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跨界大解说人类科技树至高点芯片的五次伟大变革带来哪些启示


2019 年 11 月 ， 在中国香港市郊的一所大学校园里 ， 一群工程师正在设计特别的电脑芯片 ， 他们希望这些芯片可以被用于下一代中国制造的智能手机之中 。
他们设计的是光通信芯片 ， 利用光而不是电信号来传输信息 ， 这是 5G 手机和其他联网设备所需要的 。 其中的一位工程师穿着斯坦福大学 T 恤衫靠在椅子上 ， 他是负责该项目的首席工程师和教授 —— 香港科技大学的「芯片专家」俞捷 。
「政治上 ， 一切都可以作为讨价还价的力量 ， 」俞捷说 ， 「如果这些公司和国家开始对技术有所保留 ， 那么每个人都会受到伤害 ， 从技术角度看没有好处 。 」俞捷项目的部分资金由华为提供 。 这家中国通信和电信巨头在过去的一年中 ， 不断的成为国际政治风暴的中心 。
许多行业观察人士担心 ， 这场政治风暴可能会导致全球技术供应链面临崩溃风险 。 特别是 ， 中国的芯片（或半导体）普遍依赖海外公司 ， 可能会面临技术断层的情况 ， 这也加速倒逼国内芯片产业链的自研脚步 。
芯片到底有哪些核心技术？目前又发展到了哪一步？我们国家目前的研发难点又是什么？
本期的「SFKP ? 计算机百科」 ， 我们就来盘一下「芯事」 。
一、「芯」的诞生
跨界大解说人类科技树至高点芯片的五次伟大变革带来哪些启示
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芯片在电子学中是一种把电路小型化的方式 ， 也被称为集成电路或者微电路 ， 时常制造在半导体晶圆表面上 。
从 1949 年到 1957 年 ， 维尔纳·雅各比（Werner Jacobi）、杰弗里·杜默（Jeffrey Dummer）、西德尼·达林顿（Sidney Darlington）、樽井康夫（Yasuo Tarui）都分别开发了集成电路原型 ， 但现代芯片的前身是由杰克·基尔比在 1958 年发明的 ， 其中包括一个双极性晶体管 ， 三个电阻和一个电容器 ， 并因此荣获了 2000 年诺贝尔物理奖 。
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芯片对比传统的离散晶体管有两个主要优势：成本和性能 。
成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术 ， 作为一个单位印刷 ， 而不是在一个时间只制作一个晶体管 。 性能高是由于组件很小且彼此靠近 ， 小尺寸带来短路径 ， 使得低功率逻辑电路可以在快速开关速度应用 。
正因如此 ， 仅仅在其开发后半个世纪 ， 芯片就变得无处不在 ， 电脑、手机和其他数字电器成为现代社会结构不可缺少的一部分 ， 现代社会的计算、交流、制造和交通系统 ， 包括互联网 ， 全都依赖于芯片的存在 。
甚至很多学者认为有集成电路或者说是芯片带来的数字革命是人类历史中最重要的事件 ， 芯片工艺的成熟将会带来科技的大跃进 ， 不论是在设计的技术上 ， 或是半导体的工艺突破 ， 两者都是息息相关 。
二、芯片发展的五次变革
虽然集成电路的雏形早在 1949 年就出现了 ， 但直到 1960 年代双极和 MOS 电路出现之后 ， 随着硅平面技术的发展 ， 电子管和晶体管制造电子产品的形式从量变产生了质变 ， 让芯片真正成为了一个相对完整的产业 。
在 60 多年的漫长的发展历程中 ， 芯片行业已经发生了四次重大变革 ， 这四次变革的重要原因都包含“为了解决系统设计或芯片电路设计上的问题” ， 也让芯片产业分工上产生了结构性的改变 。
第一次变革：行业的第一次洗牌
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集成电路产业的第一次变革是从1970年代开始 ， 随着微处理器与存储器的诞生 ， 原来由系统公司独揽系统与 IC 设计的垂直整合时代 ， 转变为系统公司与 IC 公司的分业体制 。
1960 年至 1970 年 ， 行业进行了第一次的洗牌 。


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