几代半导体人的努力才有了如今的芯片

芯片的产生是好几代人努力的结果，其中很重要的节点是半导体材料的发现、晶体管的诞生、集成电路的产生、光刻技术的发展，到如今已经俨然成为了一个非常复杂的半导体产业链和结构体系。

在半导体领域也诞生了非常多的诺贝尔奖，比如贝尔实验室的约翰·巴丁，沃尔特·布拉顿和威廉·肖克利就因为发明了晶体管而获得了1956年的诺贝尔物理学奖。比如江崎玲于奈、伊瓦尔·贾埃弗、布赖恩·约瑟夫森因为发现了半导体电子的量子穿隧效应而获得了1973年的诺贝尔物理学奖。比如杰克·基尔比因为基础电路的发明而获得了2000年的诺贝尔物理学奖，杰克·基尔比获得的诺贝尔奖迟到了四十二年，因为他1958年就成功研制出了世界上第一块集成电路。

如果没有半导体、晶体管、集成电路这个世界会怎样？

要知道世界上第一台通用计算机ENIAC占地面积约170平方米，长30.48米、宽6米、高2.4米。它的30个操作台重达30英吨，使用了18800个真空管耗电量达到了170千瓦。

ENIAC造价达到了48万美元，在那个时候谁感想有自己的一台个人电脑，谁又会想到电脑会做到便携的状态，谁也不曾想到手机在当今这个时代会这么的出彩。玩过老式收音机和音响的对于电子管并不会陌生，它很占空间也很容易烧坏，还很耗电。

相比于体积小、功耗低、性能更优秀的贴片半导体元器件来说，真的就是一个天、一个地的差别。半导体晶体管使得大规模集成电路小型化、复杂化成为了可能。

在印刷电路普及之前，电器的内部线路都是长下图这个样子，一团乱麻毫无章法可言。谁曾想过这会是1848年世界上第一台电视的内部线路图。它体积大、笨重、耗电，而不能进行剧烈的抖动，很容易短路或者烧坏，所以维修起来也特别的麻烦。

晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件，先有半导体，后有二极管、三极管、场效应管、可控硅等等，然后才促使大规模印刷基础电路成为可能，大规模集成电路的小型化才使得指甲盖大小的芯片上能容纳一座微缩的大型城市，芯片发展的背后还依赖着光刻技术的发展，要不然它不可能追随者摩尔定律的脚步发展。

半导体技术恰恰印证了道家“一生二、二生三、三生万物”的思想

半导体是介于导体和绝缘体之间的一类物质，在一定条件下它可以从导体变成绝缘体，也可以从绝缘体变成导体。所以它就具备了“开”和“关”的特性，也具备了“是”和“否”的特性，也就能表达二进制的“0”和“1”。实际上我们都知道在现代信息化领域万万全全都是由“0”和“1”组成。

场效应管的高频次开关特性，才可以用电路，用很小的芯片来实现我们的各种逻辑门。

仅仅一个与非门的复制和粘贴就可以实现芯片的所有逻辑构成和所有的数学运算。下图就是一个由与非门组成的可以简单带进位的加法运算全加器。

芯片从理论到实践产出，依赖着一个非常重要的环节，光刻技术。想想现在指甲盖大小大一块芯片上就需要容纳几百亿的晶体管，可见难度之大，至少人直接通过手是很难办到，得借助光这把刻刀。这也是AMSL能垄断整个光刻机领域的原因。

这所有的一切都起始于导电和不导电，但从半导体的发现，到随处可见的半导体电子产品，再到如今5nm芯片的工艺制程是通过几代人的技术沉淀的结果。