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資訊頻道集成電路是當前“卡脖子”的關鍵核心技術之一。突破圍堵和封鎖，不僅需要扎實地跟蹤國際上的先進研
還需要放開思路、敢于領先。新型集成電路的設計，是我們彎道超車的可能途徑之一。
2018年1月，美國電氣和電子工程師協會（IEEE）刊文《4種新奇的新計算途徑》，將冷量子神經元、用導線做計算、納米小滴和硅電路板這4種探索列為未來計算機的可能突破性技術。這里重點介紹“用導線做計算”。
“用導線做計算”最早在2017年由美國密蘇里大學堪薩斯分校Naveen Kumar Macha和他的研究小組報道，當時被稱為“串音計算”。其基本原理是，隨著集成電路集成度的提高，導線之間的空間距離越來越小。如此一來，一根導線上的信號越來越容易通過自身固有的電磁場作用，引起周圍其他導線的信號變化。即，信號可以穿過絕緣體到達別的導線，引起“串音”現象。
當前主流的集成電路設計思路，是通過調整導線間的距離、形狀等，盡力消除“串音”現象的不利影響。“串音”則反其道而行之，Macha研究小組認為，可以直接利用這種“串音”現象進行信號傳輸，從而變廢為寶。這種設計思路的改變，可以大大提高集成電路的集成度。
該小組宣稱，他們已經研制出多種數字邏輯門電路、數模轉換、容錯電路等集成芯片，并已實現相同的計算功能。與主流CMOS集成電路相比，他們的“串音”芯片需要明顯少的晶體管，以及少得多的芯片面積。目前，該小組已經開始研制“串音”的超大規模集成電路。
筆者認為，與另外3種新奇的計算途徑相比，“串音計算”的理論基礎是麥克斯韋經典電磁理論，其研制對新材料、新技術的依賴較少，是最可能實現應用的新途徑。
從理論角度看，宏觀電磁相互作用的最基本形式是電磁場。電荷在導體或半導體內部的移動和導線帶電后外部固有的電磁場，是電磁信號傳播中同時存在的兩種基本方式。當導體間的空間距離較大、信號頻率較低時，導體、半導體內的電荷移動是信號傳輸的主要方式；而當空間距離很小、信號頻率很高時，導體外部的電磁場傳輸信號成為主要的方式。此時，通常意義上的絕緣體不再有效阻礙電磁信號的傳播，即絕緣體不再絕緣。信號既在導體、半導體內部傳輸，又在導體、半導體外部穿過絕緣體傳播。
后一種情況，包括大家熟悉的無線電廣播或電視。我們使用收音機、電視機，在不直接接觸發射臺的情況下，可以在離發射臺數十公里以外的地方聽廣播、看電視。當這種情況出現在集成電路內部時，就是“串音計算”。
“串音計算”的實質，是一種“半電路、半電磁場”的計算。從研制的可行性看，這類集成電路研制沒有原理性障礙，主要是導線內部和外部的信號計算、導線和晶體管的空間結構設計與加工等技術性困難。
實際上，我國學者在1995年就預見了“串音計算”。更準確地說，是“半電路、半電磁場”的計算。筆者在1995年《關于“互容”概念的意義》一文中提出：“在實踐上，由于‘互容’可看成是寄生在寄體上‘部分電容’的特定表現，因此，‘互容’概念的建立，意味著有可能將通常不受歡迎的寄生的‘部分電容’用作信號傳輸的‘元件’。這在特殊電路中應有所考慮。由于互容參數較小，因而可考慮用來實現高集成度的快速的‘神經網絡’這類多互聯的電路集成（即直接利用寄生的互容參數來實現電路的互聯）。”
正是由于我們比美國學者提前20多年預見了串音計算（“半電路、半電磁場”計算），特此撰文呼吁我國進行該類集成電路的研制前景分析，力爭實現可能的彎道超車。
摘自《中國科學報》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號