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从mµnp和KMGT看技术的发展

2020/05/08
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导读:这篇文章提出了一个“技术自由空间”的概念,并应用了一种 MMT 坐标系。

K M G T

1999 年,导师给了我一台 486 电脑,500M 硬盘,4M 内存,操作系统安装的是 Windows 95,占用 100 多 M 硬盘空间。

今天主流的笔记本电脑硬盘 1T(增大了 2000 倍)内存 8G(同样增大了 2000 倍),操作系统安装 Windows 10,初始需要占用 3~4G 以上的空间,随着使用时间的增长,最终需要占用 30G 以上的空间。

计算机术语上来说,1K 是指的 1024 个单位,为什么用 1024 呢,因为在 2 进制中 2^10 即 1024,称为 1K,2^20-1M,2^30-1G,2^40-1T。

(千比特)KB=1024 B

(兆比特)MB=1024*1024 B =1024 KB

(吉比特)GB=1024*1024 KB=1024 MB

(太比特)TB=1024*1024 MB=1024 GB

当 KMGT 作为商业单位时(如市面上卖的硬盘标的容量)换算关系则采用了十进制,10^3-1K(千),10^6-1M(百万),10^9-1G(十亿),10^12-1T(万亿);1 M=1000 K,1 G =1000 M,1 T=1000 G。

2000 年之前,G 都很少听到,T 更无人提及,大家更多用到的是 M,在中关村,花 1800 块钱买了 128M 内存的朋友也大有人在。现在,同样的价钱买到的内存是当时的容量数百倍,更不用说性能的巨大提升了。这是摩尔定律带给我们的好处。

m µ n p

毫微纳皮,mµnp,和 KMGT 不同,一般都是从十进制上进行定义,很少有人用二进制进行描述。

  • m(毫):代表 千分之一,10^-3µ(微):代表 百万分之一,10^-6n(纳):代表 十亿分之一,10^-9p(皮):代表 万亿分之一,10^-12
  •  

mµnp 在空间尺度描述上,用的最多的就是在半导体制造上。

1958 年,Jack Kilby 基尔比制造出地球上第一款集成电路,包含电阻电容二极管三极管组成的 Phase-Shift Oscillator ,成品的尺寸为:0.12x0.4 英寸(3.05x10.2mm),这时候,晶体管的尺度还需要用毫米 mm 来度量。

1971 年,Intel 4004 内含 2300 个晶体管,使用 10 μm 制程;

1989 年,Intel 486 内含 120 万个晶体管,使用 1 μm 制程;

2000 年,Intel Pentium 4 内含 4200 万个晶体管,使用 0.18μm 制程;

2019 年,Intel i9-9980 内含约 100 亿个晶体管,使用 14 nm 制程;

目前,7nm 已经是成熟工艺,5~3nm 正在研发之中 ......

mµnp 在时间尺度描述上,则和 KMGT 相对应,互为倒数,频率为 1K 的时钟,其周期为 1m 秒;频率为 1M 的时钟,其周期为 1µ秒;频率为 1G 的时钟,其周期为 1n 秒;频率为 1T 的时钟,其周期为 1p 秒。

  

和日常的关联

这些单位和我们日常生活关联起来又会有什么特别的意义呢?

例如,G(吉)代表 10 亿,到底是多大的概念呢?

如果一个人的一生可以用秒来计算,假如他能活到 80-100 岁,就是 2.5G 秒 -3.2G 秒的时间。

3G 秒的时间大约是 95 年,也就是说,我们大多数人是活不过 3G 秒的。

T( 太)代表 万亿

1G 秒大约是 32 年的时间,1T 秒大约是 32000 年,人类进入“认知革命”也就是 2T 秒之前,也就是说 2T 秒之前,人类才和动物真正区分开来,跃升为食物链顶端的物种。

现在,GDP 也可以用到 T 了,2019 年已经有 16 个国家 GDP 过 T,其中美国是 21T,中国 14T,2020 年,受 Convid-19 疫情的影响,不知道 GDP 过 T 的还有没有 16 个国家?

光速(电磁波)是目前已知最快的速度,真空中 30 万公里 / 秒,3*10^8 米 / 秒,如果用纳秒度量:0.3 米 / 纳秒,用皮秒度量:0.3 毫米 / 皮秒。在有机基板上,则要减半:0.15 米 / 纳秒,150 微米 / 皮秒,在陶瓷基板上,则要减为三分之一:0.1 米 / 纳秒,100 微米 / 皮秒。

在微小的时间尺度里,光也变得很“慢"了。

技术自由空间

MmT 坐标系

这里,我们定义一个坐标系,称之为 MmT 坐标系。坐标系的横轴代表空间,左侧代表微观尺度,越往左侧尺度越小:10^-1,10^-2,10^-3......10^-12......,右侧代表宏观尺度:10^1,10^2,10^3......10^12......,原点为 10^0;坐标系的纵轴代表时间,上方为记录宏观尺度到达的时间,下方为记录微观尺度到达的时间。我们可以从原点到横轴右侧的某一个点为直径画一个圆,圆内的空间,称之为宏观自由空间;我们也可以从原点到横轴左侧的某一个点为直径画一个圆,圆内的空间,称之为微观自由空间。纵轴上方为记录宏观自由空间到达的时间点,例如 1980 年,纵轴下方为记录微观自由空间到达的时间点,例如 1990 年。

技术自由空间

技术自由空间=微观自由空间+宏观自由空间

这里,我们提出“技术自由空间”的概念,用来度量人类探索世界的自由度,随着这个空间范围的扩大,人类探索世界的自由度也就越大。

按照 mµnp 和 KMGT,我们就可以绘制出如下的技术自由空间:

随着技术自由空间的不断增大,两侧的圆都会逐渐切近纵轴,纵轴两侧的剩余的空间我们称之为“X 空间”,X 空间是人类技术尚未达到的空间。

随着两边的圆的直径越来越大,在临近原点处,圆弧接近直线,人类的技术自由空间也会越来越大,似乎充满了整个空间,X 空间似乎被无限压缩了。

确实,从近距离看,随着技术自由空间的不断增大,X 空间似乎被压缩的很小很小了,然而,当我们的视点放到更远处,我们就会发现,无论如何增长,技术自由空间始终是有限空间,而 X 空间始终是无限空间。

始终要有求知的欲望,始终要保持谦逊的心。

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电子产业图谱

SiP技术专家,参与指导各类SiP与先进封装项目40多项;已出版技术著作3部:《基于SiP技术的微系统》PHEI 2021,《SiP System-in-Package Design and Simulation》(英文版)WILEY 2017,《SiP系统级封装设计与仿真》PHEI 2012;曾在中国科学院、SIEMENS工作,参与中国载人航天“神舟”飞船及中欧合作“双星”项目,现在奥肯思科技工作。公众号:SiP与先进封装技术。