超过 2200 万游客参观了在日本爱知县举行的 2005 年世界博览会。没有一个人使用假票入场。这些通行证实际上不可能伪造，因为每张通行证都装有一个微小的 RFID（射频识别）芯片——边长仅 0.4 毫米（mm），厚度 0.06 毫米——通过无线电波向门禁处的扫描仪发送唯一的识别号码。
现在，日立公司（该芯片的制造商）的目标是更小。去年，该公司宣布推出一款边长仅 0.05 毫米、厚度 0.005 毫米的芯片的工作版本。这款原型产品几乎隐形，面积仅为世博会门票芯片的六十四分之一，但功能相同。它的微小尺寸使其可以嵌入普通纸张中，预示着一个几乎所有东西都可以被谨慎地标记和扫描仪读取的时代，而无需接触。
小巧的魅力
甚至在这个尺寸突破之前，RFID 标签（芯片与天线的结合）就被吹捧为供应链中的一场革命性力量。尽管成本高于条形码，但它们被视为比那些熟悉的线条图案更有效的替代品；一个好的 RFID 标签不必手动扫描或以某种方式定向即可读取。近年来，沃尔玛等主要零售商已经引入了 RFID 标签，着眼于节省数十亿美元的库存和劳动力成本。其他不断增长的应用包括电子收费、公共交通卡和护照；有些人甚至将这些设备植入手中，以便轻松访问家庭和电脑。
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但日立公司新芯片的主要目标是用于防伪技术。它可以嵌入高价值凭证中，例如证券、音乐会门票、礼品券和现金。宇佐美和他的同事们认为，芯片越小，就越容易无缝地埋入。“随着精密的、高科技的设备变得越来越便宜，伪造纸制品变得越来越容易，”宇佐美说。“即使电子货币越来越流行，纸币仍然非常方便。”
与其他的“被动式”RFID 芯片一样，在爱知世博会上使用的芯片——被称为 μ-Chip（发音为“缪芯片”）——操作简单，无需电池或电源。当它与连接的天线（通常是细丝状条带）一起嵌入物品中时，它将响应来自扫描仪的 2.45 吉赫兹微波，反射回存储在其只读存储器 (ROM) 中的唯一 128 位 ID 号。然后，扫描仪将该号码与数据库（可能位于世界任何地方）进行核对，以立即验证包含芯片的物品。
日立公司表示，μ-Chip 可以用于识别“万万亿”件物品，因为 128 位架构提供了几乎无限的数字组合：1038。每个唯一的 ID 号码本身没有意义，但当与数据库条目匹配时，它将调出用户分配给芯片的任何信息。正在开发中的较小芯片，正式名称为 Powder LSI 芯片，也存储一个 128 位标识符。（“LSI”代表“大规模集成电路”。）
μ-Chip 和粉末芯片都源于宇佐美（一位资深的电路工程师）在看到日本电信巨头 NTT 在 1999 年推出的“i-mode”手机广告后构想的愿景。这些开创性的设备允许用户通过手机访问互联网。宇佐美设想了一个由微小的 RFID 芯片和服务器组成的网络：RFID 芯片将连接到小型设备，并且基本上是空的，除了一个唯一的身份号码，该号码将被传送到服务器。在收到有效号码后，服务器将提供人们可能想要使用的各种功能。这个概念类似于今天的“云计算”，其中原本存储在个人计算机上的应用程序位于其他地方，并通过互联网访问。
因此，宇佐美将注意力转向创建一种足够小的 RFID 芯片，以便可以融入任何东西中。为了具有市场竞争力，它还必须廉价、简单且安全。他已经了解一些关于开发微型芯片的知识。早在 20 世纪 90 年代，他就设计了一种超薄电话卡，该卡嵌入了微芯片而不是磁条，因为芯片可以通过加密提供安全性。嵌入式芯片的边长为 4 毫米，厚度为 0.25 毫米。
但宇佐美想要更小。首先，他必须弄清楚芯片需要执行的最小功能。他向日立系统开发实验室的计算机安全专家同事高木和夫寻求帮助。在两人长时间讨论问题后，宇佐美决定，仅使用 128 位 ID 号码将使他能够保持设计非常简单，但仍能提供非常多的数字组合。与此同时，这种方法将确保安全性，因为存储在只读存储器中的信息将是不可更改的。他还去除了所有不必要的东西，除了 ROM 外，还留下了简化的射频电路（用于与天线交互）、整流电路（用于管理电流）和时钟电路（用于同步芯片的活动并将其与扫描仪协调）。
具有讽刺意味的是，宇佐美在实现微型芯片方面最大的挑战是非技术性的。当时，正如现在一样，传统的芯片开发倾向于不断增加内存和功能，因此宇佐美凭借其精简的设计逆流而上。日立公司的业务部门强烈反对，希望芯片包含可重写的加密功能。如果没有该部门的资金支持，他的想法永远无法走出图纸。
但一位意想不到的白衣骑士介入了。时任日立研发集团总经理的浅井正二郎认识到该项目的潜力。他说，他将资助后来成为 μ-Chip（以希腊字母 μm 中的微米符号命名）的原型生产，条件是宇佐美收回所有成本。提供芯片用于防伪奏效了。它在 2005 年爱知世博会上的成功说服日立公司允许宇佐美继续缩小他的创造。
制造粉末
粉末芯片的组件与 μ-Chip 基本相同，但这些组件被紧凑地塞入更小的空间中。实现额外小型化的一个关键是采用所谓的 90 纳米绝缘体上硅 (SOI) 技术，这是一种由 IBM 开创并正在被其他人使用的高级芯片制造方法。SOI 使处理器比传统方法生产的处理器性能更好、功耗更低，因为它用绝缘体隔离晶体管。绝缘体既减少了电能被周围介质吸收——从而增强了信号强度——又保持了晶体管的分离。这种方式的分离防止了晶体管之间的干扰，并允许它们更紧密地排列在一起，这使得芯片尺寸可以缩小。
电子束光刻技术也起到了帮助作用。这项技术使用聚焦的电子束来生成独特的布线图案，该图案在紧凑的区域中表示芯片的各个 ID 号码。电子束光刻技术铺设电路图案的速度比光刻技术慢，因为它串行而不是并行生成图案。然而，日立公司开发了一种生产粉末芯片的方法，其速度比 μ-Chip 的生产速度快 60 倍。
RFID 标签通常由芯片和外部天线组成，μ-Chip 也是如此。但是，对于某些应用，μ-Chip 和粉末形式将需要一个内部天线，该天线直接嵌入芯片上。但是，这些会降低扫描仪可以达到的距离。日立公司的商业 μ-Chip 与外部天线的最大扫描距离目前为 30 厘米（约一英尺），粉末原型的范围也相同——对于大多数涉及金钱或证券的应用来说，这个范围很短但可以接受。该公司正在进行旨在扩大外部和内部天线范围的研究。应用将决定所需的范围：金钱或证券只需要几毫米或一厘米的范围，而包裹分拣则需要大约一米的范围。该公司还在研究“防碰撞”技术，该技术将允许同时读取多个芯片，例如当商品并排放置在商店货架上或杂乱地放在购物篮中时。
老大哥？
尽管将芯片放入货币中是微型 RFID 芯片的一个合乎逻辑的应用，但带有芯片的现金可能会加剧围绕 RFID 技术使用的隐私担忧。例如，这引发了不法分子从远处扫描他人钱包内容的可怕前景。但是，选择需要短距离扫描仪的标签（例如 ATM 机中的读取器）将限制这种入侵。而且，犯罪分子还需要访问正确的服务器和数据库，信息才有意义。
正在开发的 Powder LSI 芯片的无限小尺寸也容易让人联想到科幻场景。例如，警察是否可以将粉末喷洒在一群暴徒身上，然后通过分布在道路或公共交通工具上的安全扫描仪追踪他们？日立公司声称，通过撒播芯片来部署芯片是不可行的——它们必须连接到天线才能发挥作用。而且，宇佐美说，“许多公民团体已经制定了指导方针来保护 RFID 的隐私。这项技术的基本指导方针是不得秘密使用它。”
然而，伦敦的卫报报纸已经记录了一个案例，其中超市连锁店乐购测试销售包装有 RFID 标签的吉列剃须刀片，如果有人试图盗窃，这些标签能够触发隐藏摄像头。尽管隐私倡导者可能认识到 RFID 在运输和供应方面的优势，但他们希望能够在购买商品后移除或关闭标签。
宇佐美认为，RFID 的潜在好处大于风险。“例如，在人行道地砖或人行横道中嵌入 RFID 标签可以帮助轮椅上的自动导航系统。这在日本尤其重要，日本正在进入老龄化社会。”即使纸张使用量减少，微型 RFID 芯片在尺寸、访问和复杂性是限制因素的情况下也会派上用场。例如，日立公司设想使用粉末芯片来缩短公司、工厂和其他设施安装和验证复杂电气布线系统所需的时间。电缆和端子将配备芯片，以便工人可以快速对照数据库和相关示意图进行检查，而不是依赖漫长的目视检查。
但是，如果隐私倡导者担心芯片变得越来越难以找到，那么这种特定的担忧是真实的：宇佐美说，小型化趋势将继续下去。