【不正经科普】全球芯片荒下，这个小东西咋这么难造？

最近两年，全球迎来了一次芯片荒。相信大家已经在新闻上看到了，不仅我们的芯片受到了限制，哪怕是国外，也“一芯难求”。那么今天，鹦鹉先生跟大家聊聊，这个小到不起眼，大到控制全球科技发展的小玩意儿——芯片。

可以流片（完整生产）的麒麟9010芯片

从去年下半年起，各大手机厂商发布的新品被一扫而光，价格也是不断创下了历史新高。这并不是厂商高抬物价，而是全球都面临着一个要命的问题——缺芯。对于一个靠科技吃饭的公司，缺芯，那可是很要命的。

    本次缺芯浪潮，不单单只有手机领域，就连汽车行业也迎来了缺芯的“寒冬”。自2020年下半年，已经有大众、福特、通用、奔驰、日产、本田、保时捷汽车公司表示面临汽车短缺，部分企业因供应紧张宣布短期减产计划。

    那很多人就纳闷了，现在咱们国力这么强，航母卫星原子弹都造出来了，这小芯片咋这么难造呢？

Part1. 芯片是什么？

    现在，我们玩游戏、打电话、砸核桃等，一部手机全搞定！进入万物互联的时代，咱们身边的设备可谓是越来越智能。这其中，芯片功不可没。而将芯片放大，里头长的是这样：

鹦鹉先生掐指一算，还是懵圈吧？其实，我们可以大致将芯片拆分成三部分：硅片、晶体管和金属线。硅片，相当于提供了一个干活的工作室，所有的晶体管和金属线都是在此基础上光刻上去的。而晶体管，本质上是一堆二极管、三极管等组成，它们负责重要的逻辑运算（我知道你离散数学学的超好的，是吧）。金属线，就将每个独立的晶体管运算单元相连接，使其可以相互传达运算信息。

Part2. 咋造芯片？

芯片这么牛掰，肯定很难造吧？

没错，咱们现在就“动脑”造一个：

STEP1 原料收集

要让芯片干活，我们得先把硅片整出来。首先，我们要去海边，找到一种熟悉的材料——沙子。沙子的主要成分是二氧化硅（看，“硅”字出现了），我们将它进行去氧还原提纯（常见工艺为加碳），再从一锅熔融的硅中，插入一根棒子，使硅聚合在棒子上（结晶），把硅从锅里旋转着拉出来（出场自带BGM）。于是，就有了一根纯净的硅柱。再将硅柱进行切割，变成一个个超大“VCD”——晶圆。

STEP2 开干

下面，搬砖工作正式开始。由于这中间过程太复杂，我们开32x倍速来看看：

1、设计图纸：

       相当于为CPU设定思考方式，解决晶体管如何组合、金属线怎么连的问题。

2、按照图纸，开始“搬砖”

       大家最近经常听到的光刻技术，就应用于此，在硅片上面挖出晶体管雏形。

3、插“电”，开机

       这里说的“电”，指的是电子。刚刚出炉的晶体管雏形是不导电的。所以，我们需要给晶体管插“电”。这里，我们将用到P型离子和N型离子（物理课上的PN结就应用了这一原理）。P型离子挤走一些硅原子，周围少一个电子；N型离子挤走一些硅原子，周围多一个电子。如果此时通上电流，它们俩就开始互相扔电子给对方。于是，就产生了电流——开始工作了。

4、牵线搭桥

       上面所说的“开始工作”，只是局限在一组晶体管内。若要欸瑞巴蒂一起工作，就需要把它们用金属线相连接——让电子在其间自由的飞翔。

至此，一个CPU就搞定了！

Part3. 咋这么难造？

要把一个“超一线城市”塞进那一丁点位置，实属有难度。有句话说得好，浓缩的才是精华，放在芯片这，一点也不为过。主要是因为有三大好处：

1、节能

       晶体管越大，推动它正常工作所需的电流就要越大。

2、性能提高

       以前只能塞进去一个“城市”，现在直接塞下更多的“城市”，性能炸裂那是必须的。

 

3、降低成本

       越小还越省钱？是的，你没听错！这里主要是针对于晶圆厂来说的。每个晶圆都被分割成多个芯片，但并不是每个硅片都是好的（也就是晶圆厂常常提到的“良品率”）。举个栗子，制作芯片需要在超净平台上完成，如果一个刻有100个芯片的晶圆上落了下了一粒灰尘，使晶圆上的一个芯片挂掉了，那良品率为99%；如果一个晶圆上刻有1000个呢，良品率就到了99.9%。对于一个工厂，这已经提高了非常多了。

在做芯片这方面，隔壁老美做的是最牛掰的，但是对于我们来说，最难的是，老美不卖技术和机器给我们。有人说，咱们没有条件就创造条件，自己搞。事实上，这是有难度的。我们为什么会落后呢，主要是两个原因：1、起步晚。2、研发成本高。而且，芯片的更新换代相当快，很有可能你辛辛苦苦造好一个了，市场上在售的已经甩你好几条街了。当然，自古英雄多磨难，不放弃，迎头赶，才是硬道理。

（部分图片源自互联网）