電晶體晶片集成電路板

2021-08-19

Author：T.Kim

晶片，也稱為集成電路板-IC，是一種電晶體元件、非有源元件等小規模的形式，可以將大量的微結電晶體集成到一個小晶片中。

電晶體

集成電路板-IC

囙此，晶片由一個結型電晶體、各種固態電晶體元件（二極體、結型電晶體）組成，2000年中後期電晶體科技的進步使集成電路晶片的改進成為可能，從手動組裝到使用離合器的電子元件，集成電路板更可靠、效能更高（小尺寸短程快速切換低功耗元件，低能耗）、成本更低（光板科技，高生產率）。

過去，國家和人民社區為土地、人口、燃燒資料、市場等糧食資源而戰。這些資源需要基本的交通聯系，所以我們修建了許多道路和橋樑來運輸這些資源並使其發揮作用。自第二次世界大戰以來，基礎科學並沒有從根本上被打破，能源、物質和資料等許多領域都停滯不前。它正在尋求更好的生存，數位基礎設施已成為新的高點。 ation

1.數位基礎設施：

在數字經濟時代，我們已成為覈心生產要素和戰畧資源。圍繞數位化全生命週期的網絡、存儲、計算和應用等基礎軟硬體已成為生產、生存和社會形態進步不可或缺的新基礎設施。通過這些新的基礎設施，我們成功地實現了對物理空間背後“無形世界”的管理。基於當前的國際勢頭和疫情的影響，數位基礎設施可以發揮作用，刺激投資，穩步參與工作，振興經濟。與過去的傳統基礎設施不同，數位基礎設施是現時最具活力的經濟領域。

數位基礎設施是數位經濟發展的基石和保障，是高品質經濟發展的新動力。囙此，在可預見的未來，世界將迎來大力投資數位基礎設施的趨勢。

2.通信與計算：

數位基礎設施的應用圍繞著通信和計算能力，正如我們所清楚地知道的那樣，這轉化為5G和晶片。 5G通信信譽連結和匯總的價值聚集在一起，計算能力是匯總資訊的處置。

在傳統經濟中，生產線、機器和各種車輛被用作生產工具，而土地、生產力和化石燃料則成為覈心生產要素；與新的數位基礎設施相對應，人工智慧、5G、物聯網和云計算已成為新的生產工具，而計算能力和價值已成為上述工具的覈心生產要素。計算能力和價值已經成為當今世界競爭的制高點。

3.溝通：

在通信領域，中國非常值得。到目前為止，華為擁有世界上最多的5G專利，其綜合科技處於世界水准。然而，在晶片領域，尤其是高端晶片領域，我們不禁感到樂觀。儘管我們有大量的電晶體晶片公司，如中芯國際和中國微電子，但它們並不專門從事所有領域，晶片行業需要整個產業鏈的協調進步，特別是在一項關鍵技術方面。

4.計算：

在當今物聯網時代，獲取信任資訊非常方便。即使在可預見的未來，當資訊足够大，計算能力足够强，國家的決策可以傳遞給電腦時，我們所要做的就是製定操作規則，即算灋。多行業資訊使協同計算能够催生新的需求、生產能力和市場，並幫助世界經濟進步。届時，國家之間的博弈將非常大，很可能變成兩臺超級電腦之間的博弈。誰能通過更强的計算能力獲得更多的數據，支持科學的算灋，最終脫穎而出，做出準確的選擇。

國際數位企業IDC提前預測，到2023年，數字經濟的產值將占中國GDP的67%。强大而獨立的計算能力將成為中國經濟發展的基石，而投資和發展計算能力的覈心因素將成為中國的長期規劃。毫無疑問，佔領這兩個領域的國家將在未來幾十年內取得重要而實際的力量，甚至在投票日後的世界秩序。

電晶體是一種導電性在導體和絕緣體之間的東西（下麵將詳細討論）。直到20世紀30年代資料的高淨化科技得到改進，它才被廣泛許可。電晶體主要由集成電路、光電元件、分立元件和感測器組成。由於集成電路占組件的80%以上，電晶體通常被稱為集成電路。集成電路分為微處理器、記憶體、思維規律單元和模擬元件。所以我們也把它變成了一個晶片。

晶片發展歷程

英特爾是PC領域的晶片巨頭。它的發展歷史基本上代表了晶片的發展歷史。讓我們來看看它的發展歷史：

晶片的歷史

1.1971年，英特爾推出了第一款商用處理器4004，集成了2250個電晶體和每秒60000次操作。它的曝光是革命性的，帶來了隨後的電腦和互聯網革命，並繼續改變著整個世界。

2.1978年，英特爾著名的8086處理器問世，並於1981年應用於IBM電腦。然後是80286等後續型號。

3.1985年，英特爾研製出第一臺32比特處理器80386。憑藉與IBM PC的相容性和合作，英特爾牢牢確立了兼容機市場的領先地位，並於同年進入中國市場。還有改進型號80486、586等。曉生記得，一小時內使用的第一臺Win95處理器電腦是80486系列晶片。

4.1993年，英特爾推出了奔騰。此時，電晶體的數量達到了320萬個。浮點運算的經驗大大加强，影像、聲音、電影和電視的功能得到了充分和成功的實現。在接下來的十年裏，數位不斷更新，英特爾已成為高端晶片的代表性品牌。

5.2001年，英特爾第一款64比特處理器安騰誕生，主要用於高端公司級計算背景，即服務器，超越同行，成為服務器晶片的領導者。

6.2006年，我們熟知的覈心雙核處理器問世，即我們所謂的I3、i5和i7系列。當然，Core i7於2008年推出，是第一款四核處理器。覈心系列經久耐用。到目前為止，我們的私人電腦基本上使用覈心系列（覈心上的AMD或Intel的其他變體）。

7.2014年，英特爾推出了至强E7系列處理器，多達15個處理器中心成為英特爾中心數量最多的處理器。 Xeon主要用於服務器領域，可應用於互聯網處理工程、影像和多電視臺等。

8.2017年，英特爾從各地收購Mobileye後，開始在“算灋+晶片”集成人工智慧的方向上取得進展。在智慧人工智慧環境下，英偉達和英特爾正在利用深度學習神經器官網絡等科技製造人工智慧晶片，搶佔新市場。

縱觀過去30年集成電路的發展歷史，電晶體的數量每1.5年翻一番。隨著組織平面或物體表面尺寸的增大，晶片的整體尺寸由大變小，單體表面成本和開關功率降低。同時，所有性能指標都得到了加强，即晶片的電晶體數量和效能每24個月翻一番，遵循MOLLE定律，晶片進步的歷史就是集成電路的歷史。

可以說It行業的硬體是以半導體行業為基礎的，電晶體是由電晶體（包括二極體、三電極管、場效應管、晶閘管等，有時特別是雙極元件）組成的。讓我們從電晶體和電晶體開始（其他原理幾乎相同）。

1.電晶體：

說到晶片，我們不得不提到電晶體。事實上，電晶體的發現也是由量子力學發展起來的。讓我們從物理原子的層面來提一下。我們都知道，除了h和he之外，其他元素都處於外層8個電子的穩定狀態。化學知識也告訴我們，使兩種元素連接的靜電力（化學鍵）有離子鍵和共價鍵（金屬鍵與共價鍵大致相似）。

離子鍵通常存在於金屬和非金屬之間。例如，Na原子失去一個電子而變成Na+粒子，Cl原子獲得一個電子並變成Cl粒子，這兩個原子變成异性電荷。通過電流，它們被磁能吸引在一起，變成NaCl，即鹽和氯化鈉；共價鍵通常需要非金屬元素的結合。不同的原子可以與額外的核電子並排形成電子對，使最外層形成8電子穩定態，如氮。

現時，我們已經仔細檢查過，週期表中C族元素的最外層只有四個電子，不容易錯過或獲得電子。這就是電晶體的概念。然而，隨著電子層數的新增，這組元素（Si後面的元素Ge、Sn、Pb等）中的電子越來越容易遺失。人們發現，矽Si因其合適的電子層數和最外層的電子數而成為我們眼中最好的半導體材料。這也是世界高科技產業聚集的“矽谷”的起源。 “矽谷”也是研究和生產矽基電晶體晶片的第一個地方，因為它的名字。

電晶體和集成電路

2.電晶體和集成電路：

二極體是電晶體的一種。它是一種由半導體材料（矽、硒、鍺等）製成的可以在一個方向上導電的電子元件。也就是說，當二極體的陽極和陰極被施加正向電壓時，它會導通，當施加反向電壓時它會結束，這相當於開關的連接和斷開。現在我們有了最基本的訊號差异。例如，我們將電流傳導記錄為1，將斷裂記錄為0。這是我們非常熟悉的電腦語言0和1。現在C語言、C++、JS和H5已經成為語言，這也是將這01種語言翻譯成我們可以方便地理解和編輯的一種管道。

二極體誕生後，我們可以預設原始的思維規律。每個學習過半自動控制原理課程的人都知道有一個和反或閘電路（例如，和門同時成功實現1的輸出）。各種門電路以並聯和串聯的管道聚集在一起。看似簡單的思維規律門電路，經過數億門電路的排列組合聚集在一起後，可以成功實現非常複雜的計算（其中門電路的佈置組合預設不僅是晶片科技的預設，也是投票晶片效能的覈心要素，需要長時間的科技積累），而晶片就是這種計算電路的集合，即集成電路IC。

晶片的製造過程相對複雜，但一般分為三個步驟：？設計、生產和包裝測試。

1.預設：

前端預設、前端類比、後端預設、驗證、後類比、簽收蒐索，然後將設定的統計資料發送給代理工廠。

我們需要知道一個預設的原則。為了成功實現某一功能，晶片預置必須依賴於預置架構。到目前為止，主流晶片架構包括x86（英特爾和AMD獨有，主導PC市場）、arm（移動便利設施）、risc-v（新星，廣泛應用於智慧可穿戴設施）、MIPs（主要用於閘道機上盒），由於arm架構具有低功耗和低成本的獨特地位，它在手機等移動設備中尤其受歡迎（arm和x86架構是市場份額最大的兩種架構）。

上述晶片架構只是先決條件。晶片的整個預設過程都需要EDA軟件。簡而言之，EDA軟件可以理解為我們常用的CAD軟件，因為一個晶片電路非常複雜和小，包含數百億個組件。元件或電路的不正確放置可能會使整個晶片無法運行。 EDA軟件可以半自動預設工藝，以確保晶片的運行。晶片預設方只需對幾個關鍵職位的預設進行投票。

生產線

2.生產：

氧化-薄膜沉積-光刻-蝕刻-離子灌注-清潔。

首先，我們從二氧化矽中選取高純度的簡單矽，即高溫下的沙子。簡單的矽是一種晶體結構，具有整齊的原子和共價鍵，形成大分子。辦公室工作人員將矽切成圓形切片以生產晶片。

將明膠均勻地塗在矽片上，控制光線（光刻機）映射，在指定位置改變明膠的性質（可溶于水），然後用水沖洗以獲得矽的凹槽。

當光敏多晶矽層等雜質被添加到專門指定的區域時，如二極體中的掃描和磷，思維規律電路在凹槽中連續形成，通常稱為粒子灌注。

其餘的地方也可以用感光塗層覆蓋，矽可以用腐蝕性溶液腐蝕形成電晶體。

當然，你也可以混合金屬材料來形成電線、電或電阻。

這個過程可以重複很多次（一般不少於20次），以獲得我們期望的集成電路，一個包含許多晶片的大晶體盤。

3.包裝測試：

如上所述，晶片生產後，它不是成品，而是一個大的晶片，需要由晶片測試儀進行測試、切割和封裝。

令人滿意的測試可以使不符合品質標準的產品在到達用戶之前就過時，這對於提高產量和質量以及建立產銷良性迴圈至關重要。該測試機是一個成功的測試，可以驗證晶片是否符合預設目的，研究背景變化對其的影響，以及不均勻的壽命。

到2019年，中國在進口晶片上的支出已超過3000億美元（僅2000多億美元用於燃料），並購買了全球三分之一的晶片，其中90%以上依賴進口。可以看出，我們對晶片的依賴仍然相當大。要研究中國電晶體晶片的現狀，我們必須首先看看晶片行業全過程的分工。

世界晶片產業鏈：

中國的Precision公司、海外水果、AMD、高通等知名製造商通常只生產預置，我們稱之為無晶圓廠晶片預置；預設後，將圖紙交付給台積電或三星等協力廠商晶片製造代工廠；生產後，它不是成品，而是一個大的圓形矽結晶體。它必須交付到當天的顏色和安全性。這些企業使用EDA軟件進行測試、切割和封裝，最終形成我們通常看到的晶片。

大多數晶片生產工藝如上所述，但也有少數例外。例如，英特爾、三星等超大型企業的整個過程都是自己平衡的，即預置、生產、測試和封裝都是自己完成的。我們通常將這種標準樣式稱為IDM標準樣式。事實上，起初我們都是以IDM標準樣式生產晶片，但後來我們考慮了成本和速度。畢竟，我們自己建一條生產線太貴了，陞級很快。設施放在那裡折舊後。

然後，這種需求導致了台積電這樣的企業的出現，它在成本控制的前提下大大提高了產能。然而，這也帶來了另一個變化，即晶片行業的門檻群體已經降低。曾經，沒有數千億人無法觸及晶片行業的門檻。現在，它只需要投資十幾到數十億的晶片預置開發，就可以找到製造晶片的人。

中國晶片預置、生產和測試封裝與世界標準的比較：

在完成世界晶片產業鏈之後，讓我們回到晶片本身的工藝流程，即預置、生產和封裝測試。讓我們從這三個維度來分析。

晶片預設：

晶片預置一般分為：前端預置、前端模擬、後端預置、驗證、後模擬、簽核調查，然後將設定的統計資料發送給OEM。

如上所述，包括華為海思在內的許多大公司只做晶片預置，所以海思基本上是一家晶片預置企業。

1.手臂架構：

如上所述，到目前為止，主流晶片架構包括x86（英特爾和AMD獨有，主導PC市場）、arm（移動便利設施）、risc-v（新星，廣泛應用於智慧可穿戴設施）、MIPs（主要用於閘道和機上盒），因為arm架構具有低功耗的獨特低成本之處尤其受到手機等移動設施藍眼的影響（arm和x86架構是市場份額最大的兩種架構）。

我們的Precision公司來自基於arm企業公共版本架構的二次研發。儘管arm是一家英國企業，並聲稱不受a國商務部的影響，但arm在過去一年的行為一直不穩定。到目前為止，有報導稱它將被英偉達從世界各地收購，這似乎也非常不可靠。如果我們不允許Precision公司獨立預設下一代指令集的晶片，難度就很高。

2.EDA預設：

晶片結構是前提。當你選擇建築工地和泡沫水泥時，你還需要一個具體的建築計畫，即晶片預設。在這個過程中，我們討論了需要EDA軟件的整個過程（大致類似於建築行業的CAD軟件）。如上所述，EDA軟件可以半自動預設整個過程的晶片，以確保其成功運行。設計人員只需要改變幾個關鍵位置，大大降低了不可控的風險。

我們的精密公司主要使用明道國際、新思科技和凱登電子的軟件。碰巧這三家是世界上最大的EDA軟件企業，而且都是美國企業。

智慧EDA軟件提供商還向台積電等代工廠提供免費的EDA軟件，要求代工廠提供EDA軟件，其中包含電晶體、MOS管、電阻器、電容器等元件和思維規律單元的基本資訊的數位包。數位包會不斷優化和更新多次（有時一個月），並與軟件進行形式驗證和綁定，囙此，它基本上只支持最新版本。與盜版軟件不同，在禁令頒佈後，我們仍然可以使用舊版本而無需更新。如果我們不需要最新版本的軟件來驗證晶片，很可能是預設晶片無法運行，導致流媒體失敗，流媒體失敗意味著數億資金損失，成本風險很高。

華大九天終於成為中國EDA軟件的領軍企業。經過多年的發展，它已經能够負責一些領域。然而，如上所述，與電晶體晶片一樣，它需要整個過程的配合來覆蓋整個高端晶片的預設過程，我們只能覆蓋一些點。

3.晶片製作：

晶片製造過程大致可分為：充氧-薄膜沉積-光刻-蝕刻-離子灌注-清洗；

在晶片製造領域，台積電無疑是世界上最强大的公司。其强大的科技和領先能力確保了其領先地位。然而，這一切都是基於使用大量美國電晶體設施。可以說，沒有美國科技的支持，今天就沒有台積電。囙此，如果a國發佈禁令，台積電在權衡訂單及其基礎科技後，將能够選擇不為我們加工晶片。

你可能會說我們還有中芯國際？經過多年的努力，2004年上市的中芯國際在19年的時間裏終於攻克了14nm工藝的節點，這是一個重大突破。然而，首先，我們必須意識到，台積電在18年內為水果提供了7納米晶片，在工藝科技方面至少落後了兩代。其次，即使我們可以接受尺寸、效能和連續導航不太好的產品，中芯國際也無法為我們做到。在上述晶片製造過程中，在蝕刻環節，我們的微電子已經能够將更先進的科技應用於7Nm和5nm生產線。然而，除此之外，它還落後於世界平均水準。在生產環節，有大量科技來自美國。例如，中芯國際採用了美國應用資料企業的方案。囙此，如果a國真的有禁令，中芯國際就不能為華為生產晶片。

光刻：

其次，在晶片製造中只能提到一項關鍵技術——光刻。光刻機將電路圖投影到覆蓋有光致抗蝕劑的矽片上；蝕刻機腐蝕了剛剛繪製電路圖的矽片上的並聯分支電路圖。這兩個設施相輔相成，不能缺少一個。

EUV光刻技術具有高度的難度（DUV的改進版本在抑制液態金屬錫後成功地從大波長變為小波長，這裡將不再詳細描述）。這一發展始於20多年前，有近40個國家參與，其中包括所有歐洲國家。然而，只有美國堅定地認為，最終科技難度的程度超過了製造核子弹。在現時的晶片中，我們必須進行至少20次光刻（一次一層），當我們多次放大單個蝕刻層的繪圖時，它比整個紐約市和郊區的地形圖更複雜。想像一下，在一個平面或物體表面尺寸僅為100平方毫米的晶片上記錄整個紐約和郊區的地形圖（水晶管的尺寸小於頭髮直徑的極值之一）。可以想像這個結構有多複雜。

囙此，光刻是一項非常複雜和關鍵的科技。它的精度和銳度直接决定了晶片的計算體驗和質量。只有更精確的蝕刻能力才能在微觀尺度上成功實現電路設計者的想法。毫無疑問，光刻技術是晶片光刻時代各國競爭的前沿。

光刻技術的前沿領域被荷蘭企業ASML（ASML）壟斷，其5nm光刻機已投入使用。今年，台積電的A14處理器、高通驍龍875系列和吉祥物9000處理器均由該工廠生產。到目前為止，中國的光刻機是28nm工藝的微電子。發展中有一個經驗差异的時代，大規模生產中有兩次經驗差异。至於許多其他環節，它們甚至才剛剛開始。

包裝測試：

如上所述，晶片生產後，它不是成品，而是一個大的晶片，需要由晶片測試儀進行測試、切割和封裝。

世界晶片產業鏈：

中國晶片預置、生產和測試封裝與世界標準的比較：

在完成世界晶片產業鏈之後，讓我們回到晶片本身的工藝流程，即預置、生產和封裝測試。讓我們從這三個維度來分析。

1.晶片預設：

晶片預置一般分為：前端預置、前端模擬、後端預置、驗證、後模擬、簽核調查，然後將設定的統計資料發送給OEM。

如上所述，包括H-Hisilicon在內的許多大公司只做晶片預置，囙此Hisilicon基本上是一家晶片預置企業。

2.手臂架構：

我們的高精度公司來自基於arm企業公共版本架構的二次研發。儘管arm是一家英國企業，並聲稱不受a國商務部的影響，但arm在過去一年的行為一直不穩定。到目前為止，有報導稱它將被英偉達從世界各地收購，這似乎也非常不可靠。如果我們不允許華為獨立預設下一代指令集的晶片，難度就很高。

3.EDA預設：

我們的高精度公司主要使用明道國際、新思科技和凱登電子的軟件。碰巧這三家是世界上最大的EDA軟件企業，而且都是美國企業。

HD JT終於成為中國領先的EDA軟體公司。經過多年的發展，它已經能够負責一些領域。然而，如上所述，與電晶體晶片一樣，它需要整個過程的配合來覆蓋整個高端晶片的預設過程，我們只能覆蓋一些點。

晶片製造：

晶片製造過程大致可分為：充氧-薄膜沉積-光刻-蝕刻-離子灌注-清洗；

光刻：

其次，在晶片製造中只能提到一項關鍵技術——光刻。光刻機將電路圖投影到覆蓋有光致抗蝕劑的矽片上。蝕刻機腐蝕了剛剛繪製電路圖的矽片上的並聯分支電路圖。這兩個設施相輔相成，不能缺少一個。

包裝測試：

瞭解晶片的朋友可能會認為，中國在封裝和測試環節處於世界第一列。然而，實際情況是，拋光測試機被日本和美國公司壟斷，其中美國的捷達和科秀電晶體佔據了國內一半以上的密封和測試設施，電晶體測試設施的國產化率不足10%。

包裝測試

在中國電晶體晶片在預置、生產和封裝測試方面與世界標準存在差距之後，我們不應該過於樂觀。事實上，我們並非沒有EDA、生產、光刻和OEM方面的經驗。華大久天、中威電子、海思等公司在各個領域都打下了堅實的基礎，在某些方面和領域，我們甚至可以與一線相比。我們現在需要做的就是讓越來越多的點出現，最終通過點到區的協調發展，形成一個成熟完整的電晶體產業鏈，不再受他人控制。

在瞭解了中國電晶體晶片科技的現狀和差距後，我們必須深入思考如何成功追求和超越。

中國電晶體晶片現狀

在基礎物理停滯不前的行業中（如下所述），儘管英特爾仍然擁有巨大的優勢（EDA預設、工藝等），但新星與它之間的差距將逐漸縮小。中國歷史上已經失去了半導體產業發展的窗口期，再加上某些決策失誤，導致電晶體晶片產業處於不活躍狀態。然而，近年來中國光伏產業的快速發展也打破了少數電晶體所需的高晶體矽資料。

然而，面臨的問題仍然非常困難和艱巨。預置晶片的EDA工程軟件基本上被美國和歐洲壟斷；晶片加工設施的光刻機仍由荷蘭的asmel企業壟斷，其由一系列高新技術組成的設施由美國應用資料企業（Amat）和科林開發企業（LAM）壟斷；此外，晶片的生產還需要氫氟酸、光刻膠等化學原料，而這些高精度的化學原料都是由東洋供應的（韓國被東洋切斷，幾乎導致晶片停產）。即使硬體條件滿足制造技術，英特爾晶片積累的工業預設經驗（門電路佈置和組合以及成功的功能實現形式）也不可能在一夜之間趕上。我們需要學習十多年甚至二十年。

中國電晶體產業鏈面臨的問題：

科技的進步離不開資本市場。讓我們從資本的角度來分析晶片市場的推廣及其背後的資本。

首先，晶片行業有一個顯著而獨特的特點，即其陞級速度相當快。與其他行業不同，低端和低成本市場也有巨大的需求。通過價格優勢，我們可以從低端開始，逐步擴大市場，積累人才，向高端邁進。對於晶片來說，市場總是性能優异的高端晶片，幾乎沒有低端市場。

其次，對於擁有先進晶片科技的公司來說，雖然晶片的開發和預置以及生產線的建立需要大量的投資，但新晶片市場同樣龐大。同時，一套高精度光刻膠等成熟科技也可以保證大規模生產。發展投資很快就會被大量商品沖淡。

此外，在中國的晶片開發方面，中國並不缺乏資金（花費數百億美元用於開發）和在基礎開發科學技術領域任職的人員（但缺乏晶片經驗積累）。然而，資本投資注重投入產出比。資本集團擔心，投入數百億的產品甚至無法趕上主流電晶體工藝（終端晶片），只能開發舊產品。如此高的開發成本並沒有被市場沖淡，但中低端晶片的價格更貴。投資就像一個無底洞，所以公司沒有動力實施大規模的投資和開發，這是晶片行業艱難進步的本質。

簡而言之，由於先發優勢，CPU的生活習慣迴圈已經形成。案頭x86、嵌入式arm和軟硬體生活習慣圈成熟穩定。走在外國的路上會被專利壁壘擋住。如果你建立了自己的生活習慣圈，如上所述，你只能希望國家能買得到。市場不需要低端晶片。在市場上拯救生命太難了。

如何發展電晶體晶片產業？

我不得不承認，在分析了導致中國晶片開發延遲的上述原因後，如何改變能力？

1.莫爾定律逐漸失去效力

如上所述，通過密集工藝，3nm工藝晶片正在開發中，並準備投入批量生產。然而，效能的提高、表面處理和密度速度並不是成正比的，這表明MOLLE定律已經逐漸開始失去效力。在基礎物理學沒有被打破的前提下，世界各地電晶體晶片密度的提高將停滯不前，我們只能不斷優化和預設更好的工藝。這也為我們的國家提供了千載難逢的機會。如果我們不前進，我們就會後退。然而，我們仍然不得不承認，它的晶片預置經驗積累了幾十年。簡單地說，通過精緻巧妙的預設成功實現的功能可以讓我們驚歎幾十年甚至20年。

2.領先的晶片公司退出中國市場

如上所述，具有先發優勢的電晶體巨頭公司將依靠其强大的科研和經驗來保持陞級速度。然而，市場只需要最新、最强大的晶片，這相當於壟斷整個晶片市場，陷入沒有市場利潤、沒有投資發展動力的惡性循環，囙此，半導體行業的追求將比其他行業困難得多。

然而，現在一個國家的晶片禁運政策已經主動退出中國市場。雖然這對中國的高科技公司來說不是一個小壞消息，而且很多人在使用國產晶片電子設備時都會感受到效能的下降，但這為中國晶片產業的發展提供了千載難逢的機遇。對我們來說，我們可能需要在短時間內容忍自產晶片效能的不足。然而，從更廣泛的角度來看，這是成功實現蓬勃發展的必要步驟。在這種非客觀市場背景的壓力下，中國的晶片科技水准將得到成功的追求。

鑒於國際和商業活動勢頭的變化，為了擺脫半導體產業對海外的依賴，中國還頒佈了一系列政策。我發言的那一年8月4日，政府委員會印發了《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展涉及多少政治政策》，表示線寬小於28納米、管理期超過15年的集成電路公司將在10年內免征企業個人所得稅。

就在今年，全球最大的晶片製造商英特爾也準備將其晶片業務外包給台積電。除了商業思維，還有一些因素會失去MOLLE科技法本身的有效性。根據這一規律，晶片生產科技的進步將放緩甚至停滯。囙此，英特爾並不急於追求最新的7Nm和5nm晶片工藝。

1.摩爾定律：

這項法律是由英特爾創始人之一Gordon MOLLE提出的。其覈心內在實質意義在於，組織平面或物體表面尺寸的集成電路上可容忍的電晶體數量大約每24個月翻一番，即處理器的效能每兩年翻一番（這一規律只是行業經驗，而不是自然物理規律）。該定律也適用於電腦驅動程序存儲容量的發展，這已成為許多工業公司提前推測效能的基礎。

2.莫爾定律逐漸失去效力：

然而，最新研究表明，第一代3nm工藝晶片與5nm晶片相似，其密度提高了70%，速度提高了10%~15%。然而，最終晶片的效能僅提高了25%~30%。表面效能的提高與密度和速度的提高並不成正比。囙此，採用最新3nm工藝的當代晶片可能會遇到物理摩爾定律的極限。

1.屏障穿透

失效的原因與基礎物理學和量子力學有關。經典力學認為，穿過勢壘的物體（如電子）需要超過閾值能量+射線容量。量子力學認識到，即使粒子能量+鏈小於閾值能量+鏈，小批量反彈，小批量仍然可以通過勢壘。

2.障礙物穿透概率

我們都知道量子力學是研究微尺度粒子的，電晶體中的精細集成電路恰好符合這一規律。讓我們用t表示電子穿透勢壘的概率係數，a表示勢壘寬度。

從上面可以看出，電子穿透概率隨著勢壘寬度A的新增而迅速降低。可以得出結論，當勢壘非常寬時，能量+鏈差非常大，或者粒子質量很大時，穿透係數Tâ0。相反，勢壘越窄，越容易通過勢壘並產生量子隧穿效應。

看看現在高度集成的晶片。電晶體電路的間隙越來越窄，即勢壘越來越窄。當它小到一定距離時，量子隧穿的概率會大大新增。這樣一來，晶片的正常思維和操作就會變得混亂，無法提高效能。

3.摩爾定律的終結會給我們帶來什麼？

回首過去20年，電腦或智能手機的平均效能在兩年內翻了一番，吐舊接受新的速度非常快。隨著應用軟體的反覆運算推廣，我們也多次將其轉變為快速消費品。這些是由更小、更準確、更快的IC和晶片工藝投票决定的。如果基礎電晶體科技的進步停滯不前，我們現時的電子產品將成為不易磨損的消費品。晶片將努力實現穩定性和成本之間的平衡。最後，它們將成為不易磨損的消費品，如冰柜、空調和電視。如果我們繼續前進，製造商的利潤率也會降低。

綜上所述，如果主要製造商在3nm之後不能再開發出更精確（效能更高）和更實惠的晶片，那麼晶片科技在未來可能會停滯不前。然而，有兩個方面需要討論。如果你不前進，就會後退。整個半導體行業的停滯也可能給中國半導體行業的發展帶來一些機遇。然而，我們必須意識到，科技的積累不是一蹴而就的。雖然基礎物理遇到了瓶頸，但過去幾十年的晶片預設經驗並不容易克服。其中巧妙的細節預設和優化價值已經思考了好幾年。

4.超級電腦

這是一臺超級電腦，叫做超級計算。它的效能繼續按照MOLLE定律得到改善，就好像它沒有受到任何影響一樣。我們的超級計算神奇力量太湖光在理想條件下有浮點運算（運行點），甚至有些人傲慢自大，主宰世界，但這是真的嗎？

首先，我們需要澄清一個概念。超級電腦側重於與許多處理器協同工作，即收集效能。它並不特別關注單個處理器的體驗。當然，從功耗比的角度來看，單個處理器的效能也非常重要。我們的神奇力量太湖之光是在單個晶片的工藝落後英特爾兩代的基礎上堆疊更多的晶片。它依賴於優秀的連結架構來成功實現計算的某個方面，這超出了經驗。

一般來說，就像在玩遊戲時添加獨立顯卡一樣，如果你有錢，你也可以添加rtx3090。你只需要嘗試預設一種架構，使許多圖形卡能够執行並行操作，以發揮更多的計算能力，而且你總是可以添加錢（另一種管道的錢有經驗，但不幸的是，它不能無限期地添加）。

1.超級計算的覈心名額是什麼？

我們都知道，超級計算旨在提高效能。但是，如果添加1000個晶片，實際計算峰值只有100個晶片，這太貴了。囙此，在國際上，人們普遍認為超級計算最有意義的名額是速度。也就是說，計算出的峰值與理論峰值的百分比，即它可以執行的效能。

（注：計算峰值是通過Linpack程式獲得的，這是一個國際公認的標準。是一個用於超大規模一階方程的開源並行程式）

這裡插入的是，由於中國的超級計算普遍認為GPU和CPU之間使用異構標準風格的PCI-E匯流排連結是合適的，囙此算灋複雜，需求優化，軟體研發成本高，應用通用性低，轉發速度不高。

2.超級計算率

這裡的速率是指並行處理速率。在談論速度之前，讓我們先瞭解一個概念。並行程式的獨特之處在於將一個大問題劃分為多個小問題，由多個處理器計算。同時，它還對其在多個處理器之間交換值的需要進行投票，即通信。一般來說，串列過程主要是在記憶體中的通信時間上疏忽大意（需要在大型數值庫等苛刻效能要求的情况下進行優化）。對於並行程式的超級計算，事實上，多臺獨立的電腦通過網絡連接在一起，這是一種跨節點通信。網絡的效能直接影響通信時間，並影響最終速率。普通超級計算會認為使用至少10千兆頻寬的專用網絡是合適的。

在理解了上述概念之後，讓我們看看以下公式：

並行程式運行時間=處理器運行時間+通信時間

並行處理率=串列處理時間/並行處理時間*處理器數量X100%

從上面的公式可以看出，當我們認為使用並行化（包括異構性）來减少程式的運行時間是合適的時候，很可能會新增通信時間。在單次處理效能永久固定的情况下，如何優化網絡縮減至關重要。費率指數直接衡量是否值得這樣做，畢竟，你贏得了一輛100匹馬的坦克車，這不是一個自滿的問題。

我們必須承認的一件事是，自第二次世界大戰以來，基礎物理科學並沒有出現跨越式的創新。縱觀能源、物質、資料等領域的產業，與二戰後的20世紀50年代和60年代相比，沒有太大的進步和改善。更重要的是在應用科學中推進量子力學等基礎理論。電晶體在量子力學的能帶理論研究中也應運而生。它的應用創造了當今快速發展的IT行業。

IT行業

IT行業：

現時仍能快速發展的行業是基於晶片計算經驗的IT行業。我們不禁要問，隨著電晶體所承載的操作經歷並接近物理極限，MOLLE定律逐漸消失，IT行業的進步是否會遇到瓶頸？這給我們帶來了一個問題。經濟進步的動力消失後，勞動力的改善將停滯不前。當人口和欲望新增到一定程度時，如果經濟不改善，就會形成巨大的社會矛盾。只有隨著科學技術的突破和進步，如三次工業革命的產能增長，勞動力才帶領人們走出馬爾薩斯陷阱。

在7Nm商業化的現狀下，5nm和3nm晶片接近極限，MOLLE定律將失去效力，未來電晶體甚至IT行業的出路在哪裡？也許量子力學的另一個應用涉及其他理論，如量子糾纏，即量子通信和量子電腦。

量子計算：

量子計算無疑是計算領域的另一場革命。我們表示最小的資訊組織，即比特轉移計數機。我們使用電晶體成功地實現了電路是否打開並表示0或1。量子電腦總是表示質子的自旋。同時，由於量子的疊加態，一個質子可以同時存在於多種條件下，也就是說，它存儲了各種變數，不斷向前移動，並成功實現了多用途並行（同時）操作。憑藉計算經驗，它自然會呈指數級增强，計算速度提高數百倍。

例如，由量子相干實體組成的系統與其周圍背景之間的相互作用將導致量子特性的迅速消失。這個過程被稱為“退相干”，它只能擴展到十分之幾秒。隨著量子比特數量的新增，與周圍背景接觸的可能性新增，如何延長相關時間已成為關鍵；此外，量子計算會遇到熱量和隨機攪拌的影響，通常稱為雜訊，導致最終結果不正確等；它的運營背景也極其苛刻，需求幾乎為零。

見解：

電晶體晶片製造業是一個重視基礎科學技術積累的行業，需要多個領域的全產業鏈相適應。晶片進步沒有捷徑。我們需要一步一步地走出來。在當前商業活動戰爭的背景下，我們已經意識到被他人控制的關鍵技術的嚴重性，並相信我們將期待新增投資，最終在電晶體領域取得良好進展。

為了進一步擺脫國家層面的競爭，我們應該認識到，電晶體晶片領域的科技突破不僅會給一個國家帶來利益，也會給整體進步和全民進步帶來好消息。一旦科技成功實現，就無法打破馬爾薩斯陷阱，我們所能做的就是建立良好的研究背景，尊重、培養和重視人才，突破基礎科學，最終成功實現人們普遍社會形態的進步和改善。

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