#頭條青雲“叫好又叫座”作品征集#
在過去的一個月裏，我為你梳理出了三項值得關註的硬科技進展：
1.MIT媒體實驗室嘗試調控人的夢境
第一項進展讓我聽到之後很興奮，因為它有可能實現一個我小時候的“白日夢”——那就是讓自己能一邊睡覺一邊學習。以前每當我復習考試的時間不夠的時候，經常會想如果我能控制自己做的夢，睡著之後在夢裏把知識點再過一遍，那簡直太幸福了。
顯然，世界上不止我一個人在做這種“白日夢”。4月27號，國外科技媒體《數字趨勢》報道說，大名鼎鼎的美國麻省理工學院媒體實驗室，在控制人類夢境的領域有了新進展。
這個麻省理工學院的媒體實驗室，我們知道，經常是很多腦洞大開的科技創意的發源地，每年都會開發上百個天馬行空的項目。比如，像織毛衣一樣織出來的軟體鍵盤，或者根據孩子的偏好憑空創作童話的講故事APP等等。
這一次開腦洞的，就是媒體實驗室裏一個叫做“夢境實驗室”的研究團隊。他們花了3年的時間，嘗試通過聲音和氣味等等方式，來影響人做什麼夢，並且把一些特定的形象植入到人的夢裏。這聽起來簡直就像是電影《盜夢空間》一樣！那研究人員具體是怎麼做到的呢？
這個方法說白了很簡單，就是“說悄悄話”。具體來說呢，就是在測試者即將入睡、半睡半醒的狀態下，用微弱的音量播放一些簡單的語音信息，比如：“兔子” “茶杯”，然後讓被測試者進入一種淺層次睡眠。這種睡眠有點類似於我們平時的午睡。處在這種淺層次睡眠下的人，非常容易做夢。研究人員就用這種方法測試了6名誌願者。根據誌願者的回憶，在他們所做的夢裏，全都出現了研究人員播放的“悄悄話”裏面的東西。
聽到這裏你可能會想，說悄悄話也太容易了，那我也能控制夢境了吧？其實事情並沒有這麼簡單。你想啊，用語音來操控夢境這個思路，肯定不是麻省理工的研究人員第一個想到的。可能早在周公解夢的年代，人們就嘗試過了。那為什麼這麼多年來，一直都沒形成能夠精確地影響夢境的方法呢？
麻省理工的研究人員認為，很可能是因為過去“說悄悄話”的時機不對。
我們知道，人從清醒到進入睡眠的過程，並不是有一個涇渭分明的時刻突然就睡著的。而是要經歷一個半睡半醒的過渡狀態。在清醒的時候，人的意識是比較強烈的。這個時候的任何語音信息，都會被人主動地進行聯想、分析、判斷甚至排斥。即使用再小的聲音說悄悄話，也不容易精確地植入某個特定的形象到人的夢裏。而相反，如果等人徹底睡著了，再怎麼播放語音人也聽不見，對夢境似乎也沒什麼影響。因此研究人員認為，只有在半睡半醒的過渡狀態下，人的意識比較放松，不會對輸入的信息進行多少加工處理，才有可能通過“說悄悄話”的方法來影響夢中的內容。
這就帶來一個難題，那就是都是閉眼躺著喘氣的人，你怎麼判斷他究竟是清醒、過渡狀態還是徹底睡著了呢？
這就要說到這項研究中另一個創新了，那就是研究人員利用了一種戴在人手上的可穿戴設備，隨時監測被測試者的肌肉張力、心率、皮膚導電率等等數據，並且根據這些數據判斷他所處的狀態。每一次，都在被測試者過渡狀態即將結束，馬上要進入睡眠的時候播放“悄悄話”。研究人員發現，果然在這個時機輸入語音信息，可以高成功率地在夢境中植入特定信息。
說到這裏你可能還會想，說了半天只能在夢裏植入兔子、茶杯這種簡單的形象，有什麼用呢？我天天夢見金條，也沒變得更有錢啊。你還別說，即使是這麼粗糙的夢境植入，研究人員也發現了一個潛在的用處——那就是它有可能提升人的創造力。
研究人員繼續在一項有50個被試者的研究裏，給一部分人的夢裏植入了“大樹”這個形象，另一部分人要麼正常入睡，要麼保持清醒。然後，給這一群人做關於“樹木”的創造力測試題。結果發現，夢境裏被植入了“大樹”的人，往往在測試中表現得更好。比如，他們能聯想到更多跟大樹有關的詞匯，或者更快地用大樹作為主題寫一個故事。
這是不是聽上去挺神奇的？但其實，用做夢提升創造力這種功能，研究人員也是受了歷史上一些著名案例的啟發。據說像愛迪生、特斯拉和達利這樣的科學或藝術大師，都曾經有意識地讓自己進入持續的夢境，來激發自己的奇思妙想。
目前，除了提升創造力這個功能之外，媒體實驗室的研究人員還在嘗試通過調控夢境，來影響甚至增強人的記憶力。只不過用的不是“說悄悄話”的方法，而是用給被試者在半睡半醒的時候聞特定的氣味，同樣也產生了很有趣的實驗結果，這裏限於篇幅就不過多介紹了。
說到這裏你可能感受到了，不論是創造力還是記憶力，今天的技術甚至已經不滿足於服務人們清醒時候的需求，而開始把觸角伸向了占據人生1/3時間的睡眠了！
不過這個項目，同時也引起了一些爭議。一方面，有些人考慮到今天的科學對於人睡眠的過程還沒有充分了解。看似荒誕的夢，有可能承擔了我們不知道的重要功能，擅自修改人的夢可能會帶來一些未知的風險。另一方面，人們也擔心這種技術，如果真的有一天像電影《盜夢空間》裏一樣，夢境管理的技術在未經允許的情況下，被用來影響人的主觀意識，那也可能是一種侵犯。
對於這些批評，我認為不是沒有道理。但我更想說的是，其實，這種利用人半睡半醒的狀態，植入一些特定意象的技術，我們其實並不陌生。比如，心理治療中的催眠療法，或者前一陣子在矽谷流行的正念冥想，我想或多或少都是利用了類似的原理。
通過科技的工具，更可能只是讓這些傳統的心理輔助療法，在未來變得更精確、更高效、更便宜。目前，媒體實驗室這個項目已經在網上有了開源的代碼，如果你有一定技術實力的話，也可以嘗試一下。
2.康奈爾大學研發出可植入生物體的超微型傳感器
我為你推薦的第二項進展，刷新了我們關於電子產品的一項認知，那就是電子產品究竟可以小到什麼程度？在《碟中諜》這類電影裏，你可能看到過各種只有紐扣，甚至米粒大小的裝備。但現實中的科技進展，比電影裏還要有想象力。
4月17號，來自美國康奈爾大學的研究團隊在美國科學院院刊發表了一項突破性的研究，他們使用芯片制造中的光刻技術，批量制造出了一種超小型的無線傳感平臺。有多小呢？——大概只有100微米長，50微米寬，差不多跟一個面粉的顆粒一樣大，幾乎已經到了肉眼不可見的程度。在一個1分錢的硬幣上，可以平鋪30000個這樣的傳感器。
不過你可能會好奇，這麼小的傳感器將來能有什麼用？這背後潛在的用途可大了。
首先，我們今天不是常說萬物互聯的物聯網概念嘛。這個物聯網的底層硬件是需要有大量廉價的傳感節點的。而康奈爾大學這次傳感器的單價，就只是現在類似小型傳感器的百分之一。
除了便宜之外呢，超小型化的傳感器，還能部署在很多以前根本想不到的場景裏。比如，可以在人的血管裏隨著血液流動監測體內細微的健康狀態；或者也可以像科幻電影裏一樣，不被察覺地撒在各種細微的角落監測環境信息。總之，隨著傳感平臺進一步變小，可以說我們人類在采集信息的手段上，又有了很大的想象空間。
不過，各種各樣超小型的芯片、傳感器啥的，也許你以前也聽說過。別說康奈爾大學這種100微米大的傳感器了，現在手機芯片裏一個邏輯開關可以只有7納米大啊。這100微米要說可比7納米大多了，它到底厲害在哪呢？為什麼可以發表到美國頂級的院刊上呢？
要搞明白這個問題，就涉及到一些對於微納米制造領域更深層的認識了。我為你總結了三個方面的原因，來理解這項研究的厲害之處。
第一點，首先要明確我們所討論對象的層次。當我們說某某7nm芯片的時候，這個7nm其實是在說它最底層元器件的大小，就像說人的細胞一樣。而這一次康奈爾大學研發的微型傳感器，更應該被理解成一個完整的系統（或者說是一個平臺），而不是一個單獨的元器件。這就意味著，這個100微米的傳感器的結構麻雀雖小，五臟俱全。
它裏面從用來供電的太陽能電池板，到用來處理信息的集成電路，再到對外通信的無線模塊等等，啥都有，是一臺可以獨立工作的設備。從產品的邏輯結構圖上來講，它可能更像一部手機。
事實上，以往具有類似的傳感功能，能夠獨立工作的，不需要外接導線的微型傳感系統，整個體積基本上都在立方毫米這個量級，也就是差不多一粒小米的大小。而這項研究的成果，直接把小米變成了幾乎看不見的粉塵，體積縮小到了萬分之一，不得不說很了不起。
因此，超小型化，是這項研究的第一點過人之處。那以往為什麼做不了這麼小呢？
這就要說到這項研究的第二點突破了——也就是所謂的“異質集成”技術。所謂“異質集成”，是奇異的“異”，品質的“質”。意思就是把原本不屬於同一類制造工藝，或者說不同材料的器件，集成在一起的技術。
我們還是用手機來打比方，手機外殼一般是塑料的，裏面的電路板是矽材料的，基帶天線是金屬的。這些東西分別是在不同的生產線，用不同的工藝生產出來，然後由工人集成組裝，才成為一部手機的。你要說非得用一套工藝，就把一個完整的手機造出來，那是不太現實的。但是“異質集成”技術，恰恰就是要做這麼一件事兒。
這次在康奈爾大學的傳感系統上，負責通信的LED模塊，負責信息處理的場效應管，還有負責供電的太陽能電池模塊等等，原先的生產過程是不能相互兼容的。所以以往呢，只能單獨制造每個模塊，然後再把它們安裝到一起。這就導致過去再怎麼精細，也只能做出小米這麼大的傳感系統來。這就像最早的計算機，因為使用分立的元器件，所以就像一個房子一樣大。
而這項研究最大的亮點之一，就是把這幾個各自不兼容模塊，用一套相對完整的工藝，給統一到了一塊矽片上，這就能大大縮小系統的尺寸了！這個異質集成的技術細節比較復雜，這裏就不展開了。你只需要了解這種異質集成技術，讓1平方英寸的矽片上，目前能夠制作上萬塊這種傳感系統。
順便提一句，異質集成技術也是目前半導體芯片領域最熱門的研究方向，也是未來消費電子產品進一步提高性能最重要的途徑之一，非常值得你留意。
除了系統的小型化，和異質集成技術上的突破之外，這次的研究還有第三個亮點，那就是這一類產品有著“平臺化”的潛力。
所謂“平臺化”，就是我認為這次研究出來的產品，可能在未來演化出一類新的傳感器範式，也就是一類只有灰塵大小的、低成本、無線傳感的產品家族。以這項研究為基礎，很可能會創造出很多各種功能的微小器件，比如用來做環境監測、健康管理、國防安全等等。
事實上，這次發表的研究中，研究人員就制造了不止一種功能的傳感器。其中一種放在了一個微小的管道裏面用來檢測液體的導電率，而另一種直接植入了小老鼠的大腦裏面，對外傳輸小鼠的體溫信息。
總之，這一類低成本的無線傳感器，確實未來可期。我也相信在這篇論文之後，還會有很多後續的研究沿著類似的思路做出有趣的成果，值得你繼續關註！
3.長江存儲推出128層QLC NAND閃存
我為你推薦的第三項進展非常令人振奮，它是來自我國的芯片領域的一件大事。
4月13號，我國著名的半導體企業長江存儲對外宣布，它的128層閃存芯片已經研發成功。這很可能意味著，存儲芯片會成為我國在主要的芯片門類裏面，率先進入世界第一梯隊的產品。
在介紹這個研發成果之前，我得先給你說說長江存儲這家公司。長江存儲的名字你可能不是很熟悉，但是在中國的科技界，特別是半導體領域可以說是如雷貫耳。它是在2016年，由紫光集團聯合國家集成電路產業基金等多只政府背景的基金，並且整合了大量中國芯片產業資源和人才成立的一家帶有明確國家意誌的芯片企業。
成立之初，它就宣布將會投資超過240億美元，打造世界級的半導體存儲企業。在芯片這樣一個巨頭環伺的全球產業裏，長江存儲可以說很大程度上寄托了中國作為後發者的芯片夢想。
而且我特別要說一句，長江存儲，還是一家位於我國武漢的企業。熟悉半導體制造的人都知道，考慮到設備的安全維護和生產的可靠性，半導體晶圓廠基本上是365天不能停工的。在疫情暴發之後的這段時間裏，我相信長江存儲的工程師們，一定是克服了巨大的困難，繼續產品的研發以及企業的運轉，直到渡過疫情的難關，迎來產品研發成功的喜訊。這一點也格外值得尊敬。
好，現在我們就可以來說說，這次長江存儲研發的新產品，128層閃存芯片是什麼。
我們今天用來存儲數據的產品，主要有三種。第一種是光存儲，可以簡單理解成各種光盤，這個歷史比較悠久，現在普遍使用的也不多了。第二種是磁存儲，這類產品今天依然很常見，大部分人臺式機或者筆記本電腦裏面1T、2T的硬盤，還有企業的大數據中心裏面用的硬盤，都是磁存儲盤。但是，光和磁作為存儲介質的產品，目前看來除了少數特殊場景之外，都在走下坡路，甚至逐漸會被市場所淘汰。
而今天接過人類信息存儲這個接力棒的呢，就是我們要說的第三類存儲產品，也就是通常所說的半導體存儲或者存儲芯片。而閃存芯片就是存儲芯片最主要的一類產品。舉例來說，我們手機裏面所謂256GB或者512GB存儲容量，平常拷貝數據用的U盤，還有一些高端筆記本電腦裏用的固態硬盤，背後使用的都是所謂的閃存芯片。
而且業界普遍認為，不光是手機、筆記本這些場景，未來包括臺式機，甚至大型的數據中心，都會逐漸用閃存芯片的存儲取代現在用的磁硬盤。因為閃存芯片不管是在運行的可靠性，還是存儲的速度上，都有巨大的優勢。
而且由於這些突出的優點，整個存儲芯片市場在2017年之後，已經超過了邏輯芯片（也就是我們通常理解的CPU、GPU），成為世界上市場份額最大的芯片類別。2019年在半導體市場周期下行的基礎上，依然有1064億美元的全球市場，占到全球芯片市場大概1/4。
因此，如果我國能夠在存儲芯片中的閃存領域拿下一塊份額的話，無疑是國產芯片一次巨大的勝利。
但是市場競爭畢竟是很殘酷的。全球的存儲芯片技術經過這麼多年的發展，已經基本處在被幾個大的科技巨頭壟斷狀態，個個都是能征善戰、赫赫有名，比如三星、SK海力士、東芝、美光、英特爾。這些巨頭之間的競爭，本來就已經非常激烈了。想在他們之中衝出中國一枝獨秀，難度之大可想而知。而且在2014年國家半導體產業基金成立之前，我國在芯片領域不管是技術積累還是相關投資，都是比較薄弱的。
站在這個背景看，我們就容易理解長江存儲研發芯片的意義了。前面我們說了，長江存儲這次研發成功的產品，是128層的NAND閃存芯片。
存儲芯片的技術，簡單來講可以用芯片層數的多少來劃分優劣。過去幾年裏大概經歷了32層、64層、96層、128層的四代技術。芯片裏的層數越多，意味著數據存儲的容量和效率越高，市場競爭力越強。而每一代之間，大概有著2年左右的技術差距。
在2016年成立的時候，長江存儲的起點其實並不高，是從32層的存儲芯片著手的，那個時候跟世界一線產品的差距大概有4-5年。
到2019年64層閃存芯片量產之後，這個差距就縮小到大概2年左右。而隨後，長江存儲決定跳過96層，直接研發128層的閃存芯片，直到今年4月13號宣布研發成功。這意味著我國的企業在NAND FLASH存儲領域，已經跟世界一線企業站在同一個水平線上了。要知道像Intel這樣的巨頭企業，它們128層的存儲芯片還在研發過程之中呢。
更令人欣喜的是，這次研發成功的存儲芯片，根據長江存儲的說法，還在三個維度上做到了業界第一，分別是面積最高密度、單顆最高容量達到 1.33Tb，以及業界最快速度（1.6G/s），確實非常了不起。在未來的幾年內，我們很可能就可以用到長江存儲的閃存芯片制作的手機和電腦了，非常令人期待。
存儲行業是芯片領域最值得關註的細分門類之一，這次長江存儲128層閃存芯片的研發成功，確實令人振奮。相信在今後的全球存儲市場裏，會掀起引人註目的波瀾，我也邀請你持續關註。