近日，中國科學(xué)院褚君浩院士在第十屆中國半導(dǎo)體設(shè)備年會上發(fā)表了主題為《智能時代背景下儀器設(shè)備技術(shù)》的演講。

褚君浩院士說道，智能時代背景下儀器設(shè)備技術(shù)主要有以下幾個方面的問題，智能時代背景下的科學(xué)儀器的科技創(chuàng)新、促進儀器設(shè)備核心技術(shù)的發(fā)展。從第一次工業(yè)革命機械化時代，第二次工業(yè)革命電氣化時代，第三次工業(yè)革命信息化時代，到現(xiàn)在處在信息化時代的后期高端發(fā)展時期，思想理念技術(shù)都會有巨大變化。

智能時代的核心是智能化的系統(tǒng)，包括三個方面。第一是動態(tài)感知，靠傳感器；第二是智慧識別，靠大數(shù)據(jù)靠物理模型；第三個是自動反應(yīng)，靠控制技術(shù)。

智能時代的技術(shù)趨勢

智能化時代的技術(shù)趨勢是智能化，包括智能化分布式新能源系統(tǒng)，能源互聯(lián)網(wǎng)；智能化復(fù)雜體系、人工智能、智慧城市；智能化的制造技術(shù)、先進材料、極端制造；智能化的診斷、修復(fù)技術(shù)、智慧醫(yī)療；傳統(tǒng)工業(yè)的智能化升級。智能化的核心是芯片技術(shù)，產(chǎn)業(yè)形態(tài)是儀器設(shè)備化。

儀器設(shè)備

智能時代背景下儀器設(shè)備至關(guān)重要。半導(dǎo)體的芯片、核心元部件都要依賴于儀器設(shè)備制作，所以儀器設(shè)備的水平?jīng)Q定了半導(dǎo)體芯片和核心元部件的水平。同時，做出來的半導(dǎo)體的芯片和核心部件，又用于儀器設(shè)備里，反向決定了儀器設(shè)備的水平。因此儀器設(shè)備是核心。

現(xiàn)在國產(chǎn)在很多設(shè)備領(lǐng)域有著喜人的進展。不少本土企業(yè)產(chǎn)品已經(jīng)能夠用于28nm產(chǎn)線，部分產(chǎn)品如中微公司的CCP刻蝕機甚至已經(jīng)進入了臺積電最先進的5nm邏輯芯片產(chǎn)線。其他領(lǐng)域也取得了可觀的成績，如下圖所示。2016年國產(chǎn)化率普遍較低，但是2020年又了明顯的提升。

所有的儀器設(shè)備的制造原理都包含了運動形態(tài)的轉(zhuǎn)化。光學(xué)助力光學(xué)儀器，還有聲、熱、電、磁等等，把所有這些部件組合到一個系統(tǒng)里，就會使得這個系統(tǒng)具有強大的功能?，F(xiàn)在國內(nèi)光譜分析儀已經(jīng)占領(lǐng)很大的市場，這些儀器里面的核心就是芯片。

這些芯片和基本的元部件就要依賴于集成電路芯片企業(yè)來做，也就是跟設(shè)備密切相關(guān)。

智慧城市

如今人工智能可以實現(xiàn)自動分揀、無人駕駛，各種智能機器人發(fā)展非常快，智慧地球的建設(shè)得益于這些技術(shù)的發(fā)展。

具體來說，傳感器、感知互聯(lián)分析反應(yīng)等所有智慧城市的建設(shè)，也要通過儀器設(shè)備來實現(xiàn)。智慧地球有三大信息化技術(shù)基礎(chǔ)，即互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算；還有四個層面，全面透徹的實時感知：傳感器；寬帶泛在的互通互聯(lián)：數(shù)據(jù)傳輸；智慧融合的判斷分析：處理模型；及時快捷的行動反應(yīng)：動作執(zhí)行。智慧地球的五大應(yīng)用是城市綜合管理、交通物流貿(mào)易、能源環(huán)境安全、醫(yī)療文化教育、城市社區(qū)安居。

科技創(chuàng)新促進儀器設(shè)備核心技術(shù)發(fā)展

儀器設(shè)備里有很多核心技術(shù)，包括材料技術(shù)、自動返回自動控制技術(shù)、信息傳感技術(shù)、智慧分析，掌握了這些核心技術(shù)，儀器設(shè)備的水平才能提高。這些技術(shù)中最重要的兩個其中一個是實時感知，也就是傳感器。另一個是智慧分析。從模型分析到數(shù)據(jù)分析，各類傳感器在儀器里面起到了決定性的作用。國產(chǎn)設(shè)備和國外的差距很大方面也取決于儀器設(shè)備里的傳感器水平。

日常生活當中傳感器無所不在，汽車里面的傳感器壓力、溫度、位置等等，這些傳感器的水平都決定了汽車的功能?，F(xiàn)在還在發(fā)展高性能傳感器，它比人的感官功能更強大，千里眼、順風(fēng)耳、慧眼金睛。

這都說明傳感器的發(fā)展趨勢是：高精度、高靈敏、高速響應(yīng)高穩(wěn)定性、高可靠性微型化、柔性化、多功能集成化數(shù)字化、智能化、無線通信化增強環(huán)境適應(yīng)能力、綠色、環(huán)保、節(jié)能。

所有這些傳感器的發(fā)展首先跟它本身的芯片技術(shù)相關(guān)，另外是這些傳感器的發(fā)展水平高低也決定了要研制的設(shè)備的水平高低。有了傳感器，得到的數(shù)據(jù)就會增加，有了數(shù)據(jù)以后，傳感器可以再次分析，從而助力下一步的應(yīng)用。