日前，由广州市科学技术协会、广州市教育局、中国科学院广州分院、共青团广州市委员会主办的2026年广州“院士专家校园行”暨广州市第七中学教育集团科技文化节活动，邀请俄罗斯工程院外籍院士、广东省科学院半导体研究所学科带头人庄巍，开展《集成电路是怎么回事——探索芯片的奇妙世界》主题科普讲座，带领师生们开启从沙粒到数字世界“智能大脑”的奇妙探索之旅，通过深刻阐述方寸芯片背后的百年科技征程与微观世界的无穷奥秘，激发学生们的想象力和探索欲，激励青少年提升原始创新能力、打牢科技强国根基，树立投身基础研究的人生追求。
方寸芯片藏乾坤：数字世界的隐形基石
讲座开篇，庄巍院士便从熟悉的生活场景切入，迅速拉近了同学们与尖端半导体科技的距离。从智能手机、智能汽车到超级计算机，芯片早已渗透到现代生活的方方面面，是我们身边“看不见”却不可或缺的存在。
为了让同学们直观理解芯片的本质，庄巍院士用一个极具想象力的比喻打开了芯片世界的大门：把上海这样一座现代化城市，按照1:100000000的比例缩小，塞进一颗米粒大小的空间里，这座有着能源分配、信号传输、秩序管控、信息存储功能的微观“城市”，就是一枚芯片。更让同学们惊叹的是，构建这座“智能摩天大厦”的地基材料，竟是沙滩上随处可见的沙子——经过一系列精密工序，沙子中的硅元素最终化身纯净的单晶硅晶圆，成为承载无数晶体管的核心基石。
微观世界探本源：解码芯片的诞生与运行逻辑
围绕“芯片是如何工作的”这一核心问题，庄巍院士层层拆解，为同学们揭开了晶体管的神秘面纱。他介绍，一个现代高端芯片中，可能集成了几千亿个晶体管，它们就像芯片这座微观城市里最基础的“居民”，也是世界上最听话的“开关”，仅靠“开”与“关”两种稳定状态，便映射出计算机语言的核心——0和1，无数0和1的排列组合，最终构建起了数字世界里所有的信息内容。
从 1883 年爱迪生效应的发现，到真空二极管、三极管的相继诞生，再到PN结单向导电性的揭秘，庄巍院士用通俗的语言梳理了半导体器件的演进历程。他详细讲解了由P型硅与N型硅结合形成的PN结如何成为所有半导体器件的物理基础；拆解了晶体管“以小控大”的核心原理，让同学们直观感受到了微观电路里的精密智慧。
百年征程铸传奇：集成电路的迭代与飞跃
讲座中，庄巍院士带领同学们回溯了集成电路波澜壮阔的百年发展史，读懂每一次技术突破背后的创新勇气。在晶体管诞生前，体积大、功耗高、寿命短的电子管是电子设备的核心元件，其发展瓶颈严重制约了电子工业前行。
1947年，贝尔实验室肖克利、巴丁、布拉顿三位科学家发明了世界首只晶体管，凭借极小的体积、极低的功耗与超高的稳定性，彻底改写了电子工业的轨迹，开启了全新的“半导体时代”。1958年至1959年，基尔比与诺伊斯分别完成集成电路的原理验证与工程化落地，共同被誉为“集成电路之父”，为微电子革命奠定了基石。发明晶体管和集成电路的科学家都获得了诺贝尔物理学奖。1965年戈登・摩尔提出的摩尔定律，更成为指引行业半个多世纪高速发展的“黄金法则”，驱动芯片性能指数级跃升、成本持续下降，让数字科技真正走进千家万户。
突破极限向未来：后摩尔时代的创新与展望
面对晶体管尺寸逼近物理极限的行业现状，庄巍院士为同学们详解了后摩尔时代的技术挑战与创新解决方案，向同学们展示了全球半导体行业突破瓶颈的多元路径：通过3D堆叠、芯粒技术突破平面布局的物理限制，通过石墨烯、碳纳米管等新材料实现底层革新，通过 新架构创新突破性能瓶颈，AI芯片、光子计算、量子计算等前沿方向，更将为芯片技术的发展打开全新的想象空间。
这些介绍让同学们清晰地看到，全球半导体产业正从“纳米时代”正式迈向更小的“埃米时代”，光子计算、量子计算等前沿方向，更将为芯片技术的发展打开全新的想象空间。
文/广州日报新花城记者：武威广州日报新花城编辑：陈湫林
