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芯片制造与中国技术
为了把30吨的运算电路缩小，工程师们把能扔东西全扔了，直接在硅片上制作PN结和电路。下面从硅片出发，说说芯片的逆袭之路。
第一：硅
把这玩意儿氯化了再蒸馏，可以得到纯度很高的硅，就叫多晶硅吧，这种硅原子排列混乱，会影响电子运动，所以还得拉制成原子排列整齐的单晶硅，最后切成片就是我们想要的硅片。
硅的主要评判指标是纯度，你想想，如果硅原子之间有一堆杂质，那电子就别想在满轨道和空轨道之间跑顺畅。
无论啥东西，纯度越高制造难度越大。用于太阳能发电的高纯硅要求99.9999%，这玩意儿全世界超过一半是中国产的，早被玩成了白菜价。芯片用的电子级高纯硅要求99.999999999%(别数了，11个9)，几乎全赖进口，直到2018年江苏的鑫华公司才实现量产，只是目前产量少的可怜，还不及进口的一个零头。难得的是，鑫华的高纯硅出口到了半导体强国韩国，品质应该不错。不过，30%的制造设备还得进口……
电子级高纯硅的传统霸主依然是德国Wacker和美国Hemlock(美日合资)，中国任重而道远。
第二：晶圆
硅提纯时需要旋转，成品就长这样。把这圆柱切片后得到的硅片也是圆的，因此就叫“晶圆”。这词是不是已经有点耳熟了？
切好之后，就要在晶圆上把成千上万的电路装起来的，干这活的就叫“晶圆厂”。各位拍脑袋想想，以目前人类的技术，怎样才能完成这种操作？
用原子操纵术？想多了，朋友！等你练成御剑飞行的时候，人类还不见得能操纵一个一个原子组成各种器件。
晶圆加工的过程相当繁琐，咱说个大概轮廓，谢绝专业人士挑刺。首先在晶圆上涂一层感光材料，这材料见光就融化，那光从哪里来？光刻机，可以用非常精细的光线，在感光材料上刻出图案，让底下的晶圆裸露出来。然后，用等离子体这类东西冲刷，裸露的晶圆就会被刻出很多沟槽，这套设备就叫刻蚀机。再用离子注入机在沟槽里掺入磷元素，加热退火处理，就得到了一堆N型半导体。
完成之后，清洗干净，重新涂上感光材料，用光刻机刻图，用刻蚀机刻沟槽，用离子注入机撒上硼，就有了P型半导体。
整个过程有点像3D打印，把器件一点点一层层装进去。
这块晶圆上的小方块就是芯片，一块晶圆可以做多个芯片。芯片放大了看就是成堆成堆的电路，这些电路并不比那台30吨计算机的电路高明，最底层都是简单的门电路。只是采用了更多的器件，组成了更庞大的电路，运算性能自然就提高了。
据说这就是一个与非门电路：
提个问题：为啥不把芯片做的更大一点呢？这样不就可以安装更多电路了吗？性能不就赶上外国了嘛？
这个问题很有意思，答案出奇简单：钱！一块300mm直径的晶圆，16nm工艺可以做出100块芯片，10nm工艺可以做出210块芯片，于是价格就便宜了一半，在市场上就能死死摁住竞争对手，赚了钱又可以做更多研发，差距就这么拉开了。
说个题外话，中国军用芯片基本实现了自给自足，因为军用不计较钱嘛！可以把芯片做的大大的。另外，越大的硅片遇到杂质的概率越大，所以芯片越大良品率越低。总的来说，大芯片的成本远远高于小芯片，不过对军方来说，这都不叫事儿。
其实除了成本之外，大芯片的布线比小芯片更长，所以延时也更明显，驱动电流也大很多，由此导致整体设计更臃肿，性能上还是会吃亏。反正，小芯片就是比大芯片好用。
别把“龙芯”和“汉芯”混为一谈
第三：架构
用70亿个晶体管在指甲盖大小的地方组成电路，想想就头皮发麻！一个路口红绿灯设置不合理，就可能导致大片堵车。电子在芯片上跑来跑去，稍微有个PN结出问题，电子同样会堵车。所以芯片的设计异常重要，重要到了和材料技术相提并论的地步。
这么复杂的设计，必须得先有个章法。七十年代，英特尔率先想出了一个好办法：X86架构。详细内容不提了，简单来说，这架构虽然能耗高点、体积大点，但性能那是嗖嗖的，几乎垄断了电脑芯片市场，成就了如日中天的英特尔。
这相当于，英特尔提出造汽车用4个轮子，以后其他人想造4个轮子的汽车，就得先付授权费。这尼玛怎么忍，随后英国ARM公司提出了2个轮子的汽车方案：ARM架构。
毫无疑问，2个轮子肯定跑不过4个轮子，ARM架构虽然省电小巧，但性能实在有点寒碜，于是一直被英特尔摁着打。ARM熬到了九十年代，终于熬不住了，决定不再生产芯片，而是将ARM架构授权给其他公司生产，赚点授权费，这才保住了一条命。
人算不如天算，进入21世纪，智能手机横空出世，芯片的能耗和体积一下成了关注点，于是ARM架构一飞中天，几乎垄断了手机芯片。
小结一下：
X86架构，能耗高、体积大、性能强。
ARM架构，能耗低、体积小、性能弱。
于是，一个占了电脑，一个占了手机，直到今天，仍是主流设计方案。至于其他3个轮子或5个轮子的汽车，多多少少还是有些劣势，没有形成主流。
最近有新闻说，中国和ARM要成立中方控股的合资公司，ARM欲借此重回芯片制造商的角色，中方当然走的还是市场换技术的路子。
决定汽车用几个轮子，距离造出汽车还差得很远。有了基本架构，后面的设计依然是漫漫长征路，所以还得要有好工具，简称EDA软件。
Synopsys，Cadence，Mentor，三巨头几乎垄断了全球EDA市场，一水儿的美帝公司。直到最近，熬了三十年的华大九天终于露头了，这家中国电子信息产业集团的二级公司，连续多年以50%的年增长率狂追，算是站稳了脚跟。
业界首创模拟电路异构仿真系统Empyrean ALPS-GT
虽然借助EDA软件的仿真功能可以判断电路设计是否靠谱，但要真正验证这种精巧线路的靠谱程度，只有一种办法，那就是：用！广泛的用！长久的用！正因为如此，芯片设计不光要烧钱，也需要烧时间，属于试错周期较长的核心技术。
既然是核心技术，自然就会发展出独立的公司，所以芯片公司有三类：既设计又制造、只设计不制造、只制造不设计。
第四：设计制造
但凡要处理信息，基本都有芯片，包括通信芯片、服务器芯片、手机芯片、电脑芯片等等。早期的芯片复杂程度不算夸张，所以设计制造可以在同一家公司完成，最有名的：美国英特尔、韩国三星、日本东芝、意大利法国的意法半导体；中国大陆的华润微电子、士兰微；中国台湾的旺宏电子等。
外国、台湾、大陆三方，最落后的就是大陆，早期的产品多集中在家电遥控器之类的低端领域，手机、电脑这些高端芯片几乎空白！
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