自2018年中美贸易战开打以来，美国就竖起了禁止销售的大棒，试图以芯片、操作系统等技术限制中国信息技术的发展。这极大地刺痛了中华民族的自尊心，激发了大家的爱国热情。很多人义愤填膺，但并不意外。新中国成立初期，我们一穷二白，成功研制了两弹一星。如今，我们每年都在科研上投入大量资金。中国高铁里程世界第一，超级计算机计算能力世界领先，玉兔二号登陆月球背面，北斗卫星导航系统组网.为什么一个小小的芯片就让人心烦意乱，搞不出来？这说明很多人虽然讨厌它，但是不知道芯片是什么。今天我就试着为大家梳理一下芯片的前世。 　　

　　

　　 　　

　　

　　　　从电子管到晶体管 　　

　　

　　芯片本质上是一个集成电路(简称IC)或集成电路的载体。它是通过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺集成在一小片硅片上的电子器件。以及半导体、电阻器、电容器等元件。并且它们之间需要形成具有特定功能的电路的连接线随后被焊接并封装在封装中。简单来说，就是在一块硅板上集成多种电子元件以实现特定功能的电路模块。稍微复杂一点的电子设备都离不开芯片。 　　

　　

　　为什么会产生集成电路？这也可以让我们一窥人类技术进步的原始动力是什么，那就是解决实际问题。 　　

　　

　　当我们拿着装有许多芯片的1kg笔记本电脑悠闲地在街上漫步时，不妨补一补1946年在美国诞生的世界上第一台电子计算的模样：它是一个面积150平方米、重量30吨的庞然大物。里面的电路用了17468个电子管，7200个电阻，10000个电容，50万根导线，功耗高达150kW。显然，它最直观、最突出的问题就是占地面积大，无法移动。那么，它能减小体积吗？ 　　

　　

　　晶体管的发明使这一想法成为可能。第一只晶体管是1947年在贝尔实验室制造的。在此之前，体积大、功耗高、结构脆弱的电子管是实现电流放大功能的唯一途径。晶体管具有电子管的主要功能，克服了电子管的上述缺点。所以晶体管发明之后，基于半导体的集成电路的想法很快就出现了。1958年，世界上第一个集成电路问世，其发明者之一杰克基尔比获得了2000年诺贝尔物理学奖。 　　

　　

　　集成电路相对于用单个分立的电子元件手工组装电路，可以在一个小小的硅衬底上烧集成大量的微晶体管，实现强大的功能，这是一个很大的进步。 　　

　　

　　　　芯片制造难在哪？ 　　

　　

　　通过上面的介绍，你脑海中可能会有一些模糊的认识：所谓芯片，就像一个电路板，把我们常见的电子元器件和电路集成封装在一个小小的硅基板上。这并不难。是的，难的不是理论，而是设计思路和技术。难的是我们要既强大又便携又小巧！ 　　

　　

　　问题是，如何将这些晶体管集成到纳米级别？对于一个普通的英特尔酷睿CPU来说，核心部分比指甲盖大一点，但是里面集成了几十亿个晶体管。 　　

　　

　　这里顺便解释一下我们经常看到的芯片的5nm、7nm、13nm工艺中nm的含义。纳米(符号为nm)是长度单位，最初称为纳米，是一米的十亿分之一，大约是10个原子的长度。假设一根头发的直径为0.05 mm，在径向平均切成5万根，每根的厚度约为1纳米。2003年，奔腾4E系列上市，采用90nm工艺，标志着芯片技术正式进入纳米时代(之前还是微米级)。 　　

　　

　　5nm的值是指处理器的蚀刻尺寸。简单来说，就是指我们可以在多大尺寸的芯片上雕刻一个单位的晶体管。蚀刻尺寸越小，相同尺寸处理器中的计算单元越多，性能越强。同时，先进的刻蚀技术还可以降低晶体管之间的电阻和CPU所需的电压，从而大大降低驱动功率，有效降低功耗和发热。所以5nm工艺的芯片不仅意味着尺寸更小，各种功能的性能也会一代比一代提升。 　　

　　

　　据权威人士透露，当今TSMC最先进的5nm工艺芯片技术，每个晶体管只有20个硅原子大小，它们通过多层纳米级金属线连接成一个逻辑电路，实现多种功能。 　　

　　

　　但一个7nm芯片需要4000道左右的工艺流程，一个7nm芯片制造工厂的建设成本大约在100亿美元到200亿美元，几乎相当于一个航母战斗群的制造价格。 　　

　　

　　我们甚至可以说，从技术的角度来看，芯片的制造工艺代表了目前人类最尖端、最复杂的工业技术，也是一个不断积累和完善的过程。 　　

　　

　　　　芯片其实有很多种类 　　

　　

　　在很多人心目中，芯片就是电脑中的CPU芯片，这是一个很大的误区。芯片是半导体器件的总称。当你打开电脑或者手机，只要里面是长方形黑色的，每边都有很多金属触须。所有芯片都焊接在主板上。比如负责图像的图形芯片，内存上的缓存芯片，控制电源的管理芯片，负责声音的音频芯片，负责时间的控制芯片等等。 　　

　　

　　另外，不仅仅是电脑、手机有芯片，稍微高级一点的电子产品也有，从医院用的各种检测设备到科研用的仪器都有。 　　

表，小到收音机的音频芯片，电磁炉、微波炉里有电磁芯片，洗衣机里有控制芯片，就连我们骑得电瓶车都有功率控制芯片，它已经成为了现代生活的底层技术。

　　

　　中国也并非在这方面毫无建树，比如在消费级的模拟／混合信号电路芯片领域，我们已经基本可以实现自给自足。然而，在民用的其他高性能模拟／混合信号领域，例如超高速SerDes，高速AD／DA等，目前中国还难以生产出能达到国际领先水准的芯片。

　　

　　这个领域的最顶尖设计还掌握在TI，ADI等美国公司手里，需要大量时间积累和工程实践才能实现最优性能。而在高端处理器（CPU）领域的架构设计和指令集都经过了长时间的积累。而且这些处理器芯片的工程规模巨大，因此中国想要独立做类似ARM或者Intel的自主知识产权架构则还要很多年的努力才能追上国际水准。

　　

　　因贸易战所造成的高端芯片禁售，短时间内可能会影响一些企业的发展，影响我国信息技术产业的发展，但长期来看，外国的禁售会激发我们自我发展的内生动力，促进我国芯片生产技术能力的提高，或者带来产生其它替代产品和技术。例如，像俄罗斯一样，他们的芯片生产技术能力也低，但他们用其它技术替代对应功能，也生产出了先进的军事装备和民用产品等。

　　

　　说到芯片，这里要附带说说“生物芯片”，这与上述的芯片完全不是一个概念。

　　

　　什么是生物芯片呢？生物芯片（biochip或bioarray）是根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测。人们可能很容易把生物芯片与电子芯片联系起来。事实上，两者确有一个最基本的共同点：在微小尺寸上具有海量的数据信息。但它们是完全不同的两种东西，电子芯片上布列的是一个个半导体电子单元，而生物芯片上布列的是一个个生物探针分子。（责任编辑王世新，图片源自网络）