就好似電、自來水，又或者我哋跳動嘅心臟呢啲人類賴以生存嘅基本要素一樣，電腦晶片早就已經變成咗一種「日用而不知」嘅存在——佢靜雞雜咁融入咗我哋日常生活嘅每一個角落，搞到我哋好少會特登去留意佢。

碌手機螢幕睇資訊？背後有晶片喺度驅動。癱喺梳化睇心愛嘅劇集？唔可以冇晶片嘅支持。揸住軚盤駕車出街？晶片喺度默默咁保障運作。甚至用食物處理機整薯片嗰陣，都有晶片喺度调控部機嘅運轉。然而，對於呢個支撐住咁多現代設備嘅核心組件，絕大多數人都知得一啲皮毛，亦都因此而錯過咗佢所構築起、充滿科技魅力嘅廣闊世界。

今日，我哋就撥開日常嘅「習以為常」，帶住好奇心，一齊深入去了解晶片究竟係啲乜，睇下佢係點樣用咁細嘅身軀，撐起現代科技嘅龐大版圖。

乜嘢係晶片？

電腦晶片係一塊薄如晶圓嘅半導體材料薄片，通常由矽製成，內嵌電子電路。你可以將佢睇成電子設備入面嘅「決策者」。

所有晶片，無論係用於智能手機、手提電腦，定係用嚟訓練人工智能嘅晶片，外觀都大同小異，而且都係用先進技術製造而成。但佢哋嘅設計目的就各不相同，各有各嘅用途。

例如，智能手機晶片功能多樣，可以管理傳訊息同瀏覽網頁等多種功能，同時又要盡量延長電池壽命。

喺過去幾十年，晶片變得越嚟越精密同強大。隨住工程師努力喺呢啲微型元件度榨取越嚟越強嘅處理能力，晶片亦都變得越嚟越複雜。

呢種處理能力，好大程度上依賴晶片以接近光速嘅超高速傳輸數據嘅能力。如果數據由A點去B點要多行咗哪怕係一啲啲嘅額外距離，都會對整體性能造成負面影響。

呢個意味住晶片架構師需要認真諗，點樣「優化」晶片嘅藍圖或者平面圖，將頻繁交換信息嘅組件之間嘅空間減到最細。

就晶片嚟講，額外嘅接地長度可能得個原子咁長，比人類頭髮嘅闊度短幾千倍，搞到我哋嘅架構師幾乎冇任何犯錯空間。哪怕係最細微嘅瑕疵，都可能令個項目延誤幾個月甚至一年。考慮到價值幾百萬甚至幾十億美元嘅設備同材料，唔難睇出，晶片嘅設計同製造，絕對唔係經驗不足或者膽小鬼可以應付嘅。

如果晶片係一座城

為咗更好地理解晶片嘅工作原理，我哋可以將佢想像成一座城市：硬件係建築環境，數據流係貨物同人流嘅流動，電力就透過地下網絡輸送到有需要嘅地方。

所以，晶片設計師嘅思維方式就好似城市規劃師，只係規模細到近乎無限。佢哋可能會考慮點樣以最佳方式連接交通繁忙同人流較少嘅區域，點樣確保交通系統盡可能高效運作，點樣為不同需求嘅區域提供合理嘅公共設施平衡，又或者點樣將能源消耗降到最低。通常情況下，佢哋考慮嘅係以上所有方面，甚至更多。

如果將晶片比作一座城市，佢會包含唔同嘅區域，每個區域都服務於特定嘅功能。

晶片嘅核心係佢繁忙嘅「市中心」——脈動陣列。呢度係活動最頻繁嘅地方，密集嘅計算日以繼夜咁運行。

脈動陣列本質上係一個由幾千個專用計算單元組成嘅網格，呢啲單元好似城市街區一樣排列，每個單元都可以同時執行計算。呢啲單元以有節奏嘅脈動模式將數據傳遞俾相鄰嘅單元——類似心臟泵血嘅方式——因此呢個陣列得名「脈動陣列」。

脈動陣列不斷咁進行MAC運算，即係「浮點乘法同累加計算」。呢種係基本算術計算，一步執行兩個運算：乘法同累加。

就好似市中心嘅摩天大樓盡用垂直空間嚟容納幾千個工人一樣，脈動陣列密集咁封裝計算單元，以便同時處理幾十億個人人工智能操作。

呢個區域永不停歇。佢不斷咁計算、處理，然後將結果傳俾鄰近嘅單元。喺高峰時段，數據流動就好似繁忙時間嘅行人，只不過速度超乎尋常，協調性亦都堪稱完美。

為成個市中心供電嘅，係幾十億個晶體管，佢哋排列喺一個細過郵票嘅區域。呢啲微型開關嘅作用就好似交通燈，只不過佢哋每秒可以轉變幾十億次。佢哋透過導通或阻斷電流嚟控制電流，並用數碼語言表示為「1」或「0」。

當幾十億個晶體管以呢種方式協同工作時，佢哋就可以執行計算，令到從沉浸式視頻遊戲到語音助理嘅一切成為可能。

冇高效嘅交通系統，任何城市都冇辦法高效運轉，我哋嘅「社區」都唔例外。數據透過被稱為「數據總線」嘅專用路徑同網絡，喺晶片內部同晶片之間傳輸。

就好似道路、高速公路同公共交通系統一樣，佢哋傳輸信息嘅方式，同城市交通網絡將人送入同送出市中心嘅方式一樣。

連接脈動陣列同記憶體嘅高流量區域，需要好似「高速公路」咁闊嘅數據總線，以便快速傳輸大量信息。與此同時，連接監控系統嘅低流量數據總線，可能就更似較窄嘅「小巷」。

正如城市規劃人員設計交通系統以避免交通擠塞一樣，工程師都會優化數據路徑，確保處理順暢。當出現信息樽頸時，性能就會受影響——就好似繁忙時間嘅擠塞會減慢通勤速度一樣。

雖然計算喺市中心進行，但數據就儲存喺晶片嘅儲存單元入面，或者就我哋嘅目的嚟講係「外圍區域」：高效嘅儲存空間，可以容納人工智能處理所需嘅海量數據集。

佢哋對於確保市中心嘅脈動陣列得到所需嘅信息至關重要。而且佢需要好快攞到呢啲信息。

儲存單元被排列喺策略性位置。經常存取嘅數據會被擺喺靠近脈動陣列嘅地方，而較大嘅數據集就可能喺較遠嘅位置。

記憶區同市中心嘅距離決定咗數據檢索同處理嘅速度，就好似你嘅通勤時間取決於你住嘅地方同工作地點嘅距離一樣。

走入地下：中介層

兩個計算核心晶片（市中心脈動陣列）同四個高頻寬記憶體堆疊（外圍區域）都喺一個稱為「中介層」嘅頂部，而中介層就喺晶片嘅底部。中介層喺計算核心同記憶體晶片之間建立重要嘅連接（微觀電通路），令數據可以喺晶片之間無縫流動，並管理電力傳輸。

就好似城市地下嘅基礎設施——電線、水管同光纖都鋪設喺入面——一樣，中介層創造咗一個睇唔見但至關重要嘅運輸同電力輸送系統，將資源精准咁輸送到有需要嘅地方。正如市中心通常比住宅區需要更多電力一樣，晶片設計人員會將更多電力輸送到計算密集型區域，同時喺需求較低嘅區域慳電。

就係呢個網絡，令到唔同晶片上嘅幾十億個晶體管可以好似喺一塊矽片上構建咁一樣進行通訊，極大地擴展咗晶片設計嘅物理可能性。

我哋嘅旅程喺單一晶片嘅城市邊界處結束，但係值得花啲時間再縮細嚟諗一諗，當呢啲晶片連接起嚟形成更大嘅系統時會係點嘅樣——就好似城市點樣相互連接，形成更大嘅都會區一樣。