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芯片这玩意儿

(2020-08-14 07:11:06) 下一个

作者:Stanley

这几年,由5G技术引起的一些国际纠纷,一下子科普了我们这些吃瓜群众,让我们认识了芯片,当然,内行看门道,外行看热闹,我们瓜民在门外热闹徘徊之际,很多专家向我们科普了芯片,趁最近疫情期间宅在家里,我这个发烧瓜民就有很多时间上网搜索这类资料,对芯片方面开始有了一些皮毛知识........

 

科技一日千里,1946年,当美国的佔地150平方米,重30吨的第一部电脑诞生的时候,谁能料到今天一部包罗万有的小型电脑的智能手机,已经是我们每一个人生活上不可缺少的随身物品........

 

1946年美国的第一部电脑

 

虽然,美国在1946年已经发明了电脑,但是到普及与应用,还是走了几十年的路,加上中国在改革开放之前,国门基本上封闭。我们在童年的时候,关于电脑的事儿几乎连听也没听过......

 

 

50年代,我在读小学,非常喜欢科技,尤其是对电子方面,当时被选拔进了小学的科技小组,那时小学的科技小组的学习项目还只是停留在学习安装矿石收音机方面.........

 

这是一个不需要什么能源,只是依靠一粒矿石,配合一些铜线圈,电容电阻组合,连上天线的一部简易收音机,靠著矿石对无线电波的检波,接收了空气里的一些电台的音频信号,带上听筒,你就能收到电台节目了.....

 

矿石收音机

 

到了中学时代,我们开始接触半导体收音机了,随着西方的科技慢慢渗入中国,半导体的晶体管开始冲击了老一代由灯管组成的无线电收音机了,从那时开始,收音机就发生了翻天覆地的革命.........

 

半导体收音机基本上是以晶体管的多少来决定收音机的接受敏感度与稳定性,也保证收音的清晰度与声音的质量,加上体积缩小,用电池,可以随身携带,很快就把老式无线电给淘汰了........

 

当年,如果你能拥有一部7管以上的半导体收音机, 非常令人羡慕嫉妒恨,我为了向这方面靠近,自学了半导体收音机的安装,1969年我报名去了安徽插队落户时,跟随着我一起来到安徽的那部七管半导体就是我自己安装的.......

 

当然,半导体收音机比矿石收音机要复杂得多,除了主角-三极管之外,还有许多二极管,电容,电阻等等零件一起配合而成;而怎么来好好的来排列这些零件,而且要令到零件底板下的连接铜线不重叠短路,又排列整齐,需要花上不少心思,我想,这也就是最最最初级的芯片设计了........

 

半导体收音机以及线路图

 

 

由于安装技术过於复杂与超慢速度,完全不能满足大批投入生产的需要,於是很快就有了印刷电路;印刷电路就是通过前期的线路设计,然后把设计好的线路,印制在一块粘有薄铜片的有机层板上,通过化学液体的腐蚀,把线路整齐的排列在底板下面,再通过工厂的流水线作业,不同工人将不同零件焊接在预留的空洞上,一部部半导体收音机就这样完成了......

 

很快,卡式录音机也面世了,代替了笨重的老式录音机,年轻人可以带着卡式录音机,出席野餐,露营等等活动,市面上的各式各样的音乐,戏曲,歌曲的录音带丰富了人民的娱乐生活........

 

卡式录音收音机

 

印刷电路

 

到了20世纪中后期半导体制造技术进步神速,集成电路就诞生了;集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体芯片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构........

 

集成电路的诞生,是半导体工业的一个巨大的进步。然后,更结合了物理,机械,化学,光学等等理论与技术,于是产生了高级感应器,超小体积的芯片.........

 

芯片

 

这些先进半导体科技除了运用在太空,军事,医学,轻重工业,交通工具,通讯等等各行各业中,令到世界科技领域发生了巨大的变化之外,我们普罗大众也感觉到生活在明显的改变,因为这些科技也同时渗入到人民的普通生活中,包括家庭通讯设备,包括众多的家庭电器里........

 

 

 

 

今天芯片已经是人类不可缺少的东西,没有芯片一切设备都变成了一堆废铁,手机也变成了玩具,总之没有芯片,这个地球就要倒退了,所以今天芯片工业的竞争已经成为一场无烟的战争了......

 

国际上的龙头大哥们

 

芯片工业其实是分三大部分:设计,生产,封测安装;每一部分都是需要投入大量人才,大量科技,大量资金;所以世界上包揽三项技术与生产的公司屈指可数,这个模式叫IDM,代表性公司就是英特尔,但是由于投入的无论是技术还是金钱,都是超巨大的,要继续这个模式似乎已经非常困难,所以如今一些先进国家,先进公司,似乎都只在专攻三项中的其中一项,例如芯片生产商台积电,他们不负责设计,只承接各大公司大订单,生产芯片,公司虽然创建迟於英特尔20年,但是今天的产业,市值都已超逾龙头大哥英特尔了.......

 

芯片制造龙头大哥台积电

 

芯片制造技术也是在不断发展,今天,最先进的芯片制造商台积电不仅能生产7纳米,5纳米的芯片,甚至3纳米也在不久的将来会面世........

 

台积电的芯片生产车间

 

纳米其实是一个量度单位,一纳米等于头发丝五万分之一,现在说的5,7,10纳米其实是说芯片里的线路的粗细,所以这些芯片的制造过程已经是瓜民连想也想像不出来的神话了,搜索资料显示如今这么微小的芯片制造是依赖光学高科技「紫外光」与「极紫外光」技术,太复杂了........

 

台积电的芯片生产车间

 

我们国家的芯片事业毕竟起步晚,尽管现在努力的在迎头赶上,但目前还是处於非常落后的位置,14纳米以下的芯片暂时还不能生产,所以主力还是依靠外援......

 

但是,今天的世界已经是一个地球村,各项发展,越来越需要各国的互相帮助,互相依靠,如果没有其他国家的支援与合作,几乎一事难成,希望一切以和为贵,大家都为创造一个和谐共处的世界贡献自己的一份力量。

 

 

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阅读 ()评论 (14)
评论
dong140 回复 悄悄话 谢谢科普
海外部落 回复 悄悄话 回复 'BeijingGirl1' 的评论 : 是朋友在美篇发的文章,请原作者回答大家问题。大家也可以到美篇“咖啡的亭子间”光顾原作者的文章。
BeijingGirl1 回复 悄悄话 哦, 好像你是转貼的?
BeijingGirl1 回复 悄悄话 喜欢这篇文。 国内从去年低就提到中微的5纳米刻蚀机已经开始生产。 你有没这方面的消息? 谢谢分享
想不开1 回复 悄悄话 lao-fei 发表评论于 2020-08-14 09:20:36
我们国家的芯片事业虽然起步晚,但是以中国人民的勤劳智慧一定能赶上和超过世界先进水平
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那得先改造制度先
一唯 回复 悄悄话 最后一段提到和为贵。没一个和平环境,搞建设很困难。愚昧领导下干点事真不容易。
东升公社 回复 悄悄话 5nm 是指channel length = 5nm
behappylady 回复 悄悄话 Thank you very much!
hotpepper 回复 悄悄话 看了这篇文章和收音机电路,引起很多回忆:

1972年以后,邓小平上台。清华附中恢复了正常教学,我们几个家庭出身不好的“毕业班”的自学小组的死党,也可以名正言顺地找老师们指导。以数理化为核心,恶补初中课程。同时我还继续学电子电路,动手自制印刷电路板,装了当时最先进的八管超外差四波段机。可以偷听美国之音(Voice of America)的新闻和苏联电台的音乐节目。为了分析和检查电路,还装了一台简单万用表。

博文里的电路只是一台中波机,没有短波。可惜不能偷听敌台;)
今留 回复 悄悄话 先赞一个。问题出在只顾着赚銭,不花时间与金钱在基本功夫。据说:除了芯片、还有其他的大件器物有许多相似的问题。所以、所谓的迎头趕上欧美国家,没有練基本功,真正硬踫硬的时候,就出了大问题。最近的例子、如在甲午战争时,北海舰队就全军覆灭。
6ba6 回复 悄悄话 懂行的人一看那矿石机就是最近的山寨货。所谓1969年的自制7管机也是,上面的零件就是穿越货,蓝色可调电阻,塑料可变电容,左下角的集成电路...楼主帮来海外养老的老爸写的吧? 呵呵
侃-侃 回复 悄悄话 原文里:“现在说的5,7,10纳米其实是说芯片里的线路的粗细”。
这个概念不够准确。多少nm不是指线路的粗细,而是芯片里两个相同的最小功能单元的同一特征间的最短距离,术语pitch distance。因为IC里面三极管是最基本的功能单元,所以简单明了的话,可以说5nm就是这个芯片里每个三极管的大小是5nm见方。这个比把线路粗细做到5nm难度更高。
lao-fei 回复 悄悄话 我们国家的芯片事业虽然起步晚,但是以中国人民的勤劳智慧一定能赶上和超过世界先进水平
平等性 回复 悄悄话 写得好,赞一个!
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