继1月底大幅调增本财年业绩指引后，欧司朗正式发布2021年第一季度财报（2020年10月至12月）。财报显示，欧司朗所有业务领域盈利趋势持续提升，其中光电半导体业务领域表现尤为突出，调整后EBITDA（息税折旧摊销前利润）创下新高。 欧司朗首席执行官Olaf Berlien表示：“过去一年，欧司朗采取了有效的管理措施以抵御外部危机，也因此使我们即便在新冠疫情的挑战之下仍然能逆势发展。我们在汽车业务和光电半导体业务领域取得的不俗成效就是很好的证明。更值得一提的是，我们在马来西亚居林的生产基地，为满足市场需求提供了强力的的保障。过去三年中，居林生产基地已经成为欧司朗光电半导体的重要支柱。” 欧司朗汽车业务（AM）、光电半导体业务（OS）、数字业务（DI）三个业务部门在新财年第一季度都取得了良好的市场表现。即使在新冠疫情期间，欧司朗在汽车改装与可更换照明设备领域的市场领先地位仍在持续加强。 汽车业务 三个业务部门在新财年第一季度都取得了良好的市场表现。即使在新冠疫情期间，欧司朗在汽车改装与可更换照明设备领域的市场领先地位仍在持续加强。在第一季度，汽车业务（AM）实现销售额4.74亿欧元，在可比基础上略有增长，调整后的EBITDA利润率较上年大幅增长，达到6,500万欧元。 光电半导体业务 在第一季度的业绩表现尤其出色，销售额增长近5%，达到3.56亿欧元，调整后EBITDA利润率超31%，创历史新高。这一系列的数据表明，在汽车和通用照明领域聚焦于高端科技的研发与应用至关重要，同时在马来西亚居林与德国雷根斯堡扩大产能，对未来的持续发展也有重要意义。 此前落实的业绩提升计划取得进一步成效。尽管受疫情影响，一季度销售额有所下降，但与上一财年第四季度相比，调整后EBITDA利润率环比增加600万欧元，自由现金流为正。 数月以来，欧司朗仔细评估了数字业务未来发展的各种可能性。随着欧司朗持续专注于光电领域的高科技转型，公司决定为数字业务旗下的电子与供电电源业务板块(DS, 数字照明系统)寻找潜在收购方。该业务板块作为市场上领先的技术供应商，未来将在其专业领域获得更大的发展空间。 免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！

据美国有线电视新闻网报道，连日侵袭全美多州的冬季风暴，目前已经造成了至少33人死亡，数百万家庭和商户持续停电，水和天然气供应也受到很大影响。 数据显示，尽管冬季风暴造成的停电问题有所缓解，但截至当地时间2月17日，全美各州仍有超过310万家庭和商户停电，其中在得克萨斯州就有260万家庭和商户停电。 在供需的极端不平衡下，得州电价疯狂飙升。根据管理当地电网的得州电力可靠性委员会发布的数据显示，本周早些时候，得州批发电价一度突破了1万美元/兆瓦时，相当于每千瓦时超过10美元，相当于65元人民币一度电，与平日电价相比增长近200倍。 （相关报道视频截图） 之所以造成这种情况，央视网也是给出了三个原因：首先，当地电网设施老旧。根据美国能源部（DOE）的统计显示，当下美国70%的输电线路和变压器运行年限超过25年，60%的断路器运行年限超过30年，陈旧的电网设施面临保障供电可靠性的巨大挑战。

摩尔定律虽命名为“定律”，但究其本质更像是一条预言，一条在过去的 50 年间始终引导半导体行业发展的伟大预言。但是，现阶段摩尔定律下工艺的无限制成长终会遭遇一道名为“物理极限”的壁垒，如何绕过壁垒以延续乃至超越摩尔定律成为了现如今业界的重要命题。 如果说系统级芯片(System on Chip，英文简称 SoC)技术是摩尔定律不断发展所产生的重要产物，那么系统级封装(System in Package，英文简称 SiP)技术便是实现超越摩尔定律的关键路径。在“后摩尔定律”所提供的关键助力之下，SiP 生态系统正持续创新以缓解因晶体管尺寸日趋物理极限所产生的压力。 (图片来源：TSMC) 随着 5G 通信及机器学习技术应用的快速普及，系统级封装 SiP 技术在短短的时间内便已经成为实现微系统功能多样化、集成异构化、体积及成本最小化的最优方案。 (图片来源：长电科技) 对于 SiP 技术的生态系统，除了业内人士非常熟悉的半导体材料和计算机辅助设计(CAD)软件之外，IC 基板技术及与之关联的供应链同样是 SiP 生态系统的重要一环。上图所示为当前半导体封测行业中常见的基板技术及其趋势。 目前从技术发展的趋势来看，双面塑模成型技术、电磁干扰屏蔽技术、激光辅助键合技术可以并称为拉动系统级封装技术发展的“三驾创新马车”。 第一驾马车：双面塑模成型技术 双面塑模成型技术(Double-Sided Molding Technology)之所以成为系统级封装工程专家的新宠，主要有两个原因： (一)有效减少封装体积以节省空间。 (二)有效缩短多个裸芯(Bare Dies)及被动元件之间的连接线路以降低系统阻抗、提升整体电气性能。 更小的封装体积和更强的电气性能为双面塑模成型技术在 SiP 领域的广泛应用前景提供了良好的基础。下图所示为一例由长电科技成功导入规模量产的双面塑模成型 SiP 射频前端模块产品。 (图片来源：长电科技) 长电科技的双面封装 SiP 产品采用了多项先进工艺以确保双面塑模成型技术的成功应用。该产品采用了 C-mold 工艺，实现了芯片底部空间的完整填充，并有效减少了封装后的残留应力，保证了封装的可靠性。 同时 Grinding 工艺的应用，使封装厚度有了较大范围的选择，同步实现精准控制产品的厚度公差。为了去除流程中残留的多余塑封料，长电科技还采用了 Laser ablation 工艺，以确保产品拥有更好的可焊性。 这项技术看似稀松平常，实则机关暗藏，每一项创新技术的成功落地都要经历许多挑战。双面塑模成型(Double-Sided Molding Technology)技术的落地主要面临着以下三大挑战：(一)塑模成型过程中的翘曲问题。 (二)背面精磨(Back Grinding)过程中的管控风险。 (三)激光灼刻(Laser Ablating)及锡球成型(Solder Ball Making)中的管控风险。 面对全新工艺所带来的诸多挑战，长电科技选择直面困难，攻克一系列技术难题，并成功于 2020 年 4 月通过全球行业领先客户的认证，实现了双面封装 SiP 产品的量产。 在这项全新突破的工艺中，长电科技严格把控生产流程，采用高度自动化的先进制程，将在双面塑模成型过程可能发生的各类风险隐患进行了有效降低。 第二架马车：电磁干扰屏蔽技术(EMI Shielding Technology) 由于系统级封装本身制程中大量使用高密度线路、多种材质的封装材料，同时还要考虑芯片与各类功能器件间的协作，且封装结构较为复杂，因此伴随而来的便会有电路元件间产生的电磁干扰问题。长电科技有效的通过创新解决了这一问题，并拥有一系列导入量产的高效电磁干扰屏蔽技术方案。 下图所示为一例由长电科技成功导入规模量产的高效电磁干扰屏蔽 SiP 射频前端模块产品。 (图片来源：长电科技) 在电磁干扰屏蔽材料(EMI Shielding Materials)方面，一场技术创新的盛宴正在全球上演。无论是传统材料巨头，还是新晋 EMI 屏蔽材料先锋，都争相推出质量更可靠、效果更全面、价格更实惠的全新产品及流程方案。 对于绝大多数倒装型(Flip Chip)系统级封装产品来说，单芯(Per Die)的平均功率范围一般在 1W 到 15W 之间，因此在地散热能力(Local Thermal Conductivity)是检验 SiP 系统整体性能的关键一环。 目前可用来提升散热性能的技术方案有以下几种：芯片背面外露技术、高导热塑封材料技术、芯片背面金属板装技术(例如 Heat Sink)、基板金属内层加厚技术以及芯片背面金属化技术(Backside Metallization Technology)。 长电科技的工程验证结果表明，与其他方案相比，芯片背面金属化技术更适用于加强低、中功率范围的倒装型结构的导热性，同等成本条件下，散热效果的裕值可达到 25%，可谓立竿见影。而电磁干扰屏蔽材料的背面金属化技术同样可以用于芯片背面金属化。 如下图所示，长电科技已获得该技术方案的数项发明专利。 (图片来源：长电科技) 从材料到工艺，从技术到方案，长电科技对于创新的不断追求促成了其在电磁干扰屏蔽技术领域强大的技术实力与全面的产品覆盖。系统级封装(SiP)技术作为目前火热的封装技术领域，在长电科技强大 EMI 技术的加持之下，能够有效地完成对潜在电磁干扰的屏蔽，满足全球市场需求。 键合(Bonding)可以将两个或多个材料(或结构)结合成为一体，是半导体制造过程中不可缺少的重要环节。纵观近年高端系统级封装产品(尤其是手机射频前端模块)的发展趋势，不难发现，芯片/基板键合(Die-to-Substrate Bonding)技术及其制程创新可谓是居功至伟。 一路走来，从常青树般的回流焊接(Mass Reflow)技术，到数年前异军突起的热压键合(Thermal Compression Bonding)技术，再到最近才开始发力的激光辅助键合(LAB)技术，先进封测企业与设备方案厂商通力合作，紧跟键合技术潮流，可谓“亦步亦趋，不敢相背”。可以说，越是在先进制程中，我们就越需要超精密的键合技术服务。 下图所示为激光辅助键合(LAB)和回流焊接(Mass Reflow)技术之间做的一个简单比较。 (图片来源：长电科技) 从图中我们不难看出，回流焊接 MR 技术容易受到多种限制，包括由于板材变形所引发的 Non-wet bump、桥接与 ELK 层裂纹等引发的封装可靠性问题、模具和基板同时加热时间过长的问题以及老生常谈的 CTE 不匹配、高翘曲、高热机械应力等问题。而借助激光辅助粘合(LAB)技术，我们便可以轻松解决上述限制。LAB…

在现代离线AC-DC电源解决方案中，可编程性和自适应控制提供了智能家居设备所需的灵活性和智能性，以便更好地与电源系统连接。在这些系统中，次级侧单片机(MCU)通常无法在不使用独立偏置电源的情况下启动系统。Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)推出一款全新参考设计，利用MCP1012高压辅助AC-DC控制器解决了这一问题，可在许多应用中取消独立偏置电源。MCP1012离线辅助器件使系统能将功率和占空比的控制转移到次级侧单片机上。通过简化设计、减小尺寸和成本，系统与负载之间的控制可以实现更加精确和有目的地耦合。   参考设计采用专利隔离技术用于隔离反馈。这项专利隔离技术称为Inde-Flux变压器技术，已向Würth Elektronik eiSos公司授权。Inde-Flux变压器(部件编号750318659)是Würth Elektronik eiSos利用该专利制造的第一款变压器，将作为Microchip 15W MCP1012离线参考设计的组件出售。这款变压器将信号功率和信号通信结合到一个器件中，无需光反馈或独立的信号变压器。全新参考设计还可以选择采用更传统的方法，使用平面脉冲变压器，与更传统的光耦合器和信号变压器一起工作。通过使用该变压器和Microchip新推出的MCP1012 AC-DC控制器以及SAM D20系列32位单片机组合，可实现次级侧控制。 MPC1012初级侧辅助控制器为次级侧单片机提供了系统启动、门控和保护离线反激转换器的功能。该器件具有一系列功能，如直接测量和主动稳压或稳流，通过直接闭环实现高环路带宽，以及简化负载参考系统的通信。 15W MCP102离线参考设计为15W离线电源设计提供了主要工作元素，并配备了必要固件，以消除初级侧辅助电源。这可以降低系统的复杂性，包括消除许多应用中对光耦的需求，如家电和智能音箱。在Würth Elektronik eiSos的支持下，Inde-Flux变压器技术可根据需要扩展到不同电压和功率水平的标准和定制变压器设计。 Microchip模拟、电源和接口业务部高级副总裁Rich Simoncic表示：“将采用Inde-Flux技术的Würth Elektronik eiSos变压器与我们的MCP1012 AC-DC控制器和SAM D20系列32位单片机相结合，为离线电源管理创造了一个独特的解决方案。这些器件能够更简单、更可靠地实现主元件和辅助元件之间的复杂双向通信，这些元件用于许多利用离线电源的隔离应用中。当解决方案用于具有次级侧单片机的系统时，客户可节省高达60%的偏置电源面积，并将偏置电源物料清单成本降低3美元以上。” 开发工具 15W MCP1012 离线参考设计包括用户指南，并附带原理图和物料清单、设计文件、固件和一个演示装置。Microchip还为MCP1012 AC-DC控制器提供了基础款1W评估板DT100118。 15W MCP1012离线参考设计，部件编号为EV37F82A，现已上市，每件售价225美元。DT100118 1W参考设计现已上市，每件售价115美元。MCP1012-V/EKA现已上市，5000件起售的单价是0.40美元起。 如需了解更多信息，请联系Microchip销售代表、全球授权分销商或访问Microchip网站。

嵌入式C代码 Cortex-M这类微控制器编程通常采用C代码，那么编程人员如何编写代码才能让C编译器产生高质量底层代码就成为一个很重要的话题。这里所说的高质量底层代码是指既达到编程人员意图又方便编译器优化的代码。 本文将从编写利于优化的源代码，节省栈和内存空间，函数原型，整型和位取反，同时读写变量的保护，不进行初始化的变量这几个方面来讨论如何编写良好的嵌入式C代码。 一、编写利于优化的源代码 我们在编写源代码的时候如果能够遵循以下几点，可以让编译器更好的对代码进行优化： 1)局部变量(自动变量和参数)比静态或全局变量要更好。 为什么这么说呢，因为优化器会假定任何一个函数都可能修改静态或全局变量。当局部变量的生命周期结束的时候，它所占据的内存就可以被其它变量使用，而全局变量在整个程序的生命周期内都不会释放它所占据的内存空间。 2)避免用&运算符取局部变量的地址。 这里有两个原因会导致该操作的效率低下。首先，变量必须放在内存中，不能放在处理器的寄存器中，这将导致更长更慢的代码效率。其次，优化器不再假设其它的函数，因此不会影响到该变量。 3)编译器的内联函数能力。 为了最大限度的影响编译器的内联转换，我们最好把那些多个模块都用到的小函数写在头文件中而不是实现文件中。 二、节省栈和内存空间 以下的编程技术可以让我们节省内存和栈空间： 1)如果栈空间有限，那么我们就要尽量避免长的调用链和递归函数。 2)避免使用大的聚合类型(比如结构体)作为参数或者返回类型。为了节省栈空间，我们应该更多的使用指针来代替这种聚合类型。 三、函数原型 有两种函数的定义和声明方式可以使用。一种是原型风格，一种是Kernighan & Ritchie C风格。两种风格都是可以的，但强烈建议应用原型风格，也就是说对每一个公共函数都在相应的头文件中提供一个原型声明。 这是因为编译器对应用Kernighan & Ritchie C风格的参数不进行类型检查。应用原型风格在某些情况下将产生高效的代码，因为它不需要进行参数类型提升。 为了保证所有的公共函数都在定义之前声明过，可以打开编译器选项 Project>Options>C/C++ Compiler>Language 1>Require prototypes 以下是两种风格的示例 1)原型风格： 原型风格中，必须写明每个参数的类型。 int Test(char, int); /* 声明 */ int Test(char ch, int i) /* 定义 */ { return i – ch; } 2)Kernighan & Ritchie风格： Kernighan & Ritchie风格中，不需要进行函数原型声明。取而代之的是一个空参数列表的函数声明。函数的定义也有些不同。 int Test(); /* 声明 */ int Test(ch, i) /* 定义 */ char ch; int i; { return i – ch; } 四、整型和位取反 在某些情况下，整数类型和它们的转换提升规则会导致难以理解的行为。这经常出现在赋值或者条件表达式中，这里涉及不同长度类型的数据和逻辑操作尤其是位取反操作。这里的类型也包括常数类型。例如：1个8位的字符类型，1个32位的整数类型，按照二进制补码操作。 void F1(unsigned char c1) { if (c1 == ~0x08); } 这里，测试条件总是false。因为右边的0x08 = 0x00000008，~0x00000008 = 0xFFFFFFF7。左边的c1是1个8位无符号字符类型，因此它不可能比255大，也不可能是负数，这就意味着它的高24位不可能置1。所以这个测试条件总是false的。 五、同时读写变量的保护 在中断程序或者单独线程中用到的变量经常是异步读写的，它们必须进行适当地标记和适当的保护。 编译器应用volatile关键字对这类变量进行标记。这个关键字通知编译器该对象的值无任何持久性，不要对它进行任何优化。它迫使编译器每次需要该对象数据内容的时候都必须读该对象，而不是只读一次数据并将它放在处理器的寄存器中以便后续访问之用。 六、不进行初始化的变量 通常，运行时环境在应用程序启动的时候会初始化所有的静态和全局变量。编译器支持用__no_init关键字来声明不进行初始化的变量。用__no_init关键字声明的变量通常用在大的数据输入缓冲这样的地方。 本文介绍了编写良好的嵌入式C代码涉及的多个方面。编写良好的嵌入式C代码需要大量的专业知识，本文虽尽力描述编写良好的嵌入式C代码所需要的各种技能，但难免会有不足的地方，希望大家多多指正。 END 免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！

1. 高频信号布线时要注意哪些问题？ 信号线的阻抗匹配；与其他信号线的空间隔离；对于数字高频信号，差分线效果会更好。 2. 在布板时，如果线密，孔就可能要多，当然就会影响板子的电气性能，怎样提高板子的电气性能？ 对于低频信号，过孔不要紧，高频信号尽量减少过孔。如果线多可以考虑多层板。 3. 是不是板子上加的去耦电容越多越好？ 去耦电容需要在合适的位置加合适的值。例如，在模拟器件的供电端口就需要加，并且需要用不同的电容值去滤除不同频率的杂散信号。 4. 一个好的板子它的标准是什么？ 布局合理、电源线功率冗余度足够、高频阻抗、低频走线简洁。 5. 通孔和盲孔对信号的差异影响有多大？应用的原则是什么？ 采用盲孔或埋孔是提高多层板密度、减少层数和板面尺寸的有效方法，并大大减少了镀覆通孔的数量。 但相比较而言，通孔在工艺上好实现，成本较低，所以一般设计中都使用通孔。 6. 在涉及模拟数字混合系统的时候，有人建议电层分割，地平面采取整片敷铜，也有人建议电地层都分割，不同的地在电源端点接，但是这样对信号的回流路径就远了，具体应用时应如何选择合适的方法？ 如果有高频>20MHz信号线，并且长度和数量都比较多，那么需要至少两层给这个模拟高频信号。一层信号线，一层大面积地，并且信号线层需要打足够的过孔到地。这样的目的是： 对于模拟信号，这提供了一个完整的传输介质和阻抗匹配； 地平面把模拟信号和其他数字信号进行隔离； 地回路足够小，因为你打了很多过孔，地又是一个大平面。 7. 在电路板中，信号输入插件在PCB最左边沿，MCU在靠右边，那么在布局时是把稳压电源芯片放置在源靠近接插件（电源 IC输出5V经过一段比较长的路径才到达MCU），还是把电源IC放置到中间偏右（电源IC的输出5V的线到达MCU就比较短，但输入电源段线就经过比较长一段PCB板）？或是有更好的布局？ 首先信号输入插件是否是模拟器件？如果是模拟器件，建议电源布局应尽量不影响到模拟部分的信号完整性。因此有几点需要考虑： 首先稳压电源芯片是否是比较干净，纹波小的电源？模拟部分的供电，对电源的要求比较高； 模拟部分和ＭＣＵ是否是一个电源，在高精度电路的设计中，建议把模拟部分和数字部分的电源分开； 对数字部分的供电需要考虑到尽量减小对模拟电路部分的影响。 8. 在高速信号链的应用中，对于多ASIC都存在模拟地和数字地，究竟是采用地分割，还是不分割地？既有准则是什么？哪种效果更好？ 迄今为止没有定论。一般情况下可以查阅芯片的手册。ADI所有混合芯片的手册中都是推荐你一种接地的方案，有些是推荐共地、有些是建议隔离地，这取决于芯片设计。 9. 何时要考虑线的等长？如果要考虑使用等长线的话，两根信号线之间的长度之差最大不能超过多少？如何计算？ 差分线计算思路：如果传一个正弦信号，长度差等于它传输波长的一半，相位差就是180度，这时两个信号就完全抵消了。所以这时的长度差是最大值。以此类推，信号线差值一定要小于这个值。 10. 高速中的蛇形走线，适合在哪种情况？有什么缺点没？比如对于差分走线，又要求两组信号是正交的。 蛇形走线，因为应用场合不同而具有不同的作用：如果蛇形走线在计算机板中出现，其主要起到一个滤波电感和阻抗匹配的作用，用于提高电路的抗干扰能力。计算机主机板中的蛇形走线，主要用在一些时钟信号中，如PCI-Clk、AGPCIK、IDE、DIMM等信号线。 若在一般普通PCB板中，除了具有滤波电感的作用外，还可作为收音机天线的电感线圈等等。如2.4G的对讲机中就用作电感。 对一些信号布线长度要求必须严格等长，高速数字PCB板的等线长是为了使各信号的延迟差保持在一个范围内，保证系统在同一周期内读取的数据的有效性（延迟差超过一个时钟周期时会错读下一周期的数据）。如INTELHUB架构中的HUBLink，一共13根，使用233MHz的频率，要求必须严格等长，以消除时滞造成的隐患，绕线是惟一的解决办法。一般要求延迟差不超过1/4时钟周期，单位长度的线延迟差也是固定的，延迟跟线宽、线长、铜厚、板层结构有关，但线过长会增大分布电容和分布电感，使信号质量有所下降。所以时钟 IC引脚一般都接端接，但蛇形走线并非起电感的作用。相反地，电感会使信号中的上升沿中的高次谐波相移，造成信号质量恶化，所以要求蛇形线间距最少是线宽的两倍。信号的上升时间越小，就越易受分布电容和分布电感的影响。 蛇形走线在某些特殊的电路中起到一个分布参数的LC滤波器的作用。 11. 在设计PCB时，如何考虑电磁兼容性EMC/EMI，具体需要考虑哪些方面？采取哪些措施？ EMI/EMC设计必须一开始布局时就要考虑到器件的位置，PCB叠层的安排，重要联机的走法， 器件的选择等。例如时钟发生器的位置尽量不要靠近对外的连接器，高速信号尽量走内层并注意特性阻抗匹配与参考层的连续以减少反射，器件所推的信号之斜率（slew rate）尽量小以降低高频成分，选择去耦合（decoupling/bypass）电容时注意其频率响应是否符合需求以降低电源层噪声。另外，注意高频信号电流之回流路径使其回路面积尽量小（也就是回路阻抗loop impedance尽量小）以减少辐射。还可以用分割地层的方式以控制高频噪声的范围。 最后，适当的选择PCB与外壳的接地点（chassis ground）。 12. 请问射频宽带电路PCB的传输线设计有何需要注意的地方？传输线的地孔如何设置比较合适，阻抗匹配是需要自己设计还是要和PCB加工厂家合作？ 这个问题要考虑很多因素。比如PCB材料的各种参数，根据这些参数最后建立的传输线模型，器件的参数等。阻抗匹配一般要根据厂家提供的资料来设计。 13. 在模拟电路和数字电路并存的时候，如一半是FPGA或单片机数字电路部分，另一半是DAC和相关放大器的模拟电路部分。各种电压值的电源较多，遇到数模双方电路都要用到的电压值的电源，是否可以用共同的电源，在布线和磁珠布置上有什么技巧？ 一般不建议这样使用，这样使用会比较复杂，也很难调试。 14. 在进行高速多层PCB设计时，关于电阻电容等器件的封装的选择的，主要依据是什么？常用哪些封装，能否举几个例子。 0402是手机常用；0603是一般高速信号的模块常用；依据是封装越小寄生参数越小，当然不同厂家的相同封装在高频性能上有很大差异。建议你在关键的位置使用高频专用元件。 15. 一般在设计中双面板是先走信号线还是先走地线？ 这个要综合考虑。在首先考虑布局的情况下，考虑走线。 16. 在进行高速多层PCB设计时，最应该注意的问题是什么？能否做详细说明问题的解决方案。 最应该注意的是设计，就是信号线、电源线、地、控制线这些你是如何划分在每个层的。一般的原则是模拟信号和模拟信号地至少要保证单独的一层。电源也建议用单独一层。 17. 请问具体何时用2层板，4层板，6层板？在技术上有没有严格的限制（除去体积原因）？是以CPU的频率为准还是其和外部器件数据交互的频率为准？ 采用多层板首先可以提供完整的地平面，另外可以提供更多的信号层，方便走线。对于CPU要去控制外部存储器件的应用，应以交互的频率为考虑，如果频率较高，完整的地平面是一定要保证的，此外信号线最好要保持等长。 18. PCB布线对模拟信号传输的影响如何分析，如何区分信号传输过程中引入的噪声是布线导致还是运放器件导致？ 这个很难区分，只能通过PCB布线来尽量避免布线引入额外噪声。 19. 对高速多层PCB来说，电源线、地线与信号线的线宽设置为多少是合适的，常用设置是怎样的，能举例说明吗？例如工作频率在300Mhz的时候该怎么设置？ 300MHz的信号一定要做阻抗仿真计算出线宽和线和地的距离；电源线需要根据电流的大小决定线宽，在混合信号PCB的时候一般就不用”线”来表示地了，而是用整个平面，这样才能保证回路电阻最小，并且信号线下面有一个完整的平面。 20. 怎样的布局才能达到最好的散热效果？ PCB中热量的来源主要有三个方面：电子元器件的发热；PCB本身的发热；其它部分传来的热。 在这三个热源中，元器件的发热量最大，是主要热源，其次是PCB板产生的热，外部传入的热量取决于系统的总体热设计，暂时不做考虑。 那么热设计的目的是采取适当的措施和方法降低元器件的温度和PCB板的温度，使系统在合适的温度下正常工作。主要是通过减小发热，和加快散热来实现。 END 免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！

转自 | 程序喵大人 今天分享关于内存的几点内容： 什么是物理内存 使用物理内存有什么缺点？ 什么是虚拟内存？ 虚拟内存如何映射到物理内存 什么是分页内存管理？ 什么是缺页中断？ 页面置换算法都有哪些？ 什么是分段内存管理？ 01 什么是物理内存？ 我们常说的物理内存大小就是指内存条的大小，一般买电脑时都会看下内存条是多大容量的，话说如果内存条大小是100G，那这100G就都能够被使用吗？不一定的，更多的还是要看CPU地址总线的位数，如果地址总线只有20位，那么它的寻址空间就是1MB，即使可以安装100G的内存条也没有意义，也只能视物理内存大小为1MB。 02使用物理内存有什么缺点？ 这种方式下每个程序都可以直接访问物理内存，有两种情况： 1.系统中只有一个进程在运行：如果用户程序可以操作物理地址空间的任意地址，它们就很容易在不经意间破坏了操作系统，使系统出现各种奇奇怪怪的问题； 2.系统有多个进程同时在运行：如图，理想情况下可以使进程A和进程B各占物理内存的一边，两者互不干扰，但这只是理想情况下，谁能确保程序没有bug呢，进程B在后台正常运行着，程序员在调试进程A时有可能就会误操作到进程B正在使用的物理内存，导致进程B运行出现异常，两个程序操作了同一地址空间，第一个程序在某一地址空间写入某个值，第二个程序在同一地址又写入了不同值，这就会导致程序运行出现问题，所以直接使用物理内存会使所有进程的安全性得不到保证。 如何解决上述问题？ 可以考虑为存储器创造新的抽象概念：地址空间，地址空间为程序创造了一种抽象的内存，是进程可用于寻址内存的一套地址集合，同时每个进程都有一套自己的地址空间，一个进程的地址空间独立于其它进程的地址空间。 如何为程序创造独立的地址空间？ 最简单的办法就是把每个进程的地址空间分别映射到物理内存的不同部分。这样就可以保证不同进程使用的是独立的地址空间。 实现 给每个进程提供一个基址A和界限B，进程内使用的空间为x，则对应的物理地址为A + x，同时需要保证A + x < B，如果访问的地址超过的界限，需要产生错误并中止访问。为了达到目的CPU配置了两个特殊硬件寄存器：基址寄存器和界限寄存器，当一个进程运行时，程序的起始物理地址和长度会分别装入到基址寄存器和界限寄存器里，进程访问内存，在每个内存地址送到内存之前，都会先加上基址寄存器的内容。 缺点：每次访问内存都需要进行加法和比较运算，比较运算很快，但是加法运算由于进位传递事件的问题，在没有使用特殊电路的情况下会显得很慢。 此外，每个进程运行都会占据一定的物理内存，如果物理内存足够大到可以容纳许多个进程同时运行还好，但现实中物理内存的大小是有限的，可能会出现内存不够用的情况，怎么办？ 方法一：如果是因为程序太大，大到超过了内存的容量，可以采用手动覆盖技术，只把需要的指令和数据保存在内存中。 方法二：如果是因为程序太多，导致超过了内存的容量，可以采用自动交换技术，把暂时不需要执行的程序移动到外存中。 覆盖技术 把程序按照自身逻辑结构，划分成多个功能相互独立的程序模块，那些不会同时执行的模块可以共享到同一块内存区域，按时间顺序来运行： 将常用功能需要的代码和数据常驻在内存中； 将不常用的功能划分成功能相互独立的程序模块，平时放到外存中，在需要的时候将对应的模块加载到内存中； 那些没有调用关系的模块平时不需要装入到内存，它们可以共用一块内存区，需要时加载到内存，不需要时换出到外存中； 如图： 交换技术 多个程序同时运行，可以将暂时不能运行的程序送到外存，获得更多的空闲内存，操作系统将一个进程的整个地址空间内容换出到外存中，再将外存中某个进程的整个地址空间信息换入到内存中，换入换出内容的大小是整个程序的地址空间。 交换技术在实现上有很多困难： 需要确定什么时候发生交换：简单的办法是可以在内存空间不够用时换出一些程序； 交换区必须足够大：多个程序运行时，交换区（外存）必须足够大，大到可以存放所有程序所需要的地址空间信息； 程序如何换入：一个程序被换出后又重新换入，换入的内存位置可能不会和上一次程序所在的内存位置相同，这就需要动态地址映射机制。 覆盖技术和交换技术的比较 覆盖只能发生在那些相互之间没有调用关系的程序模块之间，因此程序员必须给出程序内的各个模块之间的逻辑覆盖结构。 交换技术是以在内存中的程序大小为单位来进行的，它不需要程序员给出各个模块之间的逻辑覆盖结构。 通俗来说：覆盖发生在程序的内部，交换发生在程序与程序之间。 但是这两种技术都有缺点： 覆盖技术：需要程序员自己把整个程序划分为若干个小的功能模块，并确定各个模块之间的覆盖关系，增加了程序员的负担，很少有程序员擅长这种技术； 交换技术：以进程作为交换的单位，需要把进程的整个地址空间都换进换出，增加了处理器的开销，还需要足够大的外存。 那有没有更好的解决上述问题的方法呢？答案是虚拟内存技术。 03什么是虚拟内存？ 虚拟内存，那就是虚拟出来的内存，它的基本思想就是确保每个程序拥有自己的地址空间，地址空间被分成多个块，每一块都有连续的地址空间，同时物理空间也分成多个块，块大小和虚拟地址空间的块大小一致，操作系统会自动将虚拟地址空间映射到物理地址空间，程序所关注的只是虚拟内存，请求的也是虚拟内存，其实真正使用的是物理内存。 虚拟内存技术有覆盖技术的功能，但它不是把程序的所有内容都放在内存中，因而能够运行比当前的空闲内存空间还要大的程序。它比覆盖技术做的更好，整个过程由操作系统自动来完成，无需程序员的干涉； 虚拟内存技术有交换技术的功能，能够实现进程在内存和外存之间的交换，因而获得更多的空闲内存空间。它比交换技术做的更好，它只对进程的部分内容在内存和外存之间进行交换。 虚拟内存技术的具体实现： 虚拟内存技术一般是在页式管理（下面介绍）的基础上实现 在装入程序时，不必将其全部装入到内存，而只需将当前需要执行的部分页面装入到内存，就可让程序开始执行； 在程序执行过程中，如果需执行的指令或访问的数据尚未在内存（称为缺页）。则由处理器通知操作系统将相应的页面调入到内存，然后继续执行程序； 另一方面，操作系统将内存中暂时不使用的页面调出保存在外存上，从而腾出更多空闲空间存放将要装入的程序以及将要调入的页面。 虚拟内存技术的特点 ： 大的用户空间：通过把物理内存与外存相结合，提供给用户的虚拟内存空间通常大于实际的物理内存，即实现了两者的分离。如32位的虚拟地址理论上可以访问4GB，而可能计算机上仅有256M的物理内存，但硬盘容量大于4GB； 部分交换：与交换技术相比较，虚拟存储的调入和调出是对部分虚拟地址空间进行的； 连续性：程序可以使用一系列相邻连续的虚拟地址来映射物理内存中不连续的大内存缓冲区； 安全性：不同进程使用的虚拟地址彼此隔离。一个进程中的代码无法更改正在由另一进程或操作系统使用的物理内存。 04虚拟内存如何映射到物理内存？ 如图，CPU里有一个内存管理单元（Memory Management Unit），简称MMU，虚拟内存不是直接送到内存总线，而是先给到MMU，由MMU来把虚拟地址映射到物理地址，程序只需要管理虚拟内存就好，映射的逻辑自然有其它模块自动处理。 操作系统如何表示的内存被占用还是空闲？ 05分页内存管理 将虚拟地址空间分成若干个块，每个块都有固定的大小，物理地址空间也被划分成若干个块，每个块也都有固定的大小，物理地址空间的块和虚拟地址空间的块大小相等，虚拟地址空间这些块就被称为页面，物理地址空间这些块被称为帧。 关于分页这里有个问题，页面的大小是多少合适呢？页面太大容易产生空间浪费，程序假如只使用了1个字节却被分配了10M的页面，这岂不是极大的浪费，页面太小会导致页表（下面介绍）占用空间过大，所以页面需要折中选择合适的大小，目前大多数系统都使用4KB作为页的大小。 上面关于虚拟内存如何映射到物理内存程序喵只介绍了MMU，但是MMU是如何工作的还没有介绍，MMU通过页表这个工具将虚拟地址转换为物理地址。32位的虚拟地址分成两部分（虚拟页号和偏移量），MMU通过页表找到了虚拟页号对应的物理页号，物理页号+偏移量就是实际的物理地址。 具体如图： 图只表示了页表的大体功能，页表的结构其实还很复杂，下面会具体介绍。 页表的目的就是虚拟页面映射为物理内存的页框，页表可以理解为一个数学函数，函数的输入是虚拟页号，函数的输出是物理页号，通过这个函数可以把虚拟页面映射到物理页号，从而确定物理地址。不同机器的页表结构不同，通常页表的结构如下： 页框号：最主要的一项，页表最主要的目的就是找到物理页号； 有效位：1表示有效，表示该表项是有效的，如果为0，表示该表项对应的虚拟页面现在不在内存中，访问该页面会引起缺页中断，缺页中断后会去物理空间找到一个可用的页框填回到页表中； 保护位：表示一个页允许什么类型的访问，可读可写还是可执行； 修改位：该位反应了页面的状态，在操作系统重新分配页框时有用，在写入一页时由硬件自动设置该位，重新分配页框时，如果一个页面已经被修改过，则必须把它这个脏页写回磁盘，如果没有被修改过，表示该页是干净的，它在磁盘上的副本依然是有效的，直接丢弃该页面即可。 访问位：该位主要用于帮助操作系统在发生缺页中断时选择要被淘汰的页面，不再使用的页面显然比正在使用的页面更适合被淘汰，该位在页面置换算法中发挥重要作用。 高速缓存禁止位：该位用于禁止该页面被高速缓存。 如何加快地址映射速度？ 每次访问内存都需要进行虚拟地址到物理地址的映射，每次映射都需要访问一次页表，所有的指令执行都必须通过内存，很多指令也需要访问内存中的操作数，因此每条指令执行基本都会进行多次页表查询，为了程序运行速度，指令必须要在很短的时间内执行完成，而页表查询映射不能成为指令执行的瓶颈，所以需要提高页表查询映射的速度。 如何才能提高速度呢？可以为页表提供一个缓存，通过缓存进行映射比通过页表映射速度更快，这个缓存是一个小型的硬件设备，叫快表（TLB），MMU每次进行虚拟地址转换时，首先去TLB中查找，找到了有效的物理页框则直接返回，如果没有找到则进行正常的页表访问，页表中找到后则更新TLB，从TLB中淘汰一个表项，然后用新找到的表项替代它，这样下次相同的页面过来时可以直接命中TLB找到对应的物理地址，速度更快，不需要继续去访问页表。 这里之所以认为TLB能提高速度主要依靠程序局部性原理，程序局部性原理是指程序在执行过程中的一个较短时间，所执行的指令地址和要访问的数据通常都局限在一块区域内，这里可分为时间局部性和空间局部性： 时间局部性：一条指令的一次执行和下次执行，一个数据的一次访问和下次访问都集中在一个较短时间内； 空间局部性：当前指令和邻近的几条指令，当前访问的数据和邻近的几个数据都集中在一个较小区域内。 通过TLB可以加快虚拟地址到物理地址的转换速度，还有个问题，现在都是64位操作系统啦，有很大的虚拟地址空间，虚拟地址空间大那对应的页表也会非常大，又加上多个进程多个页表，那计算机的大部分空间就都被拿去存放页表，有没有更好的办法解决页表大的问题呢？答案是多级页表。 tips：页表为什么大？32位环境下，虚拟地址空间有4GB，一个页大小是4KB，那么整个页表就需要100万页，而每个页表项需要4个字节，那整个页表就需要4MB的内存空间，又因为每个进程都有一个自己的页表，多个进程情况下，这简直就是灾难。 如图，以一个32位虚拟地址的二级页表为例，将32位虚拟地址划分为10位的PT1域，10位的PT2域，以及12位的offset域，当一个虚拟地址被送入MMU时，MMU首先提取PT1域并把其值作为访问第一级页表的索引，之后提取PT2域把把其值作为访问第二级页表的索引，之后再根据offset找到对应的页框号。 32位的虚拟地址空间下：每个页面4KB，且每条页表项占4B： 一级页表：进程需要1M个页表项（4GB / 4KB = 1M, 2^20个页表项），即页表（每个进程都有一个页表）占用4MB（1M * 4B = 4MB）的内存空间。 二级页表：一级页表映射4MB（2^22）、二级页表映射4KB，则需要1K个一级页表项（4GB / 4MB = 1K, 2^10个一级页表项）、每个一级页表项对应1K个二级页表项（4MB / 4KB = 1K），这样页表占用4.004MB（1K * 4B…

本文来源：科技日报 8848.86米——2020年12月8日，国家主席习近平同尼泊尔总统班达里互致信函，共同宣布珠穆朗玛峰最新高程。 “地球之巅”高度最新出炉！ 历时10月完成数据处理工作 60年前，中国人首次从北坡登顶珠峰。45年前，中国人首次将觇标带至峰顶，测得高度8848.13米。2005年，中国再测珠峰，其岩面高度为8844.43米。2020年5月27日，中国人又一次登上世界海拔最高的珠穆朗玛峰峰顶。从海量数据到8848.86米，这中间有哪些“解题”步骤？ 承担此次珠峰测量数据处理任务的是位于西安的自然资源部大地测量数据处理中心。这也是我国唯一从事大地测量数据处理与大地测量档案管理的专业队伍。 “珠峰地区海拔高、极寒缺氧，又是全球地壳运动最剧烈的地区之一，地质环境复杂，要获得精准的珠峰高程是一项极具挑战性、极其复杂、极具难度的综合性工作。”数据处理中心主任郭春喜说。他已是第三次参与珠峰高程的计算工作。 郭春喜介绍道，从去年开始，中心就持续进行技术研究和攻关，完成了相关数据处理方案编写、数据模型建立、软件编程测试、数据比对分析与验证等工作。 郭春喜说，相比于2005年的珠峰测量，此次数据处理的难点在于数据种类更多，数据量更大。“比如说，今年在峰顶进行了一万多平方公里的航空重力测量，以前，GNSS卫星测量主要依赖GPS，今年，我们同时参考美国GPS、欧洲伽利略、俄罗斯格洛纳斯和中国北斗这四大全球导航卫星系统，并且以北斗的数据为主。” 一共处理多少数据？ 郭春喜坦言，这无法准确核算。他举个例子，“为了把珠峰顶点的位置测准，我们每1秒采集一次基准站的数据，每次基准站的数据里就包含了50多颗导航卫星的数据。想象一下，1天就有86400秒，再加上我们还有大量的基准站观测数据，仅仅这块的数据就很庞大了。” 他介绍道，从2019年4月份起，就开始着手收集了大量珠峰地区已有的高程、GNSS和重力等数据并进行初步的整理分析，为后续工作做准备。 2020年5月23日，测量登山队员张卫东用国产重力仪在海拔6500米进行重力测量。国测一大队供图 “今年6月以来，在珠峰峰顶及珠峰地区数据传送至我中心后，我们又着重处理了包括：343个GNSS点数据、约780多公里的一二三等水准网数据、约210个不同等级重力点数据、6个峰顶交会点数据以及重力似大地水准面确定、峰顶冰雪探测雷达测量数据处理等等。”郭春喜说。 郭春喜介绍道，首先，利用GNSS测量、三角测量、三角高程测量获得珠峰地区基准网、区域框架网、局部控制网及峰顶联测网的平面位置与大地高。 然后，利用精密水准测量与测距高程导线获取各级GNSS控制网点正常高。再利用珠峰地区高分辨率的数字高程模型数据、历年来加密重力测量数据、本次新测的航空重力数据、国内外超高阶重力场模型数据，利用现代似大地水准面确定理论与移去-恢复技术，获得珠峰地区高精度重力似大地水准面。通过GNSS水准融合，获得珠峰地区高精度似大地水准面成果及峰顶高程异常。 最后，峰顶大地高减去峰顶高程异常获得峰顶正常高。通过推算得到峰顶到峰底的平均重力与平均正常重力，然后通过严密正常高与正高转换，获得珠峰顶的雪面正高（海拔高），利用冰雪厚度雷达测量获取峰顶的雪面厚度，把峰顶雪面正高转换为岩石面正高。 针对此次珠峰“新身高”计算，该中心成立了专项任务实施领导小组，抽调骨干组成高程控制网计算组、多源GNSS融合计算组、峰顶交会测量计算组、珠峰局部重力场和似大地水准面精化组、珠峰高程综合确定组、项目协调组、后勤保障与宣传组等7个专项任务实施小组。 “我们通过开展‘2020珠峰高程数据处理百日大会战’主题劳动竞赛、组织青年职工技术交流会等形式，激发项目参与人员干事创业的热情。”郭春喜说，全体项目参与人员都主动放弃节假日休息时间，加班加点，“仅用10个月就完成了整个数据处理工作。” 珠峰高程测量的核心是精确测定珠峰高度，这同时也是一项代表国家测绘科技发展水平的综合性测绘工程。 新中国成立以来，我国珠峰高程测量经历了从传统大地测量技术到综合现代大地测量技术的转变。每次珠峰测量，都体现了我国测绘技术的不断进步，彰显了我国测绘技术的最高水平。 郭春喜介绍道，同2005年相比，珠峰高程测量的科学性、可靠性、创新性明显提高，主要体现在以下7个方面： 一是将我国自主研制、拥有完全自主知识产权的北斗卫星导航系统首次应用于珠峰峰顶大地高的计算，获取了更长观测时间、更多卫星观测数量的观测数据。北斗与GPS数据融合，获取了峰顶雪面精度±0.9cm大地高成果，与2005年成果相比，精度提高了2.1cm，北斗与GPS数据融合有效提升峰顶大地高精度和可靠性。北斗同GPS大地高成果一致性较好，精度均为±2.0cm，验证了北斗系统在珠峰地区能够获得同GPS精度相当的大地高结果。 二是国产仪器担纲2020珠峰高程测量。国产、进口GNSS接收机在峰顶的共同使用，获取了同等精度峰顶大地高成果，融合结果显著提升了大地高精度；国产长测程全站仪的使用，使得三角高程测量的大地高与GNSS成果的差异由2005年的29cm缩小至2.6cm，大幅度提高了峰顶三角高程大地高的精度及其与GNSS大地高的一致性；国产重力仪首次登顶实测峰顶重力值，同时融入国产航空重力仪测量数据，大幅度提升珠峰地区重力似大地水准面模型精度，建立了精度为±4.8cm的珠峰地区重力似大地水准面模型，同仅用地面重力数据建立的精度为±7.8cm的模型相比，航空重力数据的加入使精度提高3.0cm。 三是获得了珠峰地区高精度似大地水准面精化模型。数据资料更加丰富，基础数据分辨率、质量、时效性都有较大程度提升，利用超高阶次的地球重力场模型，采用科学先进的似大地水准面精化理论技术，试算模型更具多样化，根据不同数据特点，排列组合出上千种重力水准面模型，进行试算并结合实测值优中选优，大幅度提升了珠峰地区似大地水准面模型精度。 四是2020珠峰高程测量数据处理工作进行了多个层面的成果比对工作，保证最终发布成果的可靠性，包括国内外不同GNSS数据处理软件的成果比对；不同观测技术的成果比对；2020年计算成果与2005年计算成果的比对；数据中心计算成果与中国测绘科学研究院检核成果的比对；我国计算成果与尼泊尔计算成果的比对。 五是中尼首次联合构建了珠峰地区全球高程基准，峰顶大地水准面差距仅相差7.2cm，成果符合性好，为两国联合发布基于全球高程基准的珠峰新高度奠定了坚实的基础。 六是采用大量自主研发的数据处理软件，基于陕西局地理空间大数据中心资源与云计算技术，研发出适应不同环境、具有不同区域特点的数据处理软件。自主研发了精密水准网平差软件、三角高程网平差软件、重力场精细结构确定与大地水准面精化软件、基于多源GNSS结果的融合软件、加密重力点快速评定与质检软件等。 ，利用通信专网和北斗数据信息化管理平台，在登顶测量前对大本营、二本营以及前进营的北斗/GNSS观测数据进行多次在线采集、数据预分析实验，实现了高寒、高海拔环境下北斗二号和北斗三号卫星信号的同时接收、实时解析和质量预评估，验证分析了高寒、高海拔环境下的北斗观测质量。 中科院院士、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员孙和平撰文分析，此次珠峰顶的定点重力测量和北坡1.25万平方公里的航空重力测量，将显著提升珠峰地区大地水准面的精度，为高精度的珠峰高程测量提供历史最好的海拔高程起算基准。因此，这次珠峰高程测量的精度将达“史上最高”。 此次对珠峰地区进行科学考察获得的数据成果，为珠峰高程的精确测定提供重要的数据支撑，为珠峰地区的生态环境保护、地质调查、地壳运动监测、地形测绘、基础建设等方面提供重要数据和技术支撑，也为做好全国现代测绘基准体系维护与更新奠定坚实的基础，为服务自然资源管理提供基础测绘保障。 免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！

近日，我国在量子计算领域取得了里程碑式的突破。中国科学技术大学宣称该校学者潘建伟带领的团队成功构建了76个光子的量子计算原型机“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解。这一成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位。 “九章”的诞生引发了多方关注与热议，其先进程度远超大家想象。据悉，该计算机一分钟完成的任务，超级计算机需要约一亿年才能完成。而与谷歌去年发布的量子计算原型机“悬铃木”相比，“九章”的计算速度快了一百亿倍。“九章”的出现使我国成功获得了“量子霸权”。 “九章”为何这么快？ “九章”的计算之快源于其计算形式。量子计算机与我们平时接触到的普通计算机的计算形式不同。普通计算机通过电路的开与关来进行计算，单位信息比特只有1和0两种形式，一些更复杂的运算操作则是通过多位信息的逻辑运算实现的。 而量子计算机使用粒子的状态作为计算形式，由于粒子能够同时处于多种状态，因此量子计算机的单个比特可以承载更多的信息。在“九章”中使用的量子载体为光子，光子除了亮和灭两种形态以外，还存在不同的偏振态，因此，一个光子能够表达的不仅是0和1两种状态，含包括两者组合叠加的多样结果。粒子的使用使得量子计算机的运算速度能够突破电路性能的限制，得到了极大程度的提升。 利用量子天然具备的叠加性，量子计算机得以施展并行计算的能力。随着比特数的增加，信息的存储量和运行速度将以指数形式增长，这是普通计算机难以企及的。 不过，需要明确的是，“九章”目前还不算是真正的“量子计算机”，而是“量子计算原型机”。此前潘建伟院士曾表示，通用量子计算机的问世可能还需要15-30年的时间。目前“九章”还不能进行通用运算，只能作为计算“高斯玻色采样”的实验设备，辅助传统计算机进行运算。 据悉，“九章”初步将被应用于量子化学以及图论中组合数学的研究中去，后续可能被用于机器学习的研究。“九章”的实际应用还需要更多更有效的探索。 “九章”的构建之路 目前，研制量子计算机已成为世界科技前沿的最大挑战之一。潘建伟团队一直在光量子信息处理方面处于国际领先水平。早在2017年，该团队就聚焦于量子点光源，构建出了世界首台超越早期经典计算机的光量子计算原型机。 在2019年，该团队又更进一步，在光子数和计算复杂度等关键指标上实验大幅度提升，逼近“量子计算优越性”。而这次，潘建伟团队通过自主研制同时具备高效率、高全同性、极高亮度和大规模扩展能力的量子光源，最终突破了光子效能的瓶颈，成功构建了“九章”。 在“九章”的构建之路上，该团队经历的困难远超想象，该设备对锁相精度的要求高达十的负九次方。团队中的陆朝阳曾这样描述他们遇到的难题，“我们需要50路光子同时通过20多米的光层，每一路都要保持25纳米的精度，这相当于你让50匹马一起跑过100公里，必须同时到达，每匹马的误差，不能超过一根头发丝。”这样的形容充分说明了“九章”成果的来之不易。 值得一提的是，此次“九章”的研发团队中有四位90后成员，期中年龄最小的一位成员1997年出生，这也让我们切实地看到了“后浪”的力量。在这些年轻的新力量的推动下，建设世界科技强国，未来可期。 “九章”的成功研发也意味着我国实现了“量子霸权”。所谓量子霸权，也称量子计算优越性，是指量子计算装置在特定测试案例上表现出超越所有经典计算机的计算能力。实现量子霸权是量子计算发展的重要里程碑，这确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位。 量子计算机强大的并行运算能力，可以推动密码破译、材料设计、药物分析等具有重大使用价值难题的解决，加速科技进步。量子计算机的未来是人类科技前进的一个方向，而“九章”的出现给予了中国引领世界发展的希望。 上一个声称实现量子霸权的是来自美国的谷歌公司，他们于2019年研发了使用53个量子比特的量子计算机“悬铃木”。但与“悬铃木”相比，“九章”有很大的超越。 首先，通过与最快的超级计算机的等效比较，“九章”的计算速度要比“悬铃木”快一百亿倍。除此之外，“九章”有着更强的环境适应性。“悬铃木”对于运行环境有着很高的要求，需要在零下273.12摄氏度下运行，但“九章”只有探测部分需要低温环境，其他部分在室温环境下也可以运行。这意味着“九章”的使用更加便利，使用范围也更广。 还有重要的一点是，“九章”弥补了“悬铃木”的技术漏洞。“悬铃木”的运算速度与样本数量有着紧密的练习，“悬铃木”的运算速度只有在小样本的情况下才优于超级计算机。而“九章”的运算能力不依赖于样本数量，不管样本多大，都能保持了优越的运算速度。这也是为何“九章”的出现能在世界范围内引起如此大的轰动，许多外国科学家都对“九章”表示了肯定，并对发明团队表达了敬意。 不过潘建伟也表示，“量子霸权就是碾压一切”的观点是错误的。他认为，“量子优越性实验并不是一个一蹴而就的工作。而是更快的经典算法和不断提升的量子计算硬件之间的竞争,但最终量子并行性会产生经典计算机无法企及的算力。” 免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！