人的头发直徑是7万納米，周长是二十二万納米。用制程5納米工艺生产芯片，就如同朝着头发丝建造四点四万个马路。
二零二零年五月十五日，美国发布对华为的芯片限令，自此，芯片受到老百姓的普遍留意。九月十五日该限令开启开始执行，台积电、联发科、高通、索尼、三星、SK海力士、美光等全球顶级芯片厂商无法再为huawei出售芯片。9月16日，中纪委在其官网发表称“华为芯片断供或是中国芯片领域涅槃的开端”。
大家经常讨论芯片，你可知道芯片到底是什么？
1.芯片的发现改进了人们生活模式
1947年12月23日，美国贝尔实验室3位科学家约翰·巴登、威廉·肖克利和瓦尔特·布拉顿发现了锗晶体三极管，电子世界步入半导体世代。晶体三极管的3位发明人获得1956年诺贝尔物理学奖。
二十世际五十年代是半导体的关键阶段，几乎任何的半导体器件和核心工艺全是在此时段开发而来的。
1954年十月18日，usa德州仪器公司发现了晶体管收音机，这件有4只晶体三极管的收音机小到可以装到裤兜里。
1958年9月12日，德州仪器公司电子工程师杰克·基尔比（1923年-2005年）发现了集成电路，并在1959年成功生产出世界上第一块集成电路，即芯片。这件集成电路就是在一面锗片上刻蚀出PNP型晶体管（三极管）、电阻和电容，用外部导线把它们组合成线路。这片简单的集成电路掀开了芯片领域的帷幕，也把人们科技发展能力引向一个新的高点，并很大程度上改变了了人们的生活模式。
芯片制造工艺的不断改进让单体晶体管费用大降。1959年，一面芯片内有6个晶体管，估算一个晶体管十美金；1971年，一面芯片内有2000个晶体管，估算一个晶体管0.3美金；2004年，一面芯片内有上百亿个晶体管，单体晶体管费用跌穿十亿分之一美金。芯片性价比的加强，让芯片步入平民百姓家居变成有机会。
芯片可以说二十世际最伟大的发明，别的不少发现也成立在芯片的核心上。如今，大家衣食住行在一个被芯片围绕的全球里，没了芯片无路可走。
广大群众生活起居不可缺少芯片，电话、计算机、手机手表等智能产品有芯片，光钎猫、路由器、移动硬盘、内存卡、优盘等网络硬件设备和电脑外设有芯片，身份证、护照、银行卡、购物卡、消费卡等随身证件有芯片，电视机、音响喇叭、投影仪、充电器、LED灯、电子秤、空调、冰箱、微波炉、电磁炉、热水器等家用电器也有芯片，门禁、监控太阳能电池等也必须芯片。假如谁研制一款编码让全球全部的芯片失灵，那人们衣食住行可以倒退。
杰克·基尔比因研制芯片拿到2000年诺贝尔物理学奖。他也是手握计算器和热感打印机的发明家。基尔比被人誉为科学家时，他谦恭地说：“科学家是表述客观事物的人，要有杰出的思想观念；而我是处理问题的人，只是个技术员，责任只是研制新技术，生产新商品，甚至必须从科技发明中挣钱。”
2.知道芯片务必首要知道“PN结”
从上文得知，在半导体器件上设计出二极管、三极管、电阻、电容等电子元器件，再用导线把它们相互连接，这就是集成电路，也叫芯片。要想知道芯片，务必首要知道“PN结”，它是半导体技术的关键。
半导体器件参入五价元素，电子浓度增大，形成N型半导体；半导体器件参入三价元素，空穴浓度增大，形成P型半导体。“空穴”指的是共价键上的电子拿到能量后摆脱共价键的束缚成为自由电子后，在共价键上留下的空位。
P型半导体与N型半导体密切触及后，带负电荷的电子和带正电荷的空穴便向对方扩散；电子和空穴在扩散中导致接触面形成内电场，内电场又阻止这种扩散，让电子和空穴向回漂移。当电子和空穴的扩散速度和漂移速度达到动态平衡时，P型半导体与N型半导体的接触面便形成“PN结”。
“PN结”的关键特性只是“单项导电性”。假如把P型半导体端作正极，N型半导体端作负极，电流便可通过PN结；假如把N型半导体端作正极、P型半导体端作负极，电流则不能通过PN结。计算机用二进位只是由“PN结”的特性决定的，电流通过“PN结”代表“1”，电流不能通过“PN结”代表“0”。
“PN结”只是二极管。假如让两块P型半导体中间夹着一块N型半导体,就构成三极管，也就是上文提到的PNP型三极管。当然，假如让两块N型半导体中间夹着一块P型半导体，这就成了NPN型三极管。
平常人是看不到芯片“真容”的，芯片小如人的头皮屑，大的也就像人的指甲盖，因为它太浅薄，务必封装在密封的壳中才可以接入到外部电路上。打开电脑、电视等电器，可以看到一块很大的电路板，电路板上有很多电子元器件，那些有多个引脚的电子元器件只是芯片，这些引脚接入着芯片的输入输出端，有的在芯片封装体的两侧，有的在四个面上，有的则是在底部成矩阵排列，密密麻麻，有1000多个引脚。
3.造芯片如同在一粒米上雕塑世界及全部路面建筑物
在此必须提到一种定义，那便是“摩尔定律”。
1965年，世界著名芯片生产商美国英特尔公司的创始人之一戈登·摩尔提出，单片芯片上的晶体管数量会年年翻一倍。随后他更改为每两年翻一倍。这种判定历经现实检验几乎合理。2011年，英特尔酷睿i7芯片上有22.7亿个晶体管。如今，一些高端芯片上的晶体管数量超过数百亿个。数年前，半导体厂商CerebrasSystems用台积电16纳米制程工序生产的AI芯片WSE，则集成了1.2万亿个晶体管！
“制程”指的是芯片上晶体管栅极宽度，我们可以把它简单地解释成晶体管的尺寸。制程越小，在一面芯片上构建的晶体管就愈多，集成电路的范围就越大。
芯片运算速率不断提升，归功于芯片的集成度愈来愈高。芯片的集成度越高，表面的电子元件就越小，各电子元件之间的导线也就越短，电流依据时用的时间继而缩短，耗能减少，处理速度加速。
让一面芯片承载大量的晶体管，有三种方法，一是提升芯片面积，二是缩小晶体管体积，三是让集成电路立体化。增大芯片面积一般不被思考，由于这会提升耗能，降低芯片的效率。现在，人们主要采取后两种方法提升芯片上的晶体管数量。
芯片制造属于微观世界，表面的电子元件小到只有几个原子或几个分子大，要用更小的度量衡单位纳米和埃来衡量。一般尺子上的最小刻度是毫米，1毫米等于1000微米，1微米等于1000纳米，1纳米等于10埃。人的头发直径是7万纳米，周长是22万纳米。用制程5纳米工序加工芯片，就如同沿着一根头发修建4.4万条公路。
缩小电子元件体积是有极限的，人们便思考在一面芯片上构建层层集成电路来提升晶体管数量。这就如同是建居民住宅，平房容纳的居民数少，盖成几十层高的楼房容纳的居民数就多。集成电路的叠加要比盖楼房复杂得多。楼房各层布局是相同的，而芯片各层电路是不同的，层与层之间的连接异常复杂。
小编更进一步比喻，加工芯片如同在一粒小米粒上雕塑出一个完好的地球，并且还得把地球上所有的路面和建筑都要雕塑出来。路面就是芯片上的导线，建筑就是芯片上的电子元件。依据此比喻，大家便可设想，加工芯片该有多复杂，难度系数该有多大。
4.硅的提炼是芯片产业的根基
半导体材料很多，但在具体运用中，九成以上都采用硅，由于硅的熔点是1415摄氏度，可在芯片加工中准许高温工序。
硅是由沙子冶炼来的，但要把沙子冶炼成能加工芯片的硅，必须非常高的纯度。小编把纯度是99.99%的金叫纯金（4个9），但加工芯片的硅的纯净度起码要实现11个9，即每10亿个硅原子里的杂质原子不得超过1个，这一纯净度的硅1955年美国贝尔实验室就提炼出来了。目前一块芯片上有数以千亿计的电子元件，对硅的纯净度标准更高，起码为13个9，这是芯片制造的基础，不把握硅的提纯工艺，是无法造出芯片来的！
大家会问，为何制作芯片的硅标准纯净度这般高?芯片上的电子元件十分细微，假如用5纳米制程工序制作芯片，上面有1纳米的杂质就会把整块芯片废掉。大家姑且举个例子。假如一条道路四十米宽，道路中间有块1米宽的石墩，车辆可绕开这里石块走，不可能造成交通堵塞。但是，假如一条道路只有5米宽，道路中间有块1米宽的石墩，车辆就避不开这里石块了，这条道路就堵死了。
因此，制作芯片不仅标准硅的纯净度高，还标准制作工序的每一个环节是无尘的，其纯净度是医院外科手术室的10万倍，乃至有二分之一的工序是在真空环境下开展的。正由于如此，新冠肺炎疫情下芯片制造商不用关停抗疫，由于员工全身上下全身防护，有的防护衣乃至内置呼吸系统，以防人体新陈代谢的脱落物和呼出的气体污染芯片。
5.光刻机实际上是集成电路投影仪
“光刻机”这一名字翻译不精确，很有虚假性，很多人误以为光刻机根据物理触及在晶体硅表层上“刻”出集成电路来，如同计算机雕刻一样。实际上，芯片不是“刻”出来的，而是“照”出来的。因此，光刻机叫“集成电路投影仪”更恰当。
当制作芯片的晶圆进入光刻工艺环节时，光刻机根据掩模版把集成电路图投影到晶圆表层的光刻胶上，光刻胶曝光后，根据化学药液把曝光区域蚀刻，之后清洗，这样，集成电路的图形就出来了。光刻过程和传统照相的照片冲印是一个道理，光线根据底片让相纸感光，之后把感光的相纸放在药液里显影、定影。
一块芯片要历经数十次乃至数百次光刻，光刻后的多个工序还必须几个礼拜，之后才能进入封装环节。
芯片制造工艺飞速发展，但芯片制造的大部分尖端技术源于贝尔实验室，贝尔实验室为信息技术革命所做的功绩永垂青史。
7.有光刻机就能造芯片吗？
很多大家对光刻机特别感兴趣，觉得拥有光刻机就能造出芯片来。其实并不是这样，尽管光刻机在芯片制造中占至关重要位置，但它仅是芯片制造一千多道工序中的一道而已，拥有光刻机但假如没能把握其他工序，照样造不出芯片来。
1961年，usaGCA公司制作出全球首台光刻机，现今，全球上有4个国家的7家企业可以制造光刻机，即荷兰的阿斯麦尔，usa的英特尔、超科技半导体、鲁道夫，日本的尼康、佳能，德国的速思微科。
前文已述，芯片领域的根本是材料，也就是硅的提纯，不把握硅的提纯技术，制造不了芯片级纯度的晶体硅，造芯片就无从说起。
其次，芯片上有数以千亿计的电子元件，如此浩大的电路靠人工是画不出来的，必须采用电子设计自动化软件EDA。EDA是诸多自然学科的综合运用，由usa凯登、新思科技和明导几家企业垄断。
EDA在芯片制造流程中起着至关重要功效，芯片的功能和集成度，完全依赖于EDA的设计水平。拥有高纯度硅和光刻机，却没有EDA或不能采用EDA，仍旧造不了芯片来。
小编：刘植荣 由来：头条@铁塔-刘植荣
