導言 芯片簡歷

在過去的50年里，我們日常生活中的方方面面都發生了翻天覆地的變化。其中最重要的就是半導體集成電路即芯片（integrated circuit，IC）的發明和應用。芯片為我們帶來了計算機和互聯網革命，一個嶄新的數字化時代由此發端。芯片也將我們帶入了工業革命4.0。

今天，地球上的芯片數目遠遠超過了人口數目。這些芯片在我們身邊不停地工作著，在手機、電腦、電視機、汽車、火車、飛機中，在所有的電子設備中，芯片的影子無處不在。離開芯片，我們就不會有手機、電腦、國際空間站等，更不會有蘋果、三星、微軟、谷歌、Facebook、亞馬遜、華為、阿里巴巴等巨無霸式的高科技公司。人類已經須臾離不開芯片。

現在，芯片對我們日常生活的影響舉足輕重，但作為普通大眾的我們對芯片的來歷大多一無所知。我們對手機、電腦、互聯網的產生、工作原理和芯片技術的界限同樣也知之甚少。人們不禁會問，芯片是什么？芯片是如何被發明的？芯片的工作原理是什么？芯片是怎樣被設計、制造出來的？今天的芯片技術已經發展到了什么程度？今后，芯片會把我們帶到哪里？本書就是要回答這些問題。

1958年，第一塊半導體芯片誕生于位于美國得克薩斯州達拉斯市的德州儀器公司（Texas Instruments，TI）。20世紀60年代，由于美蘇之間的空間競賽，使電子器件的需求大大增加，同時對電子器件的可靠性和壽命也提出了很高的要求。很快，硅平面工藝（planar process）和場效應管（metal oxide silicon field effect transistor，MOSFET或MOS）就成了芯片的主要工藝和器件，它們標志著以分立器件制造電子設備的時代一去不復返。一個前所未有的、具有旺盛生命力的、全新的芯片產業誕生了。

自芯片發明至今，芯片已經從電路集成走到了系統集成。芯片產品從把電路集成于一小塊硅片開始的小規模芯片（small scale integrated circuit，SSI）發展到了今天的超大規模芯片（ultr large scale integrated circuit，ULSI）。終端產品從板上系統（System-on-board）發展到片上系統（system-on-chip）。在這一發展過程中，芯片的產業結構經歷了三次變革。

20世紀70年代，主流芯片產品為模擬電路（analog circuit）、標準通用邏輯電路（digital circuit）、特殊用途邏輯電路（application specific integrated circuit，ASIC）、微處理器（micro processor）、存儲器（memory）等。這一時期芯片產業是設計、生產、測試、封裝一條龍。生產是芯片產業中的主角，設計是從屬部門。這是芯片產業以生產為導向的初級階段。

20世紀80年代，芯片的設計與制造開始分離。出現了單純的芯片設計公司（Fabless）。同時，標準工藝制造公司（Foundry）應運而生。此時的主流芯片產品為微處理器（CPU）及專用芯片（ASIC），芯片產業進入了客戶導向的階段。

20世紀90年代，世界進入了互聯網時代。芯片產業的競爭大大增加。競爭的方式由原來的資源、價格競爭轉向人才、知識和資本的競爭。于是，芯片的產業結構開始走向專業化，形成了設計、制造、封裝、測試獨立成行的局面。這種高度分工的產業結構，讓整個芯片行業的效率大增。

現今，芯片產業是世界上最大的產業。今天的芯片產業支撐起了一個覆蓋全球的巨大的信息網絡系統，其規模讓半個世紀前的人無法想象。該系統由300多千兆個計算機芯片組成，該系統中的晶體管總數與大腦中神經元的數量相當。互聯網上的鏈接數量也和大腦神經元的連接數相當。在這個系統中，信息以5GHz的高速運行著。這一系統是如此巨大，它消耗了全球電力的5%。現在，我們的生活已片刻離不開這個系統了，這個系統是我們生活的一部分，沒有它，我們大多數人將寸步難行，而這一切的基礎就是本書的主角——芯片。