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10年FPGA工程师,着迷于“封印在芯片中的机械”

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    2018-11-16 10:48
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    [LV.1]初来乍到

    发表于 2019-11-21 09:25:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    神秘的 SiO2晶体一直对我有莫大的吸引力,即便我曾经做过10年的 FPGA的逻辑开发工程师,这种神秘的吸引力一直未减,反而越发散发出醇厚的香气,令人不由自主想入非非,沉醉到奇思遐想中。
    我曾编写的那些verilog代码,是被综合成一种怎样的九曲十八弯的羊肠小道,旋转盘绕的楼梯,齐头并进的笔直的一捆龙须面条,被布局布线到芯片中后,这些复杂到匪夷所思的近乎迷幻的结构,只为了去实现一个简单得难以置信的小小功能。
    这其中巨大的反差让我着了迷。
    MEMS也算不上是新生事物了。这门技术已经有四十多年了。微机电系统(Microelectro Mechanical Systems)的概念,更像是一种科幻。
    封装在芯片里的 微小机器,脑海里不由自主地 浮现出四个字:“纳米科技”
    还记得10年前被热炒的这个概念吗? MEMS传感器 是一种 纳米机器吗?
    《一砂一世界 一书读懂MEMS产业的现状与未来》这本书几乎就是包罗万象的。
    从MEMS的历史,到几大类型的器件,到应用,以及全球企业布局,直到我国现在MEMS企业,产业的36计等等,非常精彩。
    对于技术派的读者来说,这本书可能满足读者的很多技术想象。
    封装在芯片中的,大家首先想到的就是SOC,面积巨大的极其复杂的芯片:集成了多个CPU核,GPU核,内存模块,以太网接口,AI引擎,加密解密引擎等这种巨型芯片就是为了实现“集成+连接”,提供”大带宽“和”低时延“来掌控“大数据”信息。
    而MEMS则走的是另外的一条路径。即,把现实世界中的没有那么多智力的粗老笨重的机械结构,封装到一个小小的芯片中。
    在另外一个次元里,这些微型的机器,依然可以实现它在现实世界的功能。
    感觉最应该有这种想法的应该是日本人才对。那个民族对于细小精致的东西有一种近乎病态的审美和喜爱。
    实际上这样奇怪的变态微雕一样的东西,居然是人高马大的老米们想出来的,真的让人大跌眼镜。
    把现实中的大机械结构,小型化,微型化,一直缩小到微观尺度,封装到芯片中,这个就是 MEMS所干的事了。
    把原来一所房子那么大的机器,塞进一粒沙子里。也就是说:可以用一粒沙子,生产出原来一所房子那么大的机器。
    MEMS具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适合批量、易于集成的特点。
    把原来复杂精密的机械仪表变成白菜价了。
    所以 MEMS的第一要素是市场:要微缩的那台原始的机械,究竟有多少人愿意花钱购买呢?
    必须是常用的,管用的,通用的,好用的,哪些机器, 才值得封印到芯片中。所以本书用了大量篇幅讲解MEMS产业。
    另外,在微米量级的世界里,微小机器所遇到的状况,在宏观世界里是想象不到的。
    我一直比较担心:如果颠簸得比较厉害,把微小机器的哪些杆子呀长臂呀细牙呀梳齿什么,给颠散了掰折了崩断了磕碎了,该怎么办么?
    答案是:不用担心。宏观尺度的经验,搬到微观尺度,就完全不是那么回事了。
    这个原因就是:尺度效应, 或者表面效应,或者隧道效应,都是一个意思。
    从宏观进入微观,这是在思想上第一个需要扭转的地方。
    宏观力学的规律当然存在并且起作用,MEMS目前还没有进入 量子世界的尺度呢!问题在于:宏观力学的规律起作用的方式是不同的。
    从宏观到微观,体积是按照-3次方衰减的,面积是-2次方,长度是-1次方。
    体积收缩得极其快,和体积相关的物理规律同样衰减得到非常快。
    蚂蚁可以举起比自己体积更大的物体,能说明,蚂蚁的肌肉更加孔武有力吗?
    其实根本说明不了。能说明的只是:体积这种东西,非常快得失去了发言权。水蝇可以在水面行走,只能说明,当体积要素衰减到一定程度以后,和面积长度相比,其影响力就几乎就变得可有可无了。
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