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　　芯片设计◈★！凯发官网入口首页◈★。凯发天生赢家一触即发◈★！k8凯发(中国)官方网站芯片构成了现代社会正常运转的核心控制单元◈★，影响范围涉及国家安全◈★、商业◈★、政治◈★、文化等方面◈★，没有芯片◈★，我们现在所拥有的便利生活几乎都无从谈起◈★。资深芯片研究专家汪波的《芯片简史》一书◈★，以半导体技术发展的时间线为主轴◈★，以多种门类的半导体器件演进过程为脉络◈★，覆盖了材料◈★、器件◈★、工艺◈★、架构和应用等多方面内容◈★，展现了半导体行业从理论形成到产业爆发的全貌◈★。了解芯片发展历程◈★，才能看清未来发展趋势◈★，而芯片的故事◈★，也是无数“科技树”的缩影之一◈★。

　　技术改变世界◈★，芯片毫无疑问是极少数能改变每个人的桂冠级产品◈★。２０世纪以来◈★，计算机分别采用继电器◈★、真空管和分立的晶体管作为开关元件◈★，体积十分庞大◈★。２０世纪６０年代起◈★，人们开始用芯片搭建计算机◈★，伴随着晶体管技术的成熟和芯片集成度的提高◈★，到了２０世纪６０年代末◈★，只需一颗芯片就能实现大部分计算功能◈★。从物理学家研究晶体内部的电子运动◈★，到芯片成为全球最重要的生产力工具◈★，其实只用了６０多年的时间◈★。

　　1959年◈★，美国著名半导体厂商仙童公司首先推出了平面型晶体管◈★，紧接着于1961年又推出了平面型集成电路◈★。这种平面型制造工艺是在研磨得很平的硅片上凯发k8娱乐官网◈★，采用一种名为“光刻”的技术来形成半导体电路的元器件◈★，如二极管◈★、三极管◈★、电阻和电容等◈★。只要“光刻”的精度不断提高◈★，元器件的密度也会相应提高◈★，从而具有极大的发展潜力◈★。

　　1965年◈★，ＩＢＭ公司开始发售广受欢迎的Ｓ３６０计算机◈★，它采用分立晶体管◈★，售价高达１１万美元◈★。同年◈★，全世界约有２万台计算机◈★，平均每１６万人才拥有１台◈★。如果芯片价格能以指数速度下降◈★，那么计算机就能变得廉价并普及开来◈★。在此两年前◈★，芯片的销售量达到了５０万颗◈★，但仍远低于晶体管的数亿颗◈★，而且芯片的客户几乎都是美国军方◈★，民用市场都被芯片当时高昂的价格吓退了◈★。

　　这一年◈★，时任仙童半导体公司研究开发实验室主任◈★、后来英特尔创始人之一的摩尔◈★，应邀为《电子学》杂志３５周年专刊写了一篇观察评论报告◈★，题目是“让集成电路填满更多的元件”◈★，其目的是为了说服业界相信芯片市场前景广阔◈★。如果能让人们相信未来有这种趋势◈★，那么客户就会放下顾虑并逐渐接受芯片◈★。

　　摩尔决定从数学中找答案◈★。他注意到◈★，在芯片诞生的头几年◈★，一枚芯片里元件的数量一直在不断地增长◈★，而且似乎很有规律◈★，大约每年翻一番◈★。于是他预测下一个１０年中◈★，这种元件数每年翻倍的趋势将持续下去◈★，将从６４个增长１０００余倍◈★，变成６５０００个◈★。这意味着◈★，芯片未来不仅价格会大幅下降◈★，芯片性能也会随着规模化生产而得到快速提升鹰潭同城游◈★。１０年后◈★，一颗芯片的性能相当于当时１０２４颗芯片性能的总和◈★。

　　摩尔在那篇文章中写道◈★：“我相信◈★，这么大的一块集成电路能建造在一片单独的晶圆上◈★。”“我相信”这三个字很简洁◈★，却显示出他不凡的信心和抱负◈★。

　　他的文章发表后◈★，并没有立刻引起轰动◈★。反而◈★，业界当时流传着一个关于芯片的“厄运预言”◈★。当晶体管中有电流流过时◈★，一部分电能会转换为热量◈★。芯片中晶体管越多◈★，热量也越多◈★。人们估计◈★，如果元件数量达到数百万个◈★，它们产生的热量聚集在指甲盖大小的空间◈★，热量密度会超过核反应堆◈★，直逼火箭的喷射口◈★，导致芯片熔化◈★。这意味着当晶体管还没有缩小到极限时◈★，芯片散热问题就能让摩尔定律提前“死亡”◈★。

　　在过去的几十年◈★，晶体管工艺节点从几十微米延伸到了１微米以下凯发k8娱乐官网◈★，又沿着５００纳米◈★、３５０纳米◈★、２５０纳米◈★、１８０纳米和１３０纳米一直延续到了１００纳米以内◈★，进入了９０纳米◈★、６５纳米◈★、４５纳米和３２纳米◈★。进入２０世纪第一个１０年◈★，摩尔定律又从２２纳米工艺节点开始◈★，向着１４纳米◈★、１０纳米◈★、７纳米和５纳米继续前进◈★。

　　一枚芯片里晶体管的数量◈★，从几个飙升到了上百亿个◈★，这是了不起的进步◈★。可如今◈★，面对功耗◈★、内存◈★、开关功耗极限及算力瓶颈这几堵“高墙”◈★，摩尔定律预测的翻倍节奏放缓成为不争的事实◈★。不仅晶体管放慢了栅长缩短的脚步◈★，内部热量达到了难以忍受的程度◈★，而且开关频率停止了增长◈★，半导体厂商更新换代的周期也变得越来越长◈★。叱咤江湖的摩尔定律或许真的要失灵了◈★。

　　然而◈★，给外界的感觉是◈★，芯片产业仍一片欣欣向荣◈★。《芯片简史》的解释是◈★，目前业界宣称的所谓１０纳米◈★、５纳米的“技术节点”并不是真实的◈★，其对应的晶体管中根本没有任何一个特征尺寸是１０纳米或５纳米◈★。例如◈★，在台积电公司的“１０纳米工艺节点”中◈★，晶体管的栅间距为６６纳米◈★，而金属间距是４４纳米◈★，与１０纳米相距甚远◈★，不过是数字游戏罢了◈★。

　　那么◈★，如果真的像半导体厂商宣称的那样◈★，未来几年的工艺节点将推进到１纳米甚至0.5纳米◈★，又会怎样呢？书中介绍◈★，一个硅原子的直径是0.5纳米◈★，届时晶体管将只有１到２个原子大小凯发k8娱乐官网◈★。在这么小的尺寸下◈★，海森堡不确定性原理将起作用◈★，原本确定的０和１之间的界限将变得模糊◈★，晶体管开关将彻底失效◈★，而其上的计算芯片大厦也将轰然倒塌鹰潭同城游◈★。因此《芯片简史》直言◈★，这些所谓的“技术节点”的数值已经不代表任何真实尺寸◈★，只是一种商业宣传的幻觉◈★。

　　目前◈★，晶体管正逼近物理极限◈★，这一障碍与以往的技术障碍不同◈★，谁也无法回避量子力学的限制◈★。就连为公众熟悉的芯片加工“神器”光刻机◈★，也正陷入尴尬境地◈★。

　　光源为193纳米的浸没式光刻机◈★，可以加工的最小栅间距约为34纳米◈★。193纳米的紫外光◈★，本身无法用来加工这么小的尺寸◈★，它需要经过多次曝光◈★，分次加工线条的不同边缘◈★，才能达到所需的精度◈★。然而◈★，加工尺寸越小◈★，紫外光进行多重曝光所需的掩膜版数量也就越多凯发k8娱乐官网◈★，到了７纳米技术节点◈★，就需要几十层掩膜版◈★。掩膜版越多鹰潭同城游◈★，加工步骤越多◈★，意味着所花费的成本和时间也越多◈★。10纳米工艺制造的晶圆鹰潭同城游◈★，比14纳米工艺制造的晶圆贵了32％◈★，而７纳米的技术节点◈★，又比10纳米贵了14％◈★。

　　作为进化形态◈★，ＥＵＶ光刻机的光源波长是13.5纳米鹰潭同城游◈★，仅为浸没式光刻机的十分之一◈★，是解决这一问题的希望◈★，但新的问题又冒了出来◈★。ＥＵＶ光无法在空气中传播◈★，因为这么短波长的光会被空气吸收掉◈★。为此◈★，机器内部的光传播路径和晶圆加工台所在区域要抽真空◈★。可是◈★，玻璃透镜会吸收ＥＵＶ光◈★，人们不得不放弃使用了几十年的透镜◈★，改用反射镜◈★。然而鹰潭同城游◈★，普通的反射镜也会吸收ＥＵＶ光◈★。为此◈★，阿斯麦尔公司发明了一种特殊的镜子◈★，表面交替涂有硅和钼的薄层◈★，每层只有几纳米厚◈★。利用两种材料不同折射系数的布拉格效应◈★，每个交界面处都可以反射一部分ＥＵＶ光◈★。ＥＵＶ光在到达晶圆台前要经过12个反射镜◈★，每次反射损失３０％◈★，最后只有约１％的光线能照射到晶圆片上◈★。本来250瓦的光源◈★，照到晶圆上只剩下２瓦◈★。如此微弱的光线需要光刻胶极其敏感◈★，但高灵敏度的光刻胶又会引起加工精度的波动……真正是◈★，技术难题层出不穷◈★，解决完一个◈★，又冒出一个凯发k8娱乐官网◈★。

　　经过多次延迟◈★，阿斯麦尔公司最终克服了难以想象的困难◈★，制造出了人类历史上最精密的光刻机◈★，每台成本高达２亿美元◈★。遗憾的是凯发k8娱乐官网◈★，ＥＵＶ光刻机很快也将达到极限◈★。据预测◈★，2028年半节距将达到极限的８纳米凯发k8娱乐官网◈★。那将会是“悬崖边缘”◈★，再往前就是量子力学的不确定性统治的世界了◈★。当光刻精度达到极限后◈★，晶体管尺寸将无法继续缩减◈★。

　　回顾芯片发展史◈★，令人感慨◈★。如果说芯片产业是一棵大树◈★，那么这棵大树起源于一颗很小的种子◈★。这棵树的根是物理◈★、化学和材料等基础学科◈★，树干是半导体技术◈★，各种器件和芯片组成了它的枝叶◈★，这棵树不断地向上◈★、向外扩展◈★。

　　为了生长◈★，大树需要将水分和养料从根部“泵”到如此高的枝头◈★，同时它还需要在地下◈★，朝着几乎与树冠相近的深度继续扎根下去◈★。芯片产业也是如此◈★，它也要向更深的基础科学扎根◈★，吸取养分◈★；而有创意的应用会在顶端萌芽冒出◈★，带动下面的营养物质向上输送◈★。如今◈★，在芯片领域◈★，人类已经抵达高高的树冠◈★，这棵大树是否能继续成长◈★，还要遵循一定的自然规律◈★。

　　《芯片简史》认为◈★，相较于解决具体技术问题的困难◈★，也许更难的是人们省察自身◈★。我们也要考虑为了解决问题而消耗的能源和产生的热量◈★，反省对环境产生的不利影响◈★。制造芯片消耗大量的水和电力◈★，每制造一颗芯片◈★，需要消耗约３.８升的水◈★。而且◈★，废弃的芯片无法自行降解◈★，需要经过额外的步骤处理◈★，才能不对环境造成污染◈★，否则我们将被电子垃圾包围◈★。

　　半导体制造虽然以硅为主要原料◈★，但为了造出最尖端的芯片◈★，人们已经将元素周期表中的一半元素都应用在芯片中◈★，其中一些元素有极大毒性◈★，在制造过程中不能外泄◈★。早在仙童半导体公司和英特尔公司刚刚成立的年代◈★，人们还没有意识到这个问题◈★，一些有害元素就这样进入了土壤层◈★。现在◈★，人们正尽可能地减少有害元素的排放◈★。

　　目前◈★，人工智能◈★、云计算需要大量芯片◈★，消耗的电力和产生的热量惊人◈★，许多服务器机房不得不建在寒冷或电力充沛的地方◈★。如果我们不对微电子器件的功耗做出改善◈★，那么到２０３０年◈★，全世界四分之一的电力将消耗在各种微电子器件上◈★。考虑到目前全球的电力仍主要由化石燃料供应◈★，这将对碳排放控制造成巨大压力◈★。

　　人文代价同样不容忽视凯发k8娱乐官网◈★。由于有了芯片和信息技术◈★，短短几十年间◈★，人类已经从信息匮乏时代◈★，进入了信息过剩时代◈★。我们生产了海量的数据◈★，而且新数据仍在以指数级增长◈★，过去十多年增加的数据◈★，超过了人类历史上所有数据的总和◈★。但这些数据如何才能转化为有效信息？如何才能在海量信息中坚定自我◈★，避免被其淹没？隐私如何在大数据时代得到保护？我们的确需要停下脚步反思一下了◈★。

　　本书集科技冒险◈★、商战故事◈★、大国博弈于一体◈★，分析了芯片崛起的历史◈★，以及以控制芯片行业的未来为目的的日益复杂的地缘政治权力斗争◈★，对理解当今的政治◈★、经济和和科技至关重要◈★。

　　作者瑞尼·雷吉梅克带我们重返了晶圆步进光刻机的诞生地◈★，和我们一起探索了ASML在全球获得令人瞩目的成功之根源所在◈★。