作一個晶體管。性能高是由于組件快速開關(guān)，消耗更低能量，因為組件很小且彼此靠近。2006年，芯片面積從幾平方毫米到350 mm2，每mm2可以達到一百萬個晶體管。

一家企業(yè)要獨立研發(fā)一個芯片，需要大量的資金和研發(fā)投入，但如果有一個人工智能平臺，讓企業(yè)根據(jù)自己的需求來設計和生成自己的芯片，就相當于提供了一個“萬能插頭”，讓芯片設計變得個性化。日前在“2022新思科技開發(fā)者大會”上，芯片行業(yè)的領軍企業(yè)新思科技負責人向記者介紹了公司目前正在打造的這一平臺?！叭绻研酒扔鞒梢粡堈掌?，我們的目標是給所有企業(yè)提供一個‘ps(photoshop)軟件’。”“摩爾定律”或被打破過去50年，芯片行業(yè)遵循著“摩爾定律”，即在價格不變的情況下，集成在芯片上的晶體管數(shù)量每隔18到24個月將增加一倍，計算成本呈指數(shù)型下降。當前，摩爾定律仍然在支撐著5g和人工智能等新技術(shù)的發(fā)展，但隨著工藝從微米級到納米級，晶體管中原子數(shù)量越來越少，種種物理極限制約著摩爾定律的進一步發(fā)展。

“大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)給芯片的生態(tài)系統(tǒng)帶來了挑戰(zhàn)，先進軟件供應鏈更復雜了，為了滿足消費者快速變化的需求，我們需要從系統(tǒng)出發(fā)，結(jié)合人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，通過定制化的創(chuàng)芯來解決不同領域的系統(tǒng)復雜性?！毙滤伎萍伎偛?、首席運營官sassine ghazi說。進入“后摩爾時代”，由軟件和大數(shù)據(jù)驅(qū)動的定制化芯片，更能為系統(tǒng)級公司建立差異化競爭優(yōu)勢。新思科技通過“智能編制”的設計方法學，從項目規(guī)劃階段就將特定軟件和特定芯片需求結(jié)合，對芯片實現(xiàn)全生命周期管理和洞察，從而滿足系統(tǒng)級公司對于芯片的不同需求。

一個100平方毫米的手機芯片上分布著上百億個晶體管，它們?nèi)绾尾季植拍芤宰畲笮使ぷ?，支撐一臺手機待機12個小時?這是芯片設計師每天都在做的事情。城市中的電網(wǎng)布局也是運用了相似的原理。

光學芯片不是還在發(fā)展中，怎么又出來個聲學芯片?

其實，聲學集成電路一直都在發(fā)展，聲波相較于光來說速度會更慢，但這種“遲緩”的屬性未嘗不是一件好事——

在設計量子電路時，為了提升探測精度，需要不斷引入新材料，讓載波信號在盡量短的距離內(nèi)“折返”以獲取數(shù)據(jù)。

如果用速度更快的光波，“折返”一次所需的距離會更大，可能會超出現(xiàn)有設備能測量的范圍，也限制了探測精度的進一步提升。

因此，聲學芯片一直是量子計算的研究方向之一。

但在之前，聲學芯片一度遭遇瓶頸，大部分芯片材料無法以低損耗、可擴展的方式控制聲波。

現(xiàn)在，哈佛大學的相關(guān)研究終于表明：

聲波在芯片中傳輸數(shù)據(jù)也是有可能的，通過一種特殊的芯片結(jié)構(gòu)，就能夠很好地控制并傳遞聲波。

在傳統(tǒng)的電學芯片中，用來傳輸數(shù)據(jù)的是電子，它通過像晶體管之類的元件進行調(diào)制，將輸入的數(shù)據(jù)編碼，輸出0、1或者高、低電平。

而在光子芯片中，它則是對光子進行調(diào)制，具體也就是將光子作為載波，用于傳輸信號源。

傳輸?shù)慕橘|(zhì)是一種叫“波導”的東西，它會給光子提供一個傳輸?shù)莫M窄通道。

我們所要講的聲學芯片呢，原理和光學芯片差不多。

用什么調(diào)制聲波?

在哈佛團隊這篇研究中，他們展示了一種可擴展聲-電平臺，可以用來設計聲學芯片。

首先需要設計一個電-聲調(diào)制器，它可以用來調(diào)制聲波。

電-聲調(diào)制器，我們可以從它的名字中猜出它的作用：

就是通過施加電壓來使波導(也就是傳播介質(zhì))發(fā)生彈性響應，進而來調(diào)節(jié)聲波的振幅、相位等。

因此，哈佛團隊的電-聲調(diào)制器是在一個集成的鈮酸鋰(LN)平臺上制作的，b圖可以清楚地看到，SiN在LN基板上沉積，中間形成了聲波的波導。

采用鈮酸鋰(LN)是因為其具備良好的壓電性能，即施加電壓LN會產(chǎn)生相應的彈性形變。

接下來，我們來看看聲波是從哪里來的，在調(diào)制之前經(jīng)歷了什么?

電-聲調(diào)制器的兩端，有兩對叉指換能器(IDT)，它的作用是實現(xiàn)聲-電換能，可以用于電激發(fā)和檢測微波聲波。

因為IDT的寬度大于聲波波導的寬度，所以需要使用錐形波導結(jié)構(gòu)將波耦合到聲波波導中。

最后，聲波傳入到波導之后，怎么來調(diào)制聲波呢?

這時就需要一個電場，通過生成電壓，調(diào)制聲波。

因此，在SiN上沉積了一層鋁電極，在兩個鋁電極上接通電源，便產(chǎn)生一個電場。

這便是“電-聲調(diào)制器”的基本構(gòu)造了。

那它是如何通過對聲波進行調(diào)制，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪?

如何調(diào)制聲波以實現(xiàn)信號傳輸

在波導中，聲波是被直接調(diào)制的。

在調(diào)制電極上施加直流偏置電壓時，圖b可以觀察到聲波的相位移動了π/2。

如果想要改變聲波的振幅，該如何調(diào)制呢?

哈佛團隊通過構(gòu)建推拉結(jié)構(gòu)中的聲馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)來實現(xiàn)。

輸入的聲波在兩個MZI臂之間被平均分割。施加在這兩個波導上的電場方向相反，兩個分裂波在每一臂上傳播時的相位剛好是相反的。