2015年12月22日晚7点，王启明院士做客科学前沿进展名家系列讲座为大家带来科技之光——信息化社会的硅器时代。讲座在玉泉路校区礼堂举行。
按照时间顺序，从石器时代、铜器时代、铁器时代这些耳熟能详的史实入手，王启明介绍了这些时代的名字与该时代最重要的生产工具原料的关系。据此考察当下，我们现在处于信息社会的硅器时代。那么硅器时代之后会是什么时代呢？王启明认为，硅不可替代，但可能有其他元素的扩充，如碳。碳在有的方面性能比硅要好。也许十年后讲台上讲的就是“硅碳时代”了。
回到当下，王启明谈到信息化无处不在：政府管理、生产劳动、金融资源、国防军事、 民生服务、安全监管等无不涉及。可以说，而今，是信息化的社会，是网络化的社会。而未来的战争则将是三维信息化网络战争，战场将是一体化战场。
王启明给出了一个形象的概述：在这样的背景下，如果将工业比作社会的躯体，那么信息则是工业的灵魂。没有躯体的灵魂，是幽灵：没有灵魂的躯体，则是蒙昧的动物。他接着打比方：信息化社会的大脑是处理信息与择优决策的超快巨型计算机；神经网络对应着海容量信息传输全球光网络；安全抗扰量子密钥是一大关键；光热电磁力味及生物等各类传感器好比耳目五官；取之不尽用之不竭的硅太阳能电池提供“心搏动力”。这样看来，硅元素及其化合物即是信息社会的细胞基质——是它们组成了前述总总。
在此概述的统领下，王启明详细介绍了“大脑”“神经系统”“耳目五官”“心搏动力”四方面的发展现状与展望。
“大脑”——超快信息处理器的工作速度有两个要点：一是逻辑门的开关速度，二则存储器的运转速度。器件尺寸减小越过阈值 22 纳米，速度功耗比反而减小，由此导致了单核处理器的瓶颈效应。熟知的奔腾四大约是单核处理器的极限。IBM的一个创意是用光代替电流。其主要优势有二：其一，避开电流导致的阈值。其二，克服了电流的RC延时效应。考虑到逻辑门处电流的限制，光无法完全取代电流。但实现片内与内核间光互联仍有很高的价值。王启明提到，我国目前的“天河二”只能做到机架与机架光互联，芯片间乃至内核间的的光互联还有待发展。以上是一条思路。另一个自然的想法就是并行处理——多核化、众核化。但多核也有着耗能高，核数与效率不成线性关系的问题。总的来说，符合实用需求地提高信息处理器的运转速度是当今的一大课题。无论是美国还是我国，都把它作为一大发展要点.“集成电路是靠美元养大的”这一说法幽默地反映了这一点。王启明感慨道，钱是值得花的。
说起“神经系统的发育”，王启明介绍到全球已完成光纤骨干光网络的建设，累计总长 20 亿纤芯公里。中国则形成了“八纵八横”骨干网络。目前，信息网络的必需硅基光电子主要器件有：信息载入光调制器，低损耗传输光纤、中继光放大器、宽带响应光电接收器、分波复用器、合波复用器等。此外他具体介绍了未来骨干网的环形腔信道光交换器。
“耳目五官”的探测、感知、显示功能在社会不同领域发挥着至关重要的作用。国防上，火控雷达的跟踪锁定能力对屡屡侵犯我国海境的日方起到一定的震慑作用。Si-CCD是数码相机的关键部件。Si微纳光机电 NMES 器件在医学上用来探测肿瘤细胞生物标志物，并有着高精度、小体积、便于集成的优点。 SiO2光纤光栅传感器则有着多种功能。
在全球化石能源枯竭的大环境下，硅光伏新能源面临着良好的契机。硅的吸收带与太阳的辐射谱良好匹配，仅次于砷化镓。这在理论上提供有力的支撑。实际来看，我国有着强大的光伏产业。考量全球太阳电池年产量，2010 后中国所占份额过半，此后稳步增长。因而硅光伏有着可观的前景。
讲座几近尾声，王启明院士展示1927年索尔维会议上那张经典名照，寄托对大家的希望。他反复强调，未解的问题留给了年轻人，未来是年轻人的。并把习近平在两院院士大会上的话送给大家：“敢于担当，勇于超越，找准方向，扭住不放，在攻坚克难中追求卓越。”
提问环节，在座的同学精彩的问题中透露出广博的基础知识和敏锐的科研创意。有位同学提议“单核22纳米瓶颈，多核耗能高且非线性，能否引入碳基生物材料或其他什么材料适当替代硅基材料，如果这么做需要解决什么问题？”王启明院士立刻肯定了他的想法：“你的想法很好。我也曾这么想。国内有尝试，尚未成功。”
另一位同学提问道：“相对于同为第四主族的锗，硅的优点在哪？”王启明院士回答道：“锗是贵金属，提纯难，资源量相对少。其实也有锗也有优于硅的特性。硅的耐温性好，噪声低。我国正在尝试锗硅合金。高速开关电路方面，锗的性能比硅好。但用锗做集成电路的难度大，而硅则易于获得氧化膜绝缘层。”
在讲座现场还有许多令人感动的细节。王启明院士年事虽高，仍然站着回答同学们的问题，还有一位在现场的老师为听觉渐弱的王院士做转述。看到这样一幕，不禁令人感叹科学事业薪火相传，正是在一代代巨人的肩上，今天的年轻人才得以看得更远。（文/戴雯怡 图/张帜）
主讲人简介：
王启明（1934-），福建泉州人，光电子学家，中国信息光电子学研究的主要奠基人和开拓者之一，1991年当选为中国科学院学部委员（院士）。1956年毕业于复旦大学物理系。1985-1994年任中国科学院半导体研究所所长。曾任863计划信息领域专家委员会委员、集成光电子学国家重点实验室和国家光电子工艺研究中心学术委员会主任等。50年代参与中国半导体锗和硅材料的生长和提纯研究，奠定了中国半导体高纯单晶材料制备的基础。60年代参与主持我国半导体材料测试中心的建设，创新发展了交流磁场下的霍尔效应和光磁电（PME）效应测试方法，排除了硅材料中光伏效应的干扰；提出并建立了一种测试硅中少子寿命的高频相移法。70和80年代主要开展光电子器件研究，主持完成了硅雪崩光电探测器，砷化镓双异质结半导体激光器研究，创半导体激光器室温连续工作10万小时国内记录；发现了双异质结半导体激光器的反常自脉动光输出以及异质结的负阻记忆效应；创新发展一种含双有源区共谐振腔结构的具有逻辑功能的光双稳态激光器；指导开展半导体量子光电子器件和光电子集成研究。90年代开始提出并指导硅基光电子学研究。为我国硅基光电子学研究和发展作出了重要贡献。王启明院士曾连续3次被授予国家级有突出贡献中青年专家称号，多次获得国家科技进步奖，1999年获何梁何利科技进步奖，2001年获国家光通信与集成光学杰出贡献奖。
延伸阅读：
“科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月，是中国科学院大学为本科生开设的必修课程，同时欢迎研究生和教职工参加，由中国科学院大学本科部主办，讲座召集人为高鸿钧院士。该课程按照数学、物理、化学、生物、材料、计算机六个专业，邀请相关科学领域的院士等知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展，让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向和主要进展，拓宽学生的学术视野，为他们最终选择学科专业和专业方向提供更丰富的判断依据。
