导言 芯片简历

在过去的50年里，我们日常生活中的方方面面都发生了翻天覆地的变化。其中最重要的就是半导体集成电路即芯片（integrated circuit，IC）的发明和应用。芯片为我们带来了计算机和互联网革命，一个崭新的数字化时代由此发端。芯片也将我们带入了工业革命4.0。

今天，地球上的芯片数目远远超过了人口数目。这些芯片在我们身边不停地工作着，在手机、电脑、电视机、汽车、火车、飞机中，在所有的电子设备中，芯片的影子无处不在。离开芯片，我们就不会有手机、电脑、国际空间站等，更不会有苹果、三星、微软、谷歌、Facebook、亚马逊、华为、阿里巴巴等巨无霸式的高科技公司。人类已经须臾离不开芯片。

现在，芯片对我们日常生活的影响举足轻重，但作为普通大众的我们对芯片的来历大多一无所知。我们对手机、电脑、互联网的产生、工作原理和芯片技术的界限同样也知之甚少。人们不禁会问，芯片是什么？芯片是如何被发明的？芯片的工作原理是什么？芯片是怎样被设计、制造出来的？今天的芯片技术已经发展到了什么程度？今后，芯片会把我们带到哪里？本书就是要回答这些问题。

1958年，第一块半导体芯片诞生于位于美国得克萨斯州达拉斯市的德州仪器公司（Texas Instruments，TI）。20世纪60年代，由于美苏之间的空间竞赛，使电子器件的需求大大增加，同时对电子器件的可靠性和寿命也提出了很高的要求。很快，硅平面工艺（planar process）和场效应管（metal oxide silicon field effect transistor，MOSFET或MOS）就成了芯片的主要工艺和器件，它们标志着以分立器件制造电子设备的时代一去不复返。一个前所未有的、具有旺盛生命力的、全新的芯片产业诞生了。

自芯片发明至今，芯片已经从电路集成走到了系统集成。芯片产品从把电路集成于一小块硅片开始的小规模芯片（small scale integrated circuit，SSI）发展到了今天的超大规模芯片（ultr large scale integrated circuit，ULSI）。终端产品从板上系统（System-on-board）发展到片上系统（system-on-chip）。在这一发展过程中，芯片的产业结构经历了三次变革。

20世纪70年代，主流芯片产品为模拟电路（analog circuit）、标准通用逻辑电路（digital circuit）、特殊用途逻辑电路（application specific integrated circuit，ASIC）、微处理器（micro processor）、存储器（memory）等。这一时期芯片产业是设计、生产、测试、封装一条龙。生产是芯片产业中的主角，设计是从属部门。这是芯片产业以生产为导向的初级阶段。

20世纪80年代，芯片的设计与制造开始分离。出现了单纯的芯片设计公司（Fabless）。同时，标准工艺制造公司（Foundry）应运而生。此时的主流芯片产品为微处理器（CPU）及专用芯片（ASIC），芯片产业进入了客户导向的阶段。

20世纪90年代，世界进入了互联网时代。芯片产业的竞争大大增加。竞争的方式由原来的资源、价格竞争转向人才、知识和资本的竞争。于是，芯片的产业结构开始走向专业化，形成了设计、制造、封装、测试独立成行的局面。这种高度分工的产业结构，让整个芯片行业的效率大增。

现今，芯片产业是世界上最大的产业。今天的芯片产业支撑起了一个覆盖全球的巨大的信息网络系统，其规模让半个世纪前的人无法想象。该系统由300多千兆个计算机芯片组成，该系统中的晶体管总数与大脑中神经元的数量相当。互联网上的链接数量也和大脑神经元的连接数相当。在这个系统中，信息以5GHz的高速运行着。这一系统是如此巨大，它消耗了全球电力的5%。现在，我们的生活已片刻离不开这个系统了，这个系统是我们生活的一部分，没有它，我们大多数人将寸步难行，而这一切的基础就是本书的主角——芯片。