超過 2200 萬遊客參觀了在日本愛知縣舉行的 2005 年世界博覽會。沒有一個人使用假票入場。這些通行證實際上不可能偽造，因為每張通行證都裝有一個微小的 RFID（射頻識別）晶片——邊長僅 0.4 毫米（mm），厚度 0.06 毫米——透過無線電波向門禁處的掃描器傳送唯一的識別號碼。
現在，日立公司（該晶片的製造商）的目標是更小。去年，該公司宣佈推出一款邊長僅 0.05 毫米、厚度 0.005 毫米的晶片的工作版本。這款原型產品幾乎隱形，面積僅為世博會門票晶片的六十四分之一，但功能相同。它的微小尺寸使其可以嵌入普通紙張中，預示著一個幾乎所有東西都可以被謹慎地標記和掃描器讀取的時代，而無需接觸。
小巧的魅力
甚至在這個尺寸突破之前，RFID 標籤（晶片與天線的結合）就被吹捧為供應鏈中的一場革命性力量。儘管成本高於條形碼，但它們被視為比那些熟悉的線條圖案更有效的替代品；一個好的 RFID 標籤不必手動掃描或以某種方式定向即可讀取。近年來，沃爾瑪等主要零售商已經引入了 RFID 標籤，著眼於節省數十億美元的庫存和勞動力成本。其他不斷增長的應用包括電子收費、公共交通卡和護照；有些人甚至將這些裝置植入手中，以便輕鬆訪問家庭和電腦。
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但日立公司新晶片的主要目標是用於防偽技術。它可以嵌入高價值憑證中，例如證券、音樂會門票、禮品券和現金。宇佐美和他的同事們認為，晶片越小，就越容易無縫地埋入。“隨著精密的、高科技的裝置變得越來越便宜，偽造紙製品變得越來越容易，”宇佐美說。“即使電子貨幣越來越流行，紙幣仍然非常方便。”
與其他的“被動式”RFID 晶片一樣，在愛知世博會上使用的晶片——被稱為 μ-Chip（發音為“繆晶片”）——操作簡單，無需電池或電源。當它與連線的天線（通常是細絲狀條帶）一起嵌入物品中時，它將響應來自掃描器的 2.45 吉赫茲微波，反射回儲存在其只讀儲存器 (ROM) 中的唯一 128 位 ID 號。然後，掃描器將該號碼與資料庫（可能位於世界任何地方）進行核對，以立即驗證包含晶片的物品。
日立公司表示，μ-Chip 可以用於識別“萬萬億”件物品，因為 128 位架構提供了幾乎無限的數字組合：1038。每個唯一的 ID 號碼本身沒有意義，但當與資料庫條目匹配時，它將調出使用者分配給晶片的任何資訊。正在開發中的較小晶片，正式名稱為 Powder LSI 晶片，也儲存一個 128 位識別符號。（“LSI”代表“大規模積體電路”。）
μ-Chip 和粉末晶片都源於宇佐美（一位資深的電路工程師）在看到日本電信巨頭 NTT 在 1999 年推出的“i-mode”手機廣告後構想的願景。這些開創性的裝置允許使用者透過手機訪問網際網路。宇佐美設想了一個由微小的 RFID 晶片和伺服器組成的網路：RFID 晶片將連線到小型裝置，並且基本上是空的，除了一個唯一的身份號碼，該號碼將被傳送到伺服器。在收到有效號碼後，伺服器將提供人們可能想要使用的各種功能。這個概念類似於今天的“雲計算”，其中原本儲存在個人計算機上的應用程式位於其他地方，並透過網際網路訪問。
因此，宇佐美將注意力轉向建立一種足夠小的 RFID 晶片，以便可以融入任何東西中。為了具有市場競爭力，它還必須廉價、簡單且安全。他已經瞭解一些關於開發微型晶片的知識。早在 20 世紀 90 年代，他就設計了一種超薄電話卡，該卡嵌入了微晶片而不是磁條，因為晶片可以透過加密提供安全性。嵌入式晶片的邊長為 4 毫米，厚度為 0.25 毫米。
但宇佐美想要更小。首先，他必須弄清楚晶片需要執行的最小功能。他向日立系統開發實驗室的計算機安全專家同事高木和夫尋求幫助。在兩人長時間討論問題後，宇佐美決定，僅使用 128 位 ID 號碼將使他能夠保持設計非常簡單，但仍能提供非常多的數字組合。與此同時，這種方法將確保安全性，因為儲存在只讀儲存器中的資訊將是不可更改的。他還去除了所有不必要的東西，除了 ROM 外，還留下了簡化的射頻電路（用於與天線互動）、整流電路（用於管理電流）和時鐘電路（用於同步晶片的活動並將其與掃描器協調）。
具有諷刺意味的是，宇佐美在實現微型晶片方面最大的挑戰是非技術性的。當時，正如現在一樣，傳統的晶片開發傾向於不斷增加記憶體和功能，因此宇佐美憑藉其精簡的設計逆流而上。日立公司的業務部門強烈反對，希望晶片包含可重寫的加密功能。如果沒有該部門的資金支援，他的想法永遠無法走出圖紙。
但一位意想不到的白衣騎士介入了。時任日立研發集團總經理的淺井正二郎認識到該專案的潛力。他說，他將資助後來成為 μ-Chip（以希臘字母 μm 中的微米符號命名）的原型生產，條件是宇佐美收回所有成本。提供晶片用於防偽奏效了。它在 2005 年愛知世博會上的成功說服日立公司允許宇佐美繼續縮小他的創造。
製造粉末
粉末晶片的元件與 μ-Chip 基本相同，但這些元件被緊湊地塞入更小的空間中。實現額外小型化的一個關鍵是採用所謂的 90 奈米絕緣體上矽 (SOI) 技術，這是一種由 IBM 開創並正在被其他人使用的高階晶片製造方法。SOI 使處理器比傳統方法生產的處理器效能更好、功耗更低，因為它用絕緣體隔離電晶體。絕緣體既減少了電能被周圍介質吸收——從而增強了訊號強度——又保持了電晶體的分離。這種方式的分離防止了電晶體之間的干擾，並允許它們更緊密地排列在一起，這使得晶片尺寸可以縮小。
電子束光刻技術也起到了幫助作用。這項技術使用聚焦的電子束來生成獨特的佈線圖案，該圖案在緊湊的區域中表示晶片的各個 ID 號碼。電子束光刻技術鋪設電路圖案的速度比光刻技術慢，因為它序列而不是並行生成圖案。然而，日立公司開發了一種生產粉末晶片的方法，其速度比 μ-Chip 的生產速度快 60 倍。
RFID 標籤通常由晶片和外部天線組成，μ-Chip 也是如此。但是，對於某些應用，μ-Chip 和粉末形式將需要一個內部天線，該天線直接嵌入晶片上。但是，這些會降低掃描器可以達到的距離。日立公司的商業 μ-Chip 與外部天線的最大掃描距離目前為 30 釐米（約一英尺），粉末原型的範圍也相同——對於大多數涉及金錢或證券的應用來說，這個範圍很短但可以接受。該公司正在進行旨在擴大外部和內部天線範圍的研究。應用將決定所需的範圍：金錢或證券只需要幾毫米或一釐米的範圍，而包裹分揀則需要大約一米的範圍。該公司還在研究“防碰撞”技術，該技術將允許同時讀取多個晶片，例如當商品並排放置在商店貨架上或雜亂地放在購物籃中時。
老大哥？
儘管將晶片放入貨幣中是微型 RFID 晶片的一個合乎邏輯的應用，但帶有晶片的現金可能會加劇圍繞 RFID 技術使用的隱私擔憂。例如，這引發了不法分子從遠處掃描他人錢包內容的可怕前景。但是，選擇需要短距離掃描器的標籤（例如 ATM 機中的讀取器）將限制這種入侵。而且，犯罪分子還需要訪問正確的伺服器和資料庫，資訊才有意義。
正在開發的 Powder LSI 晶片的無限小尺寸也容易讓人聯想到科幻場景。例如，警察是否可以將粉末噴灑在一群暴徒身上，然後透過分佈在道路或公共交通工具上的安全掃描器追蹤他們？日立公司聲稱，透過撒播晶片來部署晶片是不可行的——它們必須連線到天線才能發揮作用。而且，宇佐美說，“許多公民團體已經制定了指導方針來保護 RFID 的隱私。這項技術的基本指導方針是不得秘密使用它。”
然而，倫敦的衛報報紙已經記錄了一個案例，其中超市連鎖店樂購測試銷售包裝有 RFID 標籤的吉列剃鬚刀片，如果有人試圖盜竊，這些標籤能夠觸發隱藏攝像頭。儘管隱私倡導者可能認識到 RFID 在運輸和供應方面的優勢，但他們希望能夠在購買商品後移除或關閉標籤。
宇佐美認為，RFID 的潛在好處大於風險。“例如，在人行道地磚或人行橫道中嵌入 RFID 標籤可以幫助輪椅上的自動導航系統。這在日本尤其重要，日本正在進入老齡化社會。”即使紙張使用量減少，微型 RFID 晶片在尺寸、訪問和複雜性是限制因素的情況下也會派上用場。例如，日立公司設想使用粉末晶片來縮短公司、工廠和其他設施安裝和驗證複雜電氣佈線系統所需的時間。電纜和端子將配備晶片，以便工人可以快速對照資料庫和相關示意圖進行檢查，而不是依賴漫長的目視檢查。
但是，如果隱私倡導者擔心晶片變得越來越難以找到，那麼這種特定的擔憂是真實的：宇佐美說，小型化趨勢將繼續下去。