為什么制作一塊芯片那么難？

制作一塊芯片的難度如同創(chuàng)造一座城市，甚至比創(chuàng)造城市更難！

從華為中興等一系列中國(guó)企業(yè)被芯片制裁，到中國(guó)勒緊褲腰帶造芯片，再到2022全世界都開(kāi)始瘋狂造芯片。這塊近乎拇指大小的硅片，讓全世界都為之瘋狂。那么為什么芯片這么難制作呢？其原理和制作工藝到底是什么樣的，來(lái)一探究竟！無(wú)論是智能穿戴設(shè)備（智能手表手環(huán)），數(shù)字微波爐或者冰箱，更普遍的手機(jī)和電腦，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等等都能見(jiàn)到芯片的身影。

芯片本質(zhì)是什么：芯片又叫集成電路IC（一般是指大規(guī)模集成電路），一般的，其主要是由晶體管（半導(dǎo)體器件，二極管三極管或各類(lèi)細(xì)分的門(mén)級(jí)元件）構(gòu)成的大規(guī)模電路系統(tǒng)，現(xiàn)在主流手機(jī)電腦芯片內(nèi)的晶體管都達(dá)到了百億級(jí)別，有的甚至上升至千億級(jí)，那么是如何在指甲蓋那么大小的面積上放置這么大規(guī)模的晶體管電路呢？

芯片的初級(jí)產(chǎn)物：晶圓片

芯片主要是在晶圓片上刻錄或者放置，最后切割等一系列操作的，我們可以類(lèi)似看成一塊光盤(pán)，在光盤(pán)每一單位面積上放置或者雕刻某些東西，最后以單位面積為單位，將其切割而成的。

那么圓晶片又是啥？

是多晶硅溶解后摻入硅晶體，然后各類(lèi)技術(shù)使其析出，形成圓柱形的單晶硅。然后硅晶再經(jīng)過(guò)各種研磨，拋光，切片后，就形成了硅晶圓的片狀產(chǎn)物，也就是晶圓。

（晶圓制作到芯片出產(chǎn)的一般流程）

其實(shí)從晶圓生產(chǎn)的過(guò)程我們就能看出芯片制作的難度巨大，，光晶圓生產(chǎn)的工序與技術(shù)就涵蓋了材料學(xué)，光學(xué)，晶體學(xué)，還有工藝流程學(xué)，自動(dòng)化等一系列學(xué)科，可見(jiàn)其難度之大。其實(shí)晶圓制作在芯片整個(gè)流程工藝上不是最難的！芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)：既然把芯片比做建城市，那么晶圓片只是將地皮推平而已，怎樣規(guī)劃和創(chuàng)造城市，才是最難的！

芯片的靈魂–––芯片架構(gòu)芯片不是都一樣的，不同的架構(gòu)（設(shè)計(jì)圖紙）就有不同的芯片種類(lèi)，就好比城市的選型，是內(nèi)陸城市還是沿海城市，這些城市又分為，是交通樞紐城市，還是港口城市等等，不同的芯片架構(gòu)就又不同的芯片設(shè)計(jì)要求和制作工藝。目前主流的芯片架構(gòu)就是ARM架構(gòu)和英特爾的X架構(gòu)，ARM主要應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)（包括手機(jī)，嵌入式電腦，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等等，華為麒麟處理器，蘋(píng)果A和M系列芯片都屬于arm架構(gòu)），英特爾芯片主要是桌面級(jí)處理器，主要為了各類(lèi)電腦而產(chǎn)生，也有部分嵌入式芯片和其他類(lèi)型芯片。綜上所述，芯片架構(gòu)是非常重要的，設(shè)計(jì)芯片架構(gòu)涉及到的知識(shí)也是非常多的：數(shù)學(xué)（特別是矩陣論數(shù)學(xué)分析，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型––運(yùn)籌學(xué)等），物理就更不用說(shuō)了（電路分析學(xué)––模擬電路數(shù)字電路，自動(dòng)化學(xué)，非線(xiàn)性系統(tǒng)的發(fā)熱建模等等），計(jì)算機(jī)科學(xué)（研究其時(shí)鐘頻率，脈沖信號(hào)，指令集等各類(lèi)問(wèn)題）等等。那么如何將芯片架構(gòu)放置在晶圓片上呢？這就是芯片制作的核心問(wèn)題所在，如同如何把圖紙上的城市建設(shè)出來(lái)！

***---芯片的母胎

***的原理是什么？***的初步處理圓晶原理比較像一般的電路板制作，利用設(shè)計(jì)好的模版去除晶圓表面的一層保護(hù)膜。然后將晶圓浸泡在設(shè)計(jì)好的腐蝕液里面，失去保護(hù)膜的部分被腐蝕掉后就形成了我們需要的電路了。然后用純水洗凈殘留在晶圓表面的雜質(zhì)。其中曝光機(jī)就是利用紫外線(xiàn)通過(guò)模版去除晶圓表面的保護(hù)膜的設(shè)備。那么最后 我們就可以將***看成是如何將設(shè)計(jì)圖紙映射在單位面積的圓晶片上的。可見(jiàn)其制作工藝是何種的復(fù)雜和精細(xì)。

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目前商業(yè)芯片制作公司有哪些呢？

最著名的是中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)積電：一家積體電路和圓晶生產(chǎn)廠(chǎng)商，像蘋(píng)果，華為，高通等一系列科技公司大部分都在臺(tái)積電進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)制作。

韓國(guó)三星公司：三星自家也有自己的代工廠(chǎng)，自家芯片包括其他公司芯片都可以在三星進(jìn)行生產(chǎn)，不過(guò)業(yè)界有人認(rèn)為三星和臺(tái)積電在生產(chǎn)工藝上還是存在一些差距的，所以臺(tái)積電占比更大一些。

三星半導(dǎo)體和臺(tái)積電

不過(guò)不論國(guó)際科技風(fēng)云如何巨變，中國(guó)人總能找到方法去應(yīng)對(duì)。相信國(guó)家在不久的將來(lái)就能在強(qiáng)大的基礎(chǔ)科學(xué)和科研實(shí)力下在尖端芯片上占有重要一席。