精选文摘《万众瞩目的芯片，究竟是什么？》

精选文摘《万众瞩目的芯片，究竟是什么？》内容如下：

在精确入微的芯片生产过程中，除了防止灰尘，还须严格防震。当年为了避免周围环境的震动对生产厂房产生影响，华虹NEC厂房的地基内打入了3000多根桩子，在桩基上整体浇铸了1米多厚的核心承台，厂房周围还挖了隔离带。工人开来十几台满载的大卡车绕着工地来回转，测试类似震动对厂房的影响。之所以如此谨慎，是因为这是提高良品率必不可少的条件。

芯片就是在晶圆上画电路然后切割，把电子运动的路线通过数以亿计的晶体管安排得明明白白。这就不得不提最重要的一道工序：光刻——画出路线图，也决定着每个晶体管的尺寸。完成这一关键操作的光刻机，也就成了最宝贝的设备。

光刻机也非常敏感，每台光刻机的内部都有一个类似飞机黑匣子的装置，专门记录运输途中周围环境的温度、湿度、压力和震动等数据，允许的波动范围非常小。寻常的精密设备运输公司，甚至没法承揽这项运输工作。

荷兰公司阿斯麦是光刻机的老大，独家掌握着目前全球最尖端的EUV（极紫外）光刻机，这是生产7纳米以下先进制程芯片的关键设备，这一型号也是光刻机核心能力的最佳体现：定位精准、快速生产、稳定输出。

一片12英寸（300毫米）的晶圆，要做出成百上千颗芯片，而一颗芯片就要光刻二三十次甚至更多，光刻机要在快速且细微的移动中重复完成以上工作。阿斯麦2022年年报里透露，阿斯麦不同级别的光刻机，可以达到每小时光刻200——300片晶圆，由此支撑全球万亿颗芯片的供应，这称得上是工程学的一大奇观。

芯片制造工艺比我们想象得更伟大。60年前，第一颗芯片上的晶体管数量只有4个，现在苹果手机A17处理器芯片的晶体管有190亿个。

持续更新的技术和工艺让晶体管更小更稳定，巨大的规模效应使得单个晶体管的制造成本更加低廉，甚至微不足道，芯片才得以飞入寻常百姓家，数字时代才真正到来。

国产替代之路

中国第一枚具有完全自主知识产权的非接触式IC卡芯片，出现在2001年的上海，它嵌在社保卡和公交卡上，从那时起，中国开始摆脱IC卡进口依赖，推动国产替代。

之后的5年间，换发的第二代居民身份证上有了中国芯。其后，手机SIM卡也开始了国产化进程，平均价格从原先的82元进口价降至8元的国产价。

银行卡芯片的国产化始于2013年，以通过银联和国密认证为标志，填补了国内金融IC卡领域的空白。但据银联《2020年中国银行卡产业发展报告》，发行的银行卡里，中国芯占比不到五成，完全的国产替代仍需时日。

中国的信息化建设从20世纪末开始崛起，“金卡工程”是起步工程之一，芯片是基础元件。在这一大背景下，芯片的国产化替代，又是另一项重大课题，同样具有非凡的战略意义。

制造芯片之前，要像盖房子一样，先对它的内部电路结构进行设计，看是采用钢筋混凝土结构还是干栏式的砖木结构。当下，以复杂程度最高的处理器为例，国内有华为、飞腾、龙芯、兆芯、海光、申威等企业在CPU领域发力。

CPU的主流芯片架构是X86和Arm，X86甚至主导了当前PC（个人计算机）及服务器市场。然而，即便是国产CPU龙头企业，仍需依赖海外企业对这两类架构进行专利授权，就算选择了自主可控程度相对较高的架构，仍碍于应用小众，兼容度相对较弱，民用市场推广上多有掣肘。综合性能上仍需奋力追赶国际巨头英特尔和超威。

我们必须看清现实差距：从实验室研发到标准化的生产线，再到竞争激烈的市场推广，应用的路已然漫长艰辛；面对进口芯片的先发优势，国产芯片寻求突围替代、实现独立自主的任务更加艰巨。

国家统计局公布的数据显示，2022年，中国进口芯片5384亿颗，花了2.8万亿元人民币，而进口5亿吨原油，总花费是2.4万亿元，芯片仍是我国第一大进口商品。

国产芯片发力追赶的同时，对手也不会原地踏步。而回顾芯片发展史，硅谷的工程师一次次证明，先机始终从原创发明中诞生。

让人倍感惊险的是，好些发明一开始并不受待见。赫赫有名的仙童半导体公司，是第一颗芯片诞生的摇篮，可仙童的创始人、后来参与创立了英特尔的戈登·摩尔起初并没有获得足够的支持。1960年，营销副总裁汤姆·贝更是对项目负责人杰·拉斯特直言：“你为什么要去搞集成电路？这个玩意儿浪费了公司整整100万美元，却没有什么收益，必须裁撤掉。”

然而，正是这个最开始不被看好的研发项目，成了信息化社会的基石。

再往前走，技术的前端是科学，芯片的产业大厦建立在基础科学的研究成果之上，芯片的科学起点是量子物理学。

灵感的起点和爱迪生的灯泡有关。当时，爱迪生观察到灯泡内壁被熏黑，偶然发现了真空灯泡中存在着单向电流，后来被称为“爱迪生效应”。再后来，物理学家约瑟夫·汤姆逊发现了电子，这一效应有了科学解释。基于对这一效应的研究，科学家发现了半导体的独特属性。

如今，芯片的科学原理早已不是秘密，层出不穷的论文、专利也都公开发表，很容易在网上获取，全世界的工程师似乎处在同一个起跑线上。但若从科学的视角出发，罗斯福总统的科学顾问万尼瓦尔·布什博士更加高瞻远瞩。

二战后的1945年，万尼瓦尔·布什在《科学：无尽的前沿》这份重磅报告里提醒：“一个依靠别人来获得基础科学知识的国家，无论其机械技能如何，其工业进步都将步履缓慢，在世界贸易中的竞争力也会非常弱……政府加强工业研究最简单、最有效的方式是支持基础研究和培养科学人才。”

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