在現(xiàn)代科技的浪潮中，芯片扮演著至關(guān)重要的角色。它是電子設(shè)備中的智能大腦，能夠存儲(chǔ)和處理各種數(shù)據(jù)，并且在各種應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。

在享受芯片便利的同時(shí)，我們有沒有想過芯片為什么對(duì)數(shù)字時(shí)代如此重要？它的開發(fā)和制造又為什么這么困難？這還要從芯片的歷史說起。


01
芯片的構(gòu)成

芯片的構(gòu)成主要包括晶體管、電容器、電阻器等電子元件，它們被精確地布置在芯片表面的硅基底上，通過微細(xì)的導(dǎo)線連接起來。晶體管是芯片中最基本的元件，它具有放大和開關(guān)的功能。通過控制晶體管的導(dǎo)通和截?cái)啵酒梢詫?shí)現(xiàn)各種邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理。電容器和電阻器則用于存儲(chǔ)和調(diào)節(jié)電荷，為芯片提供穩(wěn)定的電流和電壓。

除了這些基本元件，芯片還包括存儲(chǔ)器、時(shí)鐘電路、輸入輸出接口等輔助電路。存儲(chǔ)器是芯片中的重要組成部分，它能夠存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)。不同類型的存儲(chǔ)器包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM），它們?cè)谟?jì)算機(jī)和其他電子設(shè)備中起著至關(guān)重要的作用。時(shí)鐘電路則用于提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，同步各個(gè)電子元件的工作。輸入輸出接口則允許芯片與外部設(shè)備進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。

芯片的功能多種多樣，它們可以用于計(jì)算機(jī)的中央處理器（CPU）、內(nèi)存、圖形處理器（GPU）等核心部件，也可以用于各種通信設(shè)備、嵌入式系統(tǒng)和消費(fèi)電子產(chǎn)品中。芯片的性能決定了設(shè)備的運(yùn)行速度和功能強(qiáng)大程度。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，芯片的集成度和處理能力也在不斷提高，使得電子設(shè)備越來越智能化、便攜化和高效化。

作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的核心組成部分，芯片推動(dòng)了信息技術(shù)、通信、計(jì)算機(jī)和各種電子設(shè)備的發(fā)展。它的起源可以追溯到集成電路的發(fā)展，而現(xiàn)代芯片的構(gòu)成和功能已經(jīng)變得非常復(fù)雜和多樣化。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，芯片的性能和功能將繼續(xù)提升，為我們的生活帶來更多的便利和可能性。

02
從真空管到晶體管

“上古結(jié)繩而治”。自人類文明誕生以來，計(jì)算便成了我們生活不可分離的一部分。小到一個(gè)家庭的收支平衡，大到一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)走向，這些決定家庭或是國家命運(yùn)的數(shù)字，無不需要計(jì)算才能得出。人們?yōu)榇碎_發(fā)出了不少計(jì)算工具，如上下?lián)軇?dòng)珠子的算盤，或是可以按下按鈕的計(jì)算器，來獲得想要的結(jié)果。

隨著我們對(duì)計(jì)算需求的不斷增加，基于人力的計(jì)算方式很快就遭遇了瓶頸。戰(zhàn)爭(zhēng)催生了早期電腦的誕生：圖靈依賴電動(dòng)機(jī)械原理開發(fā)的計(jì)算機(jī)，破解了德國的恩尼格瑪密碼；而為了破解德國的洛倫茲密碼，英國又開發(fā)了“巨人計(jì)算機(jī)”（Colossus computer），這也被認(rèn)為是世界上第一臺(tái)可以編程的數(shù)字計(jì)算機(jī)。這些機(jī)器可以輕易完成僅靠人類難以做到，甚至不可能實(shí)現(xiàn)的計(jì)算。

巨人計(jì)算機(jī)的運(yùn)作核心是“真空管”，它們看起來就像是一個(gè)碩大的燈泡，里頭裝有一些金屬絲。通上電后，這些金屬絲無外乎兩種命運(yùn)：有電，或是沒電，這對(duì)應(yīng)了二進(jìn)制中的 1 和 0。利用這兩個(gè)數(shù)字，理論上可以進(jìn)行任何計(jì)算。我們?nèi)缃竦木W(wǎng)絡(luò)虛擬世界，也可以近似理解為誕生于無數(shù)個(gè) 1 和 0 之上。

基于真空管的計(jì)算機(jī)功能雖然強(qiáng)大，卻也有著自身的多個(gè)局限。一方面，真空管體積太大了。賓夕法尼亞大學(xué)制造的 ENIAC 機(jī)有超過 1.7 萬根真空管，占地龐大，耗電量也相當(dāng)恐怖；另一方面，這些海量數(shù)字的真空管，也帶來了各種隱患。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均每 2 天，這臺(tái)機(jī)器就會(huì)發(fā)生真空管故障，每次排查至少需要 15 分鐘。為了穩(wěn)定地產(chǎn)出各種 1 和 0，人們開始尋找真空管的替代品。

知名的貝爾實(shí)驗(yàn)室做出了突破，而他們的選擇是半導(dǎo)體——這種材料的導(dǎo)電性基于導(dǎo)體（能讓電流自由通過，如銅制的電線），以及絕緣體（完全不導(dǎo)電，如玻璃）之間。在特定的條件下，它的導(dǎo)電特性可以發(fā)生變化。比如我們都聽說過的“硅”（Si），它本身并不導(dǎo)電，但只要加入某些其他材料，就可以具有導(dǎo)電性。“半”導(dǎo)體的名字，正是由此而來。

貝爾實(shí)驗(yàn)室的威廉·肖克利（William Shockley）先提出了一個(gè)理論，認(rèn)為在半導(dǎo)體材料附近加上電場(chǎng)，可以改變它們的導(dǎo)電性，然而他卻無法用實(shí)驗(yàn)來證實(shí)自己的理論。

受到該理論啟發(fā)，他的兩名同事約翰·巴丁（John Bardeen）與沃爾特·布拉頓（Walter Brattain）兩年后制造出了一種叫做“晶體管”的半導(dǎo)體器件。不甘被超越的肖克利則在一年后開發(fā)出了一種更新的晶體管。又過了十年，他們?nèi)艘驗(yàn)樵诰w管領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。而隨著晶體管領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，迎來更多的新成員，它們也成為了數(shù)字時(shí)代的基石。


03
芯片和硅谷的誕生

隨著晶體管逐漸替代真空管，它們的局限也在實(shí)際應(yīng)用中暴露了出來。其中最主要的一個(gè)問題是如何在成千上萬個(gè)晶體管中布線，組成可用的電路。

為了讓晶體管實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，電路中除了晶體管外，還需要電阻、電容、電感等元件，再進(jìn)行焊接和電路連接。這些元件本身尺寸就沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，制作電路的工作量巨大，而且極易出錯(cuò)。當(dāng)時(shí)的一個(gè)解決思路是規(guī)定每個(gè)電子元件的大小和形狀，用模塊化的手段重新定義電路的設(shè)計(jì)。

德州儀器公司的杰克·基爾比（Jack Kilby）對(duì)這個(gè)計(jì)劃并不感冒，認(rèn)為它解決不了根本上的問題——再怎么規(guī)定，尺寸也小不了。最終造出來的模塊化電路依舊龐大，無法應(yīng)用到體積較小的設(shè)備中。他的方案將一切都進(jìn)行集成，把所有的晶體管、電阻以及電容都放在一塊半導(dǎo)體材料上，省去了大量的后續(xù)制造時(shí)間，也減少了犯錯(cuò)的可能。

1958 年，他用“鍺”（Ge）做出了一個(gè)原型，里頭包含一個(gè)晶體管、三個(gè)電阻以及一個(gè)電容，在用導(dǎo)線連接后，能產(chǎn)生正弦波。這種嶄新的電路被稱為“集成電路”，后來也有了個(gè)大家更為熟知的簡(jiǎn)稱——芯片。基爾比本人在 2000 年斬獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，表彰他的發(fā)明。

差不多同一個(gè)時(shí)期，八名工程師同時(shí)向肖克利提出辭職，繼而一起創(chuàng)業(yè)，建立了仙童公司（Fairchild Semiconductor）。這八個(gè)辭職者，就是半導(dǎo)體歷史上大名鼎鼎的“八叛逆”。羅伯特·諾伊斯（Robert Noyce）是這八名叛逆者中的領(lǐng)袖，也想到在一塊半導(dǎo)體材料上生產(chǎn)多個(gè)元件，制造集成電路。與基爾比的方法不同，他的設(shè)計(jì)將導(dǎo)線與各個(gè)元件都整合到一塊。這種一體化的設(shè)計(jì)在生產(chǎn)制造上有著更大的優(yōu)勢(shì)，唯一的問題是成本——諾伊斯的集成電路雖然優(yōu)勢(shì)明顯，成本卻是原來的 50 倍。

正如幾十年前的戰(zhàn)火催生出了計(jì)算機(jī)的雛形，冷戰(zhàn)也為諾伊斯的芯片帶來了意外的商機(jī)。隨著前蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星，并首次將人類送上太空，感受到危機(jī)的美國啟動(dòng)了全面追趕計(jì)劃。他們決定把人送上月球作為最終反擊，然而這一工作需要巨大的計(jì)算量（控制火箭、操縱登陸倉、計(jì)算最佳時(shí)間窗口等），美國太空總署（NASA）則把命運(yùn)賭在了諾伊斯的芯片上：這種集成電路體積更小，耗電量也更低。為了把人送上月球，每一克重量，每一瓦能源都要斤斤計(jì)較。對(duì)于這種極限項(xiàng)目，它無疑是更好的選擇。

在人類登月項(xiàng)目上，芯片向全世界展示了自己的潛力——諾伊斯說在阿波羅項(xiàng)目的電腦里，它的芯片運(yùn)行了 1900 萬個(gè)小時(shí)，只出現(xiàn)了 2 次故障，其中 1 次還是外部因素造成的。

此外，登月行動(dòng)也證實(shí)芯片能在外太空這個(gè)極端惡劣的環(huán)境下正常運(yùn)作。仙童崛起后，來自這家公司的員工也在當(dāng)?shù)亻_枝散葉，建立了英特爾、AMD 等公司，這塊半導(dǎo)體公司密布的地區(qū)，后來也有了一個(gè)更響亮的名字——硅谷。


04
光刻技術(shù)

集成電路的尺寸比由零散的晶體管元件組成的電路要小許多，往往需要用到顯微鏡才能看清里頭的結(jié)構(gòu)，檢查質(zhì)量。德州儀器公司的杰伊·拉斯洛普（Jay Lathrop）在一次觀察中突發(fā)奇想，顯微鏡從上往下看可以把東西放大，那么從下往上看，是不是就能把東西給變小呢？

這可不是為了好玩。當(dāng)時(shí)集成電路的尺寸已經(jīng)接近手工制造的極限，很難再取得新的突破。而如果能把設(shè)計(jì)好的電路圖“縮印”到半導(dǎo)體材料上，就有可能通過自動(dòng)化的技術(shù)進(jìn)行制造，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

拉斯洛普很快就檢驗(yàn)了他的想法。首先他從柯達(dá)公司買到了一種叫做光阻劑的化學(xué)物質(zhì)，將它涂在半導(dǎo)體材料上。然后他按設(shè)想把顯微鏡顛倒了過來，并在鏡頭上蓋上了一塊板，只留下一個(gè)小圖案。

最后，他讓光線穿過鏡頭，照到了顯微鏡另一端的光阻劑上。在光線的作用下，光阻劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，慢慢溶解消失，露出了下方的硅材料。而露出的材料形狀，和他最初設(shè)計(jì)的圖案如出一轍，只是縮小了成百上千倍。在暴露出的凹槽上，制造人員可以添加新的材料，連接起電路，再洗去多余的光阻劑。這一套流程就是制造芯片的光刻技術(shù)。

德州儀器公司隨后進(jìn)一步完善了這套流程，使每個(gè)環(huán)節(jié)都能有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參考，這也讓集成電路迎來了標(biāo)準(zhǔn)化的量產(chǎn)時(shí)代。而隨著芯片變得越來越復(fù)雜，制作一塊集成電路，至少需要重復(fù)這個(gè)過程幾十次。

仙童也緊隨其后，開發(fā)起了自己的光刻生產(chǎn)技術(shù)。諾伊斯之外，建立這家公司的其他七名創(chuàng)始人同樣并非等閑之輩。其中高登·摩爾（Gordon Moore）更是其中的佼佼者。

1965年，他對(duì)集成電路的未來進(jìn)行了預(yù)測(cè)，認(rèn)為隨著光刻等生產(chǎn)技術(shù)不斷更新，芯片中的元件數(shù)量每年都會(huì)翻倍。長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，芯片的算力將指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，成本也會(huì)明顯下降。這帶來的一個(gè)顯而易見的后果，就是芯片會(huì)大量走入尋常百姓家，徹底改變這個(gè)世界。摩爾的這個(gè)預(yù)測(cè)后來被叫做“摩爾定律”，為全世界所知。

摩爾定律成立的前提，是制造工藝的不斷發(fā)展革新。早期一些公司開發(fā)的光刻技術(shù)近乎完美，簡(jiǎn)直就像把光線一筆一筆勾勒在光阻劑，刻出只有一微米寬度的線路。而且這種技術(shù)還可以一次性刻出多個(gè)芯片，大大提升了芯片的產(chǎn)能。然而在不斷提升的芯片制造精度需求下，微米級(jí)的光刻機(jī)已經(jīng)難以滿足產(chǎn)業(yè)的需求，納米級(jí)的光刻機(jī)成為了新的寵兒。

但研發(fā)這種光刻機(jī)并不容易——如何在越來越小的迷你空間里進(jìn)行光刻，成了阻礙光刻技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

05
極紫外光光刻技術(shù)

1992 年，摩爾定律眼看就要失效——如果想要維持這一定律，芯片電路需要做得更加小巧。無論是使用的光源，還是光照過的鏡頭，都有著全新的要求。

拉斯洛普最初開發(fā)光刻技術(shù)之時(shí)，使用的是最為簡(jiǎn)單不過的可見光。這些光的波長(zhǎng)在幾百納米左右，最終在芯片上印出的極限尺寸也是幾百納米。而如果需要在芯片上印出尺寸更小的元件（比如只有幾十納米），那需要的光源也要超越可見光的極限，邁入紫外光的領(lǐng)域。

一些公司開發(fā)過使用深紫外光（DUV）的制造設(shè)備，使用的波長(zhǎng)不到 200 納米。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，極紫外光（EUV）才是人們想到達(dá)的領(lǐng)域——波長(zhǎng)越短，能刻在芯片上的細(xì)節(jié)就越多。最終，人們的目標(biāo)定在了波長(zhǎng)為 13.5 納米的極紫外光上，而荷蘭的 ASML 成為了世界上唯一的 EUV 機(jī)器生產(chǎn)商。

EUV 技術(shù)開發(fā)了足足將近 20 年。為了制造可以運(yùn)行的EUV機(jī)器，ASML 需要在全球?qū)ふ易钕冗M(jìn)的零件來滿足它的需求。作為光刻機(jī)，首先需要的就是光源：為了產(chǎn)生 EUV，人們需要發(fā)射一個(gè)直徑僅有幾十微米的錫滴，讓它以時(shí)速 300 多公里的速度穿越真空，同時(shí)用激光精準(zhǔn)地打到它——不是一次，而是兩次。

第一次是進(jìn)行加熱，第二次是用 50 萬度的高溫把它轟成等離子體，這個(gè)溫度是太陽表面溫度的好幾倍。這樣的過程，每秒要重復(fù) 5 萬次，才能產(chǎn)生足夠多的 EUV。可以想象，這樣的高精尖技術(shù)，需要多少先進(jìn)的元件。

實(shí)際操作比上述的描述更為復(fù)雜。比如為了消除激光照射過程中產(chǎn)生的大量熱量，需要用風(fēng)扇進(jìn)行通風(fēng)，旋轉(zhuǎn)速度需要達(dá)到每秒 1000 次。這一速度已經(jīng)超過了物理軸承的極限，因此需要用磁鐵把風(fēng)扇懸停在空中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

此外，激光發(fā)射器對(duì)其中的氣體密度有著嚴(yán)格要求，還要避免激光照在錫滴上后產(chǎn)生反光，影響儀器。光是開發(fā)發(fā)射激光的機(jī)器，就耗費(fèi)了 10 多年的研發(fā)時(shí)間，每臺(tái)發(fā)射器需要超過 45 萬個(gè)元件。

轟擊錫滴后產(chǎn)生的 EUV 來之不易，研究人員還需要學(xué)會(huì)怎么收集這些光線，導(dǎo)向芯片。EUV 的波長(zhǎng)實(shí)在太短，很容易就被周圍的材料吸收，而不是反射出去。最終蔡司（Carl Zeiss）公司開發(fā)出了一種極為光滑的鏡子，可以反射EUV。

這面鏡子的光滑程度超出想象——用官方話語來說，如果把這面鏡子放大到整個(gè)德國這么大，鏡子不規(guī)則的地方最大也只有 0.1 毫米。該公司也信心十足地相信，他們的鏡子可以導(dǎo)引激光，準(zhǔn)確地?fù)糁形挥谠虑蛏系母郀柗蚯颉?/span>

這么一套繁復(fù)的設(shè)備，需要的不僅是科學(xué)技術(shù)，還需要供應(yīng)鏈的完整管理。ASML 本身只生產(chǎn)其 EUV 機(jī)器的 15% 的元件，其余來自全球各地的合作伙伴。當(dāng)然，他們也會(huì)認(rèn)真監(jiān)控這些采購的產(chǎn)品，如有必要甚至?xí)I下這些公司，自己親力管理。這樣一臺(tái)機(jī)器，是不同國家的技術(shù)結(jié)晶。

第一臺(tái) EUV 機(jī)的原型在 2006 年誕生。2010 年，第一臺(tái)商用 EUV 機(jī)發(fā)貨。而在未來幾年，ASML 預(yù)計(jì)將推出新一代的 EUV 機(jī)，每臺(tái)造價(jià) 3 億美元。


06
芯片的應(yīng)用

在先進(jìn)的制造工藝下，多種芯片誕生了。有人總結(jié)在 21 世紀(jì)，芯片可以分為三大類別。

第一種是邏輯芯片，用作我們電腦、手機(jī)，或者是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中的處理器；

第二類是記憶芯片，經(jīng)典例子包括英特爾（Intel）公司開發(fā)的 DRAM 芯片——在這款產(chǎn)品推出前，資料的儲(chǔ)存依賴于磁芯：磁化的元件代表 1，未磁化的元件代表 0。而英特爾的做法是把晶體管和電容器組合起來，充電代表 1，不充電代表 0。和磁芯相比，新的儲(chǔ)存工具原理接近，但一切都整合在芯片中，所以體積更小，出錯(cuò)率也更低。此類芯片能為電腦提供運(yùn)行時(shí)的短期和長(zhǎng)期記憶；

第三類芯片則被叫做“模擬芯片”，處理模擬信號(hào)。

在這些芯片中，邏輯芯片可能更為人所熟知。盡管英特爾公司開發(fā)出了最早的 DRAM 記憶芯片，但它卻在和日本公司的競(jìng)爭(zhēng)中節(jié)節(jié)敗退。1980 年，英特爾與 IBM 達(dá)成一項(xiàng)合作，為個(gè)人電腦制造中央處理器，即 CPU。

隨著 IBM 第一臺(tái)個(gè)人電腦的問世，搭建在這臺(tái)電腦中的英特爾的處理器成為了產(chǎn)業(yè)的“標(biāo)配”，就好像微軟的 Windows 系統(tǒng)成了大眾更為熟悉的操作系統(tǒng)一樣。這場(chǎng)豪賭也讓英特爾從 DRAM 領(lǐng)域徹底抽身，重新崛起。

CPU 的開發(fā)并不是一蹴而就。其實(shí)早在 1971 年，英特爾就造出了第一個(gè)微處理器（和 CPU 相比，只能處理單個(gè)特定的任務(wù)），整套設(shè)計(jì)流程的開發(fā)用了足足半年。當(dāng)時(shí)這個(gè)微處理器只有上千個(gè)元件，使用的設(shè)計(jì)工具只有彩色鉛筆和直尺，落后得像是中世紀(jì)的工匠。琳·康維（Lynn Conway）開發(fā)了一種程序，解決了芯片的自動(dòng)化設(shè)計(jì)問題。利用這種程序，從來沒設(shè)計(jì)過芯片的學(xué)生，都可以在短短時(shí)間里學(xué)會(huì)怎么設(shè)計(jì)具有功能的芯片。

上世紀(jì)八十年代末，英特爾開發(fā)出了 486 處理器，能在一塊微小的硅芯片上放上 120 萬個(gè)微型元件，生成各種 0 和 1。到了 2010 年，最先進(jìn)的微處理器芯片已經(jīng)能承載 10 億個(gè)晶體管。這種芯片的開發(fā)，離不開少數(shù)幾家寡頭公司開發(fā)的設(shè)計(jì)軟件。

另一種邏輯芯片——圖形處理器（GPU，俗稱顯卡）在近年也愈發(fā)受人關(guān)注。在這一領(lǐng)域，英偉達(dá)（Nvidia）是重要玩家。在建立初期，該公司就相信 3D 圖像是未來的發(fā)展方向，因此設(shè)計(jì)了能處理 3D 圖形的 GPU，并開發(fā)了一套相應(yīng)的軟件，告訴芯片應(yīng)該如何工作。和英特爾的中央處理器“依次計(jì)算”的模式不同，GPU 的優(yōu)勢(shì)在于能同時(shí)進(jìn)行大量的簡(jiǎn)單運(yùn)算。

誰也沒有想到，在人工智能時(shí)代，GPU 有了全新的使命。為了訓(xùn)練人工智能模型，科學(xué)家們需要用數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化算法，讓模型經(jīng)過訓(xùn)練完成人類布置的任務(wù)，比如辨識(shí)貓狗，下圍棋，或者和人類對(duì)話。此時(shí)，為了同一時(shí)間進(jìn)行多次運(yùn)算“并行處理”數(shù)據(jù)而開發(fā)出來的 GPU 有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，它也在人工智能時(shí)代煥發(fā)出了全新的生命。

而芯片的另一個(gè)重要應(yīng)用是通信。厄文·雅各布（Irwin Jacobs）看到芯片能處理一些復(fù)雜的算法，來編碼海量信息，就和朋友們創(chuàng)立了高通公司（Qualcomm），進(jìn)軍通信領(lǐng)域。我們知道最早的移動(dòng)電話又叫大哥大，像一塊黑色的磚頭。

隨后，通信技術(shù)得到了飛速發(fā)展——2G 技術(shù)可以傳輸圖文，3G 技術(shù)可以打開網(wǎng)站，4G 足以流暢觀看視頻，而 5G 則能提供更大的飛躍。這里的每一個(gè) G，代表的都是“代”。可以看到，每一代無線技術(shù)，都讓我們通過無線電波傳遞的信息呈指數(shù)上升。如今我們手機(jī)上看視頻，稍稍有些卡頓就感到不耐煩。殊不知 10 多年前，我們還只能傳文字短信。

高通參與了之后 2G 到后面其他手機(jī)技術(shù)的開發(fā)。利用依照摩爾定律不斷進(jìn)化的芯片，高通能通過無限的頻譜，將更多的手機(jī)通話放到無垠的空間中。而為了升級(jí) 5G 網(wǎng)絡(luò)，不僅需要在手機(jī)里放入新的芯片，也需要在基站中安裝新的硬件。這些硬件和芯片憑借更強(qiáng)大的算力，能用無線的方法更快地傳輸資料。


07
生產(chǎn)制造以及供應(yīng)鏈

1976 年，幾乎每家設(shè)計(jì)芯片的公司都有自己的制造基地。然而如果將芯片設(shè)計(jì)和芯片制造的工作分離開來，將制造芯片的工作交給專門的代工廠，可以大幅減少芯片設(shè)計(jì)公司的成本。

臺(tái)積電應(yīng)運(yùn)而生，并承諾只制造芯片，不設(shè)計(jì)芯片。這樣一來，設(shè)計(jì)芯片的公司不必?fù)?dān)心機(jī)密資料外泄。而臺(tái)積電也不依賴販賣更多芯片——只要客戶成功，他的公司就取得了成功。

在臺(tái)積電之前，就有一些美國芯片公司將目光望向了浩瀚的太平洋對(duì)岸：上世紀(jì)六十年代，仙童就在香港建立了中心，組裝從加州運(yùn)來的各種芯片。投產(chǎn)的第一年，香港工廠就組裝了 1.2 億個(gè)裝置，人力成本極低，但品質(zhì)極好。十年內(nèi)，美國幾乎所有的芯片公司都在亞洲設(shè)立了組裝廠。這也為芯片如今以東亞和東南亞為中心的供應(yīng)鏈格局奠定了基礎(chǔ)。

亞洲的高效和對(duì)質(zhì)量的偏執(zhí)，很快就對(duì)美國在芯片業(yè)上的地位帶來了沖擊。上世紀(jì)八十年代，負(fù)責(zé)檢測(cè)芯片質(zhì)量的公司高管們意外發(fā)現(xiàn)，日本生產(chǎn)的芯片質(zhì)量已經(jīng)超過了美國——普通的美國芯片故障率是日本芯片的 4.5 倍，品質(zhì)最差的美國芯片故障率是日本芯片的 10 倍！“日本制造”不再是廉價(jià)但質(zhì)量低劣的代名詞。更可怕的是，即便是被壓榨到極限的美國生產(chǎn)線，效率也遠(yuǎn)不及日本。“日本的資金成本只有 6% 到 7%，我最好的時(shí)候，成本也要 18%。”AMD的首席執(zhí)行官杰瑞·桑德斯（Jerry Sanders）有一次說道。

金融環(huán)境也起到了推波助瀾的效果：美國當(dāng)時(shí)為了遏制通脹，利率一度高到 21.5%；而日本的芯片公司都有財(cái)團(tuán)在背后扶持，民眾又習(xí)慣儲(chǔ)蓄，使得銀行能為芯片公司長(zhǎng)期提供大額低息貸款。資本助力下，日本公司可以激進(jìn)地?fù)寠Z市場(chǎng)。

此消彼長(zhǎng)之下，最終有能力生產(chǎn)高級(jí)邏輯芯片的公司集中于東亞地區(qū)，制造出的芯片也隨即送至周邊進(jìn)行組裝。比如蘋果公司的芯片主要在韓國和我國臺(tái)灣地區(qū)生產(chǎn)，然后送到富士康進(jìn)行組裝。這些芯片不僅包括主處理器，也包括無線網(wǎng)和藍(lán)牙的芯片，拍照用的芯片，感知?jiǎng)幼鞯男酒取?/span>

隨著生產(chǎn)制造芯片的能力逐漸集中于少數(shù)公司，這些原本的代工公司也有了更大的權(quán)力，比如協(xié)調(diào)不同公司的需求，甚至制定規(guī)則。由于當(dāng)下負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)芯片的公司沒有制造芯片的能力，只能聽從建議。這些日益龐大的權(quán)力，也正是當(dāng)下地緣政治角斗的話題之一。


08
中國芯片發(fā)展史

1950年代-1970年代：起步階段

在建國初期，中國芯片產(chǎn)業(yè)處于起步階段。當(dāng)時(shí)，中國主要依賴進(jìn)口芯片滿足國內(nèi)需求。為了實(shí)現(xiàn)自力更生，中國開始進(jìn)行芯片技術(shù)的研發(fā)和制造。


1980年代-1990年代：探索與引進(jìn)階段

在這一階段，中國芯片產(chǎn)業(yè)開始探索自主研發(fā)與引進(jìn)合作相結(jié)合的路徑。一方面，中國進(jìn)行芯片技術(shù)研發(fā)和制造，推動(dòng)了國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。另一方面，中國也引進(jìn)了國外的芯片技術(shù)和設(shè)備，通過合作與學(xué)習(xí)提升自身技術(shù)水平。


2000年代：快速發(fā)展階段

在進(jìn)入21世紀(jì)初，中國芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段。中國政府提出了"微電子強(qiáng)國"戰(zhàn)略，并推動(dòng)了芯片產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新、人才培養(yǎng)和企業(yè)發(fā)展。中國的芯片制造和設(shè)計(jì)能力顯著提高，開始逐漸滿足國內(nèi)市場(chǎng)需求。


2010年代至今：自主創(chuàng)新階段

在當(dāng)前階段，中國芯片產(chǎn)業(yè)更加注重自主創(chuàng)新和核心技術(shù)突破。中國加大對(duì)研發(fā)投入，推動(dòng)了一批國內(nèi)芯片企業(yè)的崛起和成長(zhǎng)。同時(shí)，中國積極吸引國外技術(shù)人才和引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，進(jìn)一步提升了芯片產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

現(xiàn)在，中國芯片產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)主要包括核心技術(shù)自主創(chuàng)新的難度、供應(yīng)鏈的脆弱性以及國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等方面。雖然最近美國和荷蘭最近相繼宣布了對(duì)光刻機(jī)出口的限制措施，進(jìn)一步加劇了美國對(duì)中國芯片行業(yè)的打壓。荷蘭光刻機(jī)巨頭ASML發(fā)布公告稱，最先進(jìn)的DUV光刻機(jī)出口需要得到荷蘭政府的許可。與此同時(shí)，美國也計(jì)劃利用其廣泛影響力，阻止特定中國廠商獲得更多的荷蘭設(shè)備。然而，我們政府正在通過政策支持、資金投入和人才培養(yǎng)等措施，加大對(duì)芯片產(chǎn)業(yè)的支持力度，以推動(dòng)中國芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和國際競(jìng)爭(zhēng)力的提升。


結(jié)語

從解密二戰(zhàn)密碼的機(jī)器，到送人上月球的飛船。從隨身播放音樂的隨身聽，到日常出行的飛機(jī)和汽車，再到我們閱讀這篇文字時(shí)所用的手機(jī)和電腦，這些設(shè)備都離不開芯片。

每天，每個(gè)普通人的生活都會(huì)至少用到幾十上百種芯片。這一切的一切，都離不開芯片技術(shù)的發(fā)展，以及對(duì)芯片的生產(chǎn)制造。芯片是這個(gè)時(shí)代最重要的發(fā)明之一，想要開發(fā)出新的芯片，不僅需要科學(xué)技術(shù)的加持，更需要先進(jìn)的制造生產(chǎn)能力，以及應(yīng)用這些芯片的民用市場(chǎng)。

芯片設(shè)計(jì)與制造能力的布局，經(jīng)過了幾十年的變遷，形成了當(dāng)下的格局，也在當(dāng)下這個(gè)時(shí)代產(chǎn)生了別樣的意義。