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　　K8天生赢家一触发✿◈，凯发国际k8官网半导体✿◈！K8凯发VIP入口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大菠萝福建网站引导入口✿◈。这种平面型制造工艺是在研磨得很平的硅片上✿◈，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凯发k8官网登陆✿◈、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✿◈。１０年后✿◈，一颗芯片的性能相当于当时１０２４颗芯片性能的总和凯发k8官网登陆✿◈。

　　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”大菠萝福建网站引导入口✿◈。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”✿◈。

　　在过去的几十年凯发k8官网登陆✿◈，晶体管工艺节点从几十微米延伸到了１微米以下✿◈，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凯发k8官网登陆✿◈，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纳米大菠萝福建网站引导入口✿◈，届时晶体管将只有１到２个原子大小✿◈。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✿◈。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凯发k8官网登陆✿◈，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✿◈，到了７纳米技术节点✿◈，就需要几十层掩膜版凯发k8官网登陆✿◈。掩膜版越多✿◈，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✿◈，比14纳米工艺制造的晶圆贵了32％凯发k8官网登陆✿◈，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✿◈，仅为浸没式光刻机的十分之一大菠萝福建网站引导入口✿◈，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✿◈，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✿◈。

　　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✿◈，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✿◈。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凯发k8官网登陆✿◈。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大菠萝福建网站引导入口✿◈，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✿◈。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✿◈。