机械灵魂，电子之芯到底是什么？

2025-03-06 11:25机械之最

这两年，芯片成为了非常热门的话题，成为了全民关注的焦点。随着众多新闻报道和自媒体的科普，芯片这个原本看似神秘的东西，也逐渐被人所熟知。

其实，在日常生活中，人们几乎每天都在接触芯片，大部分时间都在和芯片做交互，然而人们却并没能感知到它。例如，我们日常使用的手机、电脑、家电里面都会带有芯片，正是芯片赋予了这些电子产品生命力。所以，想了解我们日常生活的电子产品，我们最先要了解的就是芯片。

那么，芯片到底是什么呢？

想知道芯片，就需要先理解半导体和集成电路这两个概念。

半导体是一类材料的总称，是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而【硅】是各种半导体材料应用中最具有影响力的一种。

集成电路，是用半导体材料制成的微型电子器件或部件，它需要采用一定的工艺把晶体管、电容器、电阻器、电感器、二极管等元器件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，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。

芯片，则是由不同种类型的集成电路或者单一类型集成电路形成的产品，所以大部分人都会将芯片等同理解为集成电路。

芯片

晶体管，是芯片中最基本的元器件之一，主要用于放大、开关和控制电流，通过放大电流实现信号放大。

电容器，主要功能是储存电容量，常用于滤波、耦合、能量存储等。这里面，滤波是指过滤电路中不必要的噪声和频率，耦合则是指将电路信号传递到另一个电路。

电阻器，是用于控制电流流动，用于限制电流、分压、稳定电路，通过控制电流的大小，防止电流过大损坏电子元件或电路，满足特定的电路要求。

电感器，主要作用是通过产生磁场来储存电能，当电流通过电感器时，会在线圈周围产生一个磁场，使电感器储存电能，同时抵抗电流的突然变化。

二极管，主要用于控制电流的方向，让电流可以在一个方向上流动，从而阻止其在另一个方向流动。如果允许电流通过时，电路则连接，不允许电路通过时，电路则断开。

除了这些基本元器件之外，在一些芯片里还会带有功能性元器件，例如传感器元器件、存储器元器件、时钟元器件、输入输出接口元器件、开关元器件、变压器、陀螺仪等，每种元器件都有其特定的功能和应用场景。

在众多元器件里，晶体管是最核心的元器件。在一枚小小的芯片里，往往集成了数亿、数十亿个晶体管，这些晶体管比一根头发丝还要细小，用以实现芯片的运算功能。单个芯片上集成的晶体管数量越多，则芯片的性能越强，运算能力越高。由于芯片的大小是有限的，所以如何减小晶体管体积，尽可能多地在芯片上增加晶体管数量，提升芯片的性能，便成了芯片技术攻关的重中之重。

如果芯片里的晶体管之间的间距越小，便意味着可以集成的晶体管就越多，芯片的结构就越复杂，对应的芯片就具有越强的性能和越低的功耗。晶体管的间距常用纳米来表示，1纳米等于10亿分之1米，如果一个芯片里晶体管间距为10纳米的话，那么这个芯片就可称为“10纳米工艺”制程的芯片，制程越先进的芯片，芯片性能也越好。

晶体管

在我们日常生活中接触到的电子设备里面，都会存在若干个电路板，而电路板上会有一些小小的黑色方块，这些方块便是芯片了，也正是这些数量众多的芯片，才赋予了电子产品显示出来的功能。

可以说，芯片是所有电子设备的核心，想要了解一个电子设备，就必须要从了解它的芯片开始。像我们日常生活中用手指在手机屏幕上滑动，便能在手机上打开一个又一个的应用，实现我们想要的操作，这背后都是手机里芯片接收到指令后向我们展示的成果。

目前，世界上最先进的芯片制程是3nm的芯片，制程越先进，制作成本也就越高，14nm工艺制程芯片的流片成本约为300万美元，而7nm工艺制程制造芯片的流片成本就要3000万美元了，整整翻了10倍。

现在，知名的芯片制造商，例如台积电和三星，都在积极研发1nm甚至1nm以下制程技术的芯片。根据行业专家的预测，1nm工艺制程的芯片最快可能在2027年试产，在2028年实现量产。

未来，随着科技的发展，芯片可能将不再单纯只有硅晶圆一种材料，可能会是通过其他新材料做成的，甚至在结构上会有新的变化，进而实现更高的集成度和性能，例如二维材料、三维堆叠、量子计算等等。

可以说，芯片为现在的世界实现了无数的可能。在未来的世界里，芯片也会带来更多未知的惊喜。