芯片也被稱作集成電路，integrated circuit即IC，是一種將半導(dǎo)體元器件、被動(dòng)組件等小型化的方式，可以把數(shù)量龐大的微晶體管集成到一小小的芯片上。

所以芯片是由一個(gè)個(gè)的晶體管，各式固態(tài)半導(dǎo)體組件（二極管、晶體管）組成，20世紀(jì)中后期半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步使得集成電路也就是芯片成為可能，相比于手工組裝使用分離的電子組件集成電路更加穩(wěn)定、高性能（小尺寸短路徑，低功率組件快速開(kāi)關(guān)，能耗低）、低成本（照相平板技術(shù)，生產(chǎn)效率高）。

芯片為什么這么重要

過(guò)去國(guó)家與民族之間爭(zhēng)奪的是如土地、人口、燃料、市場(chǎng)等物質(zhì)資源，這類資源需要基礎(chǔ)交通的鏈接，于是我們建造了眾多的道路與橋梁來(lái)運(yùn)輸該類資源并讓其發(fā)揮作用。如今至二戰(zhàn)以來(lái)基礎(chǔ)科學(xué)并未出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的突破，能源、材料等多領(lǐng)域停滯不前。而人總是在追求更加優(yōu)越的生活，如今數(shù)字基建已經(jīng)成為新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

一、數(shù)字基建：

處于數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的我們，數(shù)據(jù)已經(jīng)成為核心生產(chǎn)要素和戰(zhàn)略資源，圍繞數(shù)據(jù)全生命周期的網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、計(jì)算、應(yīng)用等基礎(chǔ)軟硬件成為生產(chǎn)生活、社會(huì)發(fā)展不可或缺的新基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)這些新型基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)對(duì)物理空間背后“不可見(jiàn)世界”的管理。立足于當(dāng)下國(guó)際形勢(shì)與此次疫情的沖擊，數(shù)字基建能有效拉動(dòng)投資，穩(wěn)就業(yè)、振興經(jīng)濟(jì)，不同于以往的傳統(tǒng)基建，數(shù)字基建是當(dāng)前最有活力的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。

而數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施又是數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石與保障，是經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的新動(dòng)能。所以在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)全世界將迎來(lái)一次大力投資數(shù)字基建的潮流。

二、通信與計(jì)算：

數(shù)字基建的應(yīng)用圍繞著通信與算力展開(kāi)，翻譯過(guò)來(lái)就是我們所熟知的5G與芯片，5G通信用來(lái)鏈接匯總收集到的數(shù)據(jù)，算力便是處理匯總起來(lái)的信息。

傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)中，生產(chǎn)線、機(jī)器、各種載具等作為生產(chǎn)工具，而土地、勞動(dòng)力、化石燃料成為核心生產(chǎn)要素；對(duì)應(yīng)如今數(shù)字新基建，AI、5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算便成為了新型生產(chǎn)工具，而算力與數(shù)據(jù)則成為上述工具的核心生產(chǎn)要素，算力與數(shù)據(jù)已然成為當(dāng)前世界競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。

1、通信：

通信領(lǐng)域我國(guó)十分重視，目前華為的5G專利數(shù)量世界第一，綜合技術(shù)可以說(shuō)已經(jīng)處于世界一流水平，但芯片尤其是高端芯片領(lǐng)域卻不容樂(lè)觀，雖然我們有一大批半導(dǎo)體芯片企業(yè)如中芯國(guó)際、中微電子等，不過(guò)他們也不是在所有領(lǐng)域都專精，芯片產(chǎn)業(yè)需要全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展缺一不可，尤其是在一些關(guān)鍵技術(shù)上。

2、計(jì)算：

在如今的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代獲取信息變得極為方便，甚至在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)當(dāng)信息足夠豐富，算力足夠強(qiáng)大，國(guó)家的一些決策都能交給計(jì)算機(jī)，我們要做的僅僅是制定運(yùn)算規(guī)則也就是算法。多行業(yè)信息收集后協(xié)同計(jì)算能產(chǎn)生新的需求、產(chǎn)能與市場(chǎng)，帶動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展。屆時(shí)各國(guó)間的博弈很大可能會(huì)變成兩個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)間誰(shuí)能獲取更多數(shù)據(jù)，加持科學(xué)的算法最終通過(guò)更強(qiáng)的算力脫穎而出，做出正確的抉擇。

國(guó)際數(shù)據(jù)公司IDC預(yù)測(cè)到2023年，數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值將占中國(guó)GDP的67％，強(qiáng)大自主的算力將成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，而核心要素算力的投入與研發(fā)將成為我國(guó)的百年大計(jì)， 占領(lǐng)了這兩個(gè)領(lǐng)域的國(guó)家毋容置疑將獲得未來(lái)幾十年舉足輕重的實(shí)力，甚至決定將來(lái)的世界秩序。

芯片的發(fā)展歷史

半導(dǎo)體是導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的一種物質(zhì)（下面會(huì)詳細(xì)說(shuō)到）。直到20世紀(jì)30年代材料提純技術(shù)改進(jìn)后才被廣泛認(rèn)可。半導(dǎo)體主要由：集成電路、光電器件、分立器件、傳感器組成。因?yàn)槠渲械募呻娐氛计骷壤?0％以上，一般將半導(dǎo)體也稱為集成電路。而集成電路又分為：微處理器、存儲(chǔ)器、邏輯單元、模擬器件。所以我們也將其成為芯片。

芯片的發(fā)展歷史

intel是PC領(lǐng)域芯片巨頭，其發(fā)展史基本代表了芯片的發(fā)展史，讓我們來(lái)看看其發(fā)展歷程：

1、1971年，intel第一款商用處理器4004問(wèn)世，集成2250個(gè)晶體管，每秒運(yùn)算6萬(wàn)次，它的出現(xiàn)是革命性的，帶來(lái)了隨之而來(lái)的計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)革命，進(jìn)而改變整個(gè)世界。

2、1978年，intel著名的8086處理器問(wèn)世，并于1981年應(yīng)用于IBM電腦，一舉成名。隨后還有80286等后續(xù)型號(hào)。

3、1985年，intel研制出第一款32位處理器80386，依靠與IBM PC的兼容與合作確立了兼容機(jī)市場(chǎng)的領(lǐng)頭地位，同年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。隨之而來(lái)的還有改進(jìn)型號(hào)80486、586等等，小生記得小時(shí)候用的第一臺(tái)win95處理器的電腦便是80486系列的芯片。

4、1993年，intel推出奔騰處理器（pentium），此時(shí)晶體管數(shù)量達(dá)到320萬(wàn)個(gè)，浮點(diǎn)運(yùn)算能力大大增強(qiáng)，進(jìn)而圖像、聲音、影視等功能得到充分實(shí)現(xiàn)。隨后的十年時(shí)間里更新型號(hào)層出不窮，intel已然變成高端芯片的代名詞。

5、2001年，intel第一款64位處理器Itanium誕生，主要用于高端企業(yè)級(jí)別的計(jì)算環(huán)境也就是服務(wù)器，超越同行成為服務(wù)器芯片的老大。

6、2006年，我們熟知的酷睿core雙核處理器問(wèn)世，也就是我們所說(shuō)的i3、i5、i7系列。當(dāng)然core i7的首發(fā)是在2008年，是第一款四核處理器。core系列經(jīng)久不衰，直到今天我們的個(gè)人電腦基本都用的core系列（其他的屬于AMD公司或intel在core上的變種）。

7、2014年，intel推出至強(qiáng)（xeon）E7系列處理器，多達(dá)15個(gè)處理器核心成為intel核心數(shù)最多的處理器，xeon主要應(yīng)用于服務(wù)器領(lǐng)域，能應(yīng)用于英特網(wǎng)處理工程、圖像與多媒體等需要快速傳送的大量數(shù)據(jù)應(yīng)用。

8、2017年，intel收購(gòu)Mobileye后，開(kāi)始向“算法+芯片”的整合AI方向發(fā)展，在智能AI的大背景下，英偉達(dá)與intel都在運(yùn)用深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)制造AI芯片搶占新的市場(chǎng)。

縱觀近30年來(lái)集成電路的發(fā)展歷史，晶體管數(shù)量每1.5年增加一倍，隨著單位面積晶體管數(shù)量的增加，芯片外形尺寸縮小，單體成本與開(kāi)關(guān)功率明顯下降，同時(shí)所有的性能指標(biāo)都增強(qiáng)了，也就是芯片每24個(gè)月晶體管數(shù)量與性能翻一番，嚴(yán)格遵守摩爾定律，可以說(shuō)芯片進(jìn)步的歷史就是集成電路的發(fā)展史。

芯片的運(yùn)行原理

可以說(shuō)如今IT行業(yè)的硬件都是建立在半導(dǎo)體工業(yè)之上，而半導(dǎo)體又是由一個(gè)個(gè)晶體管（包括二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、晶閘管等，有時(shí)特指雙極型器件）組成。下面讓我們從半導(dǎo)體與晶體管說(shuō)起（其它的原理差不多）。

1、半導(dǎo)體：

要說(shuō)芯片，我們就不得不提及半導(dǎo)體。其實(shí)半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)也是由量子力學(xué)所發(fā)展起來(lái)的，讓我們從物理原子層面說(shuō)起。我們都知道除了H、He以外的其他元素都是以外層8電子為穩(wěn)定狀態(tài)，化學(xué)知識(shí)也告訴我們使兩種元素得以連接的靜電力（化學(xué)鍵）有離子鍵與共價(jià)鍵（金屬鍵與共價(jià)鍵類似）。

離子鍵一般存在于金屬與非金屬間，如Na原子失去一個(gè)電子變?yōu)镹a+粒子，Cl原子得到一個(gè)電子變?yōu)镃l-粒子，兩原子成為異性電荷通過(guò)電磁力吸引在一起成為Nacl也就是氯化鈉食鹽；共價(jià)鍵一般使得非金屬元素得以結(jié)合，不同原子之間可以用核外電子共同形成電子對(duì)使最外層形成8電子穩(wěn)定態(tài)，例如氮?dú)狻?/p>

這時(shí)候我們觀察到元素周期表中有一類C族元素最外層只有4個(gè)電子，即不易失去也不容易得到電子，這就是半導(dǎo)體的概念，不過(guò)在該族元素中隨著電子層數(shù)的增加也會(huì)變得越來(lái)越容易失去電子（Si之后的元素Ge、Sn、Pb等），實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)硅Si由于其合適的電子層數(shù)以及最外層電子數(shù)成為我們眼中最好的半導(dǎo)體材料。這也是世界高科技行業(yè)云集的“硅谷”的由來(lái)，“硅谷”也是最早研究和生產(chǎn)以硅為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體芯片的地方，因此得名。

2、晶體管與集成電路：

二極管是晶體管的其中一種，是由半導(dǎo)體材料（硅、硒、鍺等）制造的一種能單向?qū)щ姷?a target="_blank">電子元器件。即在二極管的陽(yáng)極與陰極施加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，施加反向電壓時(shí)截止，相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)的接通與斷開(kāi)。而這時(shí)候便有了最基礎(chǔ)的信號(hào)區(qū)分，例如我們將電流導(dǎo)通記為1，斷開(kāi)記為0。這便是我們熟知的電腦語(yǔ)言0、1。如今的C語(yǔ)言、C++、JS、H5等變成語(yǔ)言也是將該類01語(yǔ)言翻譯為我們能看懂并方便編輯的形式。

在二極管誕生后我們便能設(shè)計(jì)邏輯原件，學(xué)過(guò)自動(dòng)控制原理課程的大家都知道有與或非的門電路（例如與門是兩者都同時(shí)實(shí)現(xiàn)才能得到1的輸出）。各類門電路通過(guò)并聯(lián)串聯(lián)的形式集合起來(lái)，看似簡(jiǎn)單的邏輯門電路在上億數(shù)量的排列組合聚集在一起后便能實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的計(jì)算（這其中門電路的排列組合設(shè)計(jì)也即是芯片工藝的設(shè)計(jì)也是決定芯片性能的核心要素，需要長(zhǎng)時(shí)間技術(shù)的積累）而芯片便是該類運(yùn)算電路的集合，即集成電路IC。

制作芯片的工藝流程

芯片的制作流程比較復(fù)雜，不過(guò)大體上都分為三個(gè)步驟： 設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與封裝測(cè)試。

一、設(shè)計(jì)：前端設(shè)計(jì)、前仿真、后端設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、后仿真、signoff檢查、然后將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)交付給代工廠。

關(guān)于設(shè)計(jì)我們要知道一個(gè)原理，芯片設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)某一功能必然依托于某一設(shè)計(jì)架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前主流的芯片架構(gòu)有X86（intel與AMD專屬，稱霸PC市場(chǎng)）、ARM（移動(dòng)便捷設(shè)備）、RISC-V（后起之秀，智能穿戴設(shè)備中應(yīng)用廣泛）、MIPS（主要應(yīng)用于網(wǎng)關(guān)、機(jī)頂盒），由于ARM架構(gòu)擁有低功耗、低成本的特點(diǎn)尤其受到手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的青睞（ARM與X86架構(gòu)為市場(chǎng)份額最大的兩大架構(gòu)）。

以上所說(shuō)芯片設(shè)計(jì)，架構(gòu)僅僅是前提條件。而對(duì)于芯片整個(gè)設(shè)計(jì)流程來(lái)說(shuō)都需要用到EDA軟件。EDA軟件簡(jiǎn)單地說(shuō)可以理解為我們常用的CAD軟件，由于一個(gè)芯片電路十分復(fù)雜細(xì)小，包含幾十上百億個(gè)元器件，一個(gè)元器件或電路的錯(cuò)誤放置都可能導(dǎo)致整個(gè)芯片無(wú)法運(yùn)行。而EDA軟件能自動(dòng)化設(shè)計(jì)該流程保證芯片的運(yùn)行，芯片設(shè)計(jì)方只需決定某幾個(gè)關(guān)鍵位置的設(shè)計(jì)便好。

二、生產(chǎn)制造：氧化—薄膜沉積—光刻—刻蝕—離子注入—清洗。

我們首先從二氧化硅也就是沙子中高溫萃取出純度很高的單質(zhì)硅，該單質(zhì)硅為晶體結(jié)構(gòu)，原子整齊排列以共價(jià)鍵組合成巨大分子。工作人員將硅切成圓薄片用以生產(chǎn)芯片。

在硅片上均勻涂抹感光材料，控制光線（光刻機(jī)）照射特定部位感光材料使其性質(zhì)發(fā)生變化（溶于水），再用水沖洗便得到硅單質(zhì)的凹槽。

再對(duì)特定區(qū)域摻入感光多晶硅層等雜質(zhì)，如二極管中的磞與磷，邏輯電路便在該凹槽中不斷形成，俗稱的粒子注入。

其余地方也能通過(guò)感光遮蓋的方式用腐蝕液將硅腐蝕掉，便形成了一個(gè)個(gè)晶體管。

當(dāng)然你也可以摻入金屬材料形成導(dǎo)線、電容或電阻等。

該工序重復(fù)多次（一般不少于20）疊層便能得到我們想得到的集成電路，一大塊包含很多塊芯片的晶圓盤。

三、封裝測(cè)試：

如上所說(shuō)，芯片生產(chǎn)后并非成品而是一大塊晶圓，還需經(jīng)過(guò)芯片測(cè)試機(jī)的測(cè)試、切割并封裝。

未封裝的晶圓

良好的測(cè)試能使次品到達(dá)用戶手中之前被淘汰掉，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、建立生產(chǎn)銷售的良性循環(huán)是至關(guān)重要的。而測(cè)試機(jī)正是通過(guò)驗(yàn)證芯片是否符合設(shè)計(jì)目標(biāo)、研究環(huán)境變化對(duì)其造成的影響以及壽命長(zhǎng)短等參數(shù)實(shí)現(xiàn)有效的測(cè)試。

我國(guó)半導(dǎo)體現(xiàn)狀

截止2019年，我國(guó)花費(fèi)3000多億美元進(jìn)口芯片（買石油也只花了2000多億），總共購(gòu)買了全世界三分之一的芯片，其中90％以上都依賴進(jìn)口?？梢?jiàn)我們對(duì)芯片的依賴還是相當(dāng)大的。要研究我國(guó)半導(dǎo)體芯片現(xiàn)狀我們先得看看芯片產(chǎn)業(yè)整個(gè)流程在世界上的分工。

世界芯片產(chǎn)業(yè)鏈：

我國(guó)的華為海思、國(guó)外的蘋(píng)果、AMD、高通等著名大廠往往只做設(shè)計(jì)，該類公司我們將其稱為Fabless芯片設(shè)計(jì)方；設(shè)計(jì)好后將圖紙交給臺(tái)積電或三星這樣的第三方芯片制造代工廠；生產(chǎn)后還不是成品而是一大塊圓形硅晶體，還要交給日月光、安靠這類的公司運(yùn)用EDA軟件測(cè)試、切割并封裝，最終形成我們平常看到的芯片。

大部分的芯片生產(chǎn)流程如上，不過(guò)也有極少例外，如intel、三星這樣的超大型公司全流程自己搞定，即設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試封裝全都自己做。我們一般稱該模式為IDM模式，其實(shí)最初生產(chǎn)芯片大家都是IDM模式，只是后來(lái)啊大家考慮到成本與效率，畢竟自己建立生產(chǎn)線只做自己的太過(guò)浪費(fèi)，更新?lián)Q代迅速，設(shè)備閑置后就放在那兒折舊了。

臺(tái)積電

而后需求便使臺(tái)積電這樣的公司應(yīng)運(yùn)而生，在成本有效控制的前提下產(chǎn)能大幅提升。不過(guò)這也帶來(lái)另一個(gè)改變即芯片行業(yè)門檻的整體降低，以前沒(méi)有個(gè)幾千億都摸不到芯片行業(yè)的門檻，如今僅需投入十幾到幾十億的芯片設(shè)計(jì)研發(fā)就能找人做芯片了。

我國(guó)芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與測(cè)試封裝與世界水平對(duì)比：

說(shuō)完世界芯片產(chǎn)業(yè)鏈再讓我們回到芯片本身的工藝流程上，即設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與封裝測(cè)試，讓我們從這三個(gè)維度進(jìn)行分析。

一、芯片設(shè)計(jì)：

芯片設(shè)計(jì)大體分為：前端設(shè)計(jì)、前仿真、后端設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、后仿真、signoff檢查、然后將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)交付給代工廠。

以上我們說(shuō)到包括華為海思在內(nèi)的很多大型企業(yè)都只做芯片設(shè)計(jì)，所以海思究其根本是一家芯片設(shè)計(jì)公司。

①ARM架構(gòu)：

以上說(shuō)到目前主流的芯片架構(gòu)有X86（intel與AMD專屬，稱霸PC市場(chǎng)）、ARM（移動(dòng)便捷設(shè)備）、RISC-V（后起之秀，智能穿戴設(shè)備中應(yīng)用廣泛）、MIPS（主要應(yīng)用于網(wǎng)關(guān)、機(jī)頂盒），由于ARM架構(gòu)擁有低功耗、低成本的特點(diǎn)尤其受到手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的青睞（ARM與X86架構(gòu)為市場(chǎng)份額最大的兩大架構(gòu)）。

而我們的華為海思正是通過(guò)在ARM公司的公版架構(gòu)之上二次開(kāi)發(fā)而來(lái)，雖然ARM是一家英國(guó)公司號(hào)稱不受A國(guó)商務(wù)部的影響，不過(guò)今年以來(lái)ARM態(tài)度搖擺不定，目前更是傳出要被英偉達(dá)收購(gòu)的消息，這條道路也顯得十分不可靠。如若不讓使用華為將全新自主設(shè)計(jì)下一代指令集的芯片，難度是非常高的。

②EDA設(shè)計(jì)：

芯片架構(gòu)是設(shè)計(jì)的前提，當(dāng)你選好了一個(gè)建筑的用途與建筑材料后，你還需要設(shè)計(jì)具體的建造方案，也就是芯片設(shè)計(jì)。而這一過(guò)程我們有說(shuō)到過(guò)需要EDA軟件（類似于建筑行業(yè)的CAD軟件）的全程參與。以上我們說(shuō)到EDA軟件能自動(dòng)化設(shè)計(jì)整個(gè)流程的芯片保證其能成功運(yùn)行，設(shè)計(jì)師們只需改動(dòng)關(guān)鍵幾個(gè)位置便好，大大降低了不可控風(fēng)險(xiǎn)。

我們的華為海思主要用到明導(dǎo)國(guó)際、新思科技與楷登電子三家公司的軟件，恰好這三家便是世界上最大EDA軟件公司并且全都是美國(guó)公司。

精明的EDA軟件商同時(shí)給臺(tái)積電這樣的代工廠提供免費(fèi)EDA軟件，要求代工廠給EDA軟件提供諸如晶體管、MOS管、電阻、電容等元器件與邏輯單元的基本信息的數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包不斷優(yōu)化更新頻繁（有時(shí)一個(gè)月）并且與軟件形成校驗(yàn)與綁定，所以基本只支持當(dāng)前最新版本。不像盜版軟件，禁令后不給更新我們還能用老版本，如果不用最新版本的軟件對(duì)芯片進(jìn)行校驗(yàn)很可能導(dǎo)致所設(shè)計(jì)芯片不能運(yùn)行導(dǎo)致流片失敗，而一片流片失敗便意味著幾億資金打了水漂，成本風(fēng)險(xiǎn)巨大。

華大九天算是國(guó)內(nèi)EDA軟件的龍頭企業(yè)，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已經(jīng)能在某些領(lǐng)域獨(dú)當(dāng)一面，不過(guò)正如以上所說(shuō)，半導(dǎo)體芯片同樣需要全流程的共同協(xié)作覆蓋整個(gè)高端芯片的設(shè)計(jì)流程，我們只能達(dá)到某些點(diǎn)的覆蓋。

二、芯片制造：

芯片制造的流程大體可以分為：氧化—薄膜沉積—光刻—刻蝕—離子注入—清洗；

就芯片制造領(lǐng)域臺(tái)積電無(wú)疑是世上最強(qiáng)企業(yè)，強(qiáng)大的技術(shù)與產(chǎn)能的領(lǐng)先保證了其領(lǐng)頭地位。不過(guò)這一切都建立在運(yùn)用了大量美國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備之上，可以說(shuō)沒(méi)有美國(guó)技術(shù)的支持便沒(méi)有臺(tái)積電的今天，所以如若A國(guó)一紙禁令下來(lái)，臺(tái)積電在掂量了訂單與其立身之本技術(shù)之后很可能選擇不給我們加工芯片。

你可能會(huì)說(shuō)我們不是還有中芯國(guó)際么？04年上市的中芯國(guó)際經(jīng)多年努力終于在19年攻克了14nm制程的節(jié)點(diǎn)算是一重大突破。不過(guò)首先我們得意識(shí)到臺(tái)積電在18年已經(jīng)給蘋(píng)果提供7nm制程的芯片，就制程技術(shù)來(lái)說(shuō)落后起碼兩代。其次就算我們能接受體積、性能與續(xù)航不那么優(yōu)異的產(chǎn)品，中芯國(guó)際也不一定能給我們做。以上提到的芯片制造流程中在刻蝕環(huán)節(jié)我們的中微電子已經(jīng)能將較為先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于7nm與5nm的產(chǎn)線，不過(guò)除此之外統(tǒng)統(tǒng)落后于世界平均水平。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)還有大量技術(shù)來(lái)源于美國(guó)。例如薄膜沉積設(shè)備中芯國(guó)際便應(yīng)用了美國(guó)應(yīng)用材料公司的方案，所以如果A國(guó)真的一紙禁令，中芯國(guó)際也不能為華為制造芯片。

光刻：

其次在芯片制造中不得不提到一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)—光刻。光刻機(jī)是把電路圖投影到覆蓋有光刻膠的硅片上面；而刻蝕機(jī)再把剛才畫(huà)了電路圖的硅片上的多余電路圖腐蝕掉，兩樣設(shè)備是相輔相成的，缺一不可。

EUV光刻技術(shù)難度相當(dāng)高（DUV的改良版，通過(guò)打擊液態(tài)金屬錫實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步縮小波長(zhǎng)，在此不做詳述），研發(fā)始于20多年前有近40個(gè)國(guó)家加入，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家均在內(nèi)，不過(guò)只有美國(guó)堅(jiān)持到了最后，技術(shù)難度比制造原子彈還大很多。在如今的芯片中我們起碼要進(jìn)行20次以上的光刻蝕（每一次進(jìn)行一層刻蝕），而我們將單獨(dú)一層刻蝕層圖紙放大許多倍來(lái)看，都比整個(gè)紐約市加郊區(qū)的地形圖復(fù)雜。想象一下將整個(gè)紐約以及郊區(qū)地形圖刻錄在一面積只有100平方毫米的芯片上（一個(gè)晶體管尺寸已經(jīng)不到一根頭發(fā)直徑的萬(wàn)分之一），該結(jié)構(gòu)有多么復(fù)雜可以想象。

所以光刻蝕是其中非常復(fù)雜也是最為關(guān)鍵的技術(shù)，其精度與靈敏度直接決定了芯片的計(jì)算能力與質(zhì)量。只有更加精確的刻蝕才能將電路設(shè)計(jì)師的想法在微觀尺度更完美的實(shí)現(xiàn)。光刻技術(shù)無(wú)疑是芯片時(shí)代各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的前沿陣地。

而光刻技術(shù)尖端領(lǐng)域由荷蘭公司ASML（阿斯麥）壟斷，其5nm光刻機(jī)已交付使用，今年臺(tái)積電的A14處理器、高通驍龍875系列、麒麟9000處理器都是由該設(shè)備生產(chǎn)。我國(guó)光刻機(jī)最高水平目前是中微電子的28nm制程，研發(fā)能力差距一個(gè)年代，量產(chǎn)能力差兩個(gè)年代。至于其他的很多環(huán)節(jié)甚至才剛剛起步。

三、封裝測(cè)試：了解芯片的朋友可能認(rèn)為我國(guó)在封裝測(cè)試環(huán)節(jié)處于國(guó)際第一梯隊(duì)，不過(guò)事實(shí)上光測(cè)試機(jī)一項(xiàng)就被日美企業(yè)所壟斷，其中來(lái)自美國(guó)的泰瑞達(dá)與科休半導(dǎo)體便占據(jù)國(guó)內(nèi)封測(cè)設(shè)備的大半江山，半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率不足10％。

說(shuō)完我國(guó)半導(dǎo)體芯片在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及封裝測(cè)試方面與世界水平的差距后，我們也不要過(guò)于悲觀，其實(shí)在EDA、生產(chǎn)制造、光刻機(jī)、代工能力等方面我們也并非一無(wú)是處，華大九天、中微電子、海思等企業(yè)在各領(lǐng)域打下了不少基礎(chǔ)，在某些點(diǎn)與領(lǐng)域甚至能與一線比肩，現(xiàn)在我們要做的便是讓越來(lái)越多的點(diǎn)冒出來(lái)，最終由點(diǎn)及面協(xié)同發(fā)展形成成熟完整的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，不再受制于人。

我國(guó)芯片如何發(fā)展

了解了我國(guó)半導(dǎo)體芯片技術(shù)現(xiàn)狀與差距后，不得不思考的一個(gè)問(wèn)題便是我們?cè)撛鯓訉?shí)現(xiàn)追趕并超越。

一、我國(guó)半導(dǎo)體芯片情況

在一個(gè)基礎(chǔ)物理停滯（下文會(huì)說(shuō)到）的行業(yè)中，雖然intel目前仍有很大優(yōu)勢(shì)（EDA設(shè)計(jì)、工藝等）但后起之秀與之的差距也會(huì)逐漸減少。我國(guó)在歷史上錯(cuò)過(guò)了發(fā)展半導(dǎo)體行業(yè)的窗口期，加上一定的決策失誤，導(dǎo)致了如今半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)被動(dòng)的局面。不過(guò)近年來(lái)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展也突破了一部分半導(dǎo)體所需的高晶硅材料。

但面臨的問(wèn)題還很艱巨，設(shè)計(jì)芯片的EDA工程軟件等還都基本被美國(guó)歐洲壟斷；芯片加工設(shè)備光刻機(jī)還是被荷蘭阿斯麥爾公司所獨(dú)家壟斷，以及其一系列高科技配套設(shè)備PVD、CVD、刻蝕機(jī)等等都被美國(guó)應(yīng)用材料公司（AMAT）與科林研發(fā)公司（LAM）所壟斷；此外芯片的制造還需要?dú)浞?、光刻膠等化工原料，而該類高精度化工原料都為日本企業(yè)所供應(yīng)（韓國(guó)曾被日本斷供，差點(diǎn)導(dǎo)致芯片停產(chǎn)）。就算硬件條件都具備滿足制造工藝了，intel芯片這么多年積累的工業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)（門電路排列組合以及功能實(shí)現(xiàn)方式）也不是一朝一夕能追上的，需要我們研究十幾乃至二十年。

二、我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈面臨的問(wèn)題：

技術(shù)的發(fā)展永遠(yuǎn)與資本市場(chǎng)密不可分，讓我們上升一個(gè)層面從資本的角度出發(fā)分析芯片市場(chǎng)與其背后資本的推動(dòng)。

首先芯片行業(yè)有一個(gè)顯著特點(diǎn)是它的更新?lián)Q代速度相當(dāng)快，不像其他行業(yè)在低端廉價(jià)市場(chǎng)也有巨量需求通過(guò)價(jià)格優(yōu)勢(shì)可以從低端做起，逐漸擴(kuò)大市場(chǎng)積累人才走向高端。對(duì)于芯片來(lái)說(shuō)市場(chǎng)永遠(yuǎn)只需要最高性能的高端芯片，幾乎沒(méi)有低端市場(chǎng)。

其次對(duì)于芯片技術(shù)發(fā)達(dá)引領(lǐng)的企業(yè)，雖然芯片的研發(fā)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)線的建立需要巨大的投入，但是新的芯片市場(chǎng)同樣巨大，同時(shí)高精度光刻蝕機(jī)等成熟配套技術(shù)也能保證規(guī)模化生產(chǎn)。研發(fā)投入很快會(huì)被巨大的交易量所稀釋。

再說(shuō)我國(guó)芯片研發(fā)，我國(guó)不缺資本（拿出幾百億搞研發(fā)）與基礎(chǔ)研發(fā)科技人員（不過(guò)缺芯片經(jīng)驗(yàn)積累）。但資本的投資講究投入產(chǎn)出比，資本集團(tuán)擔(dān)心的是幾百億的投入進(jìn)去而出來(lái)的產(chǎn)品甚至追不上主流半導(dǎo)體工藝（終端芯片），只能開(kāi)發(fā)出過(guò)時(shí)的產(chǎn)品，這樣高額的研發(fā)成本沒(méi)有市場(chǎng)需求的稀釋，中低端芯片的價(jià)格反倒更貴。投資也如無(wú)底洞般，所以企業(yè)也一直沒(méi)有動(dòng)力進(jìn)行大規(guī)模的投資研發(fā)，這才是芯片行業(yè)難以發(fā)展的實(shí)質(zhì)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)由于先發(fā)優(yōu)勢(shì)，cpu生態(tài)圈已然形成。桌面級(jí)的X86，嵌入式的ARM，軟硬件生態(tài)圈已成熟穩(wěn)定，沿著外國(guó)道路走專利壁壘會(huì)被卡，自己另建生態(tài)圈則如以上所說(shuō)只能指望國(guó)家買單，市場(chǎng)不需要低端芯片，想在市場(chǎng)生存太難。

三、如何發(fā)展半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)？

不得不承認(rèn)，分析清以上造成我國(guó)芯片遲遲不能發(fā)展的原因后，那怎樣才能改變呢？

①摩爾定律逐漸失效

以上提到隨著工藝制程的密集化，如今已在研發(fā)3nm制程芯片并準(zhǔn)備投入量產(chǎn)，不過(guò)性能的提升明顯與密度速度的提升不成正比，顯現(xiàn)出摩爾定律已逐漸開(kāi)始失效。在基礎(chǔ)物理沒(méi)有取得突破的前提下全球半導(dǎo)體芯片的密集化提升將陷入停滯，只能不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)更好的工藝。而這恰好也給了我國(guó)千載難逢的機(jī)遇，逆水行舟不進(jìn)則退，不過(guò)我們還是得承認(rèn)其幾十年積累的芯片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在一些細(xì)節(jié)上精妙設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的功能都能讓我們捉摸數(shù)十乃至二十年。

②芯片龍頭企業(yè)撤出中國(guó)市場(chǎng)

以上提到，具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)的半導(dǎo)體企業(yè)巨頭會(huì)憑借其強(qiáng)大的科研能力保持更新?lián)Q代的速度，而市場(chǎng)只需要最新最強(qiáng)的芯片，相當(dāng)于壟斷了整個(gè)芯片市場(chǎng)，陷入沒(méi)有市場(chǎng)利潤(rùn)資本也沒(méi)有動(dòng)力投入研發(fā)的惡性循環(huán)，所以半導(dǎo)體行業(yè)的追趕相較于其他行業(yè)會(huì)困難很多。

不過(guò)如今某國(guó)的芯片禁運(yùn)政策主動(dòng)撤出了中國(guó)市場(chǎng)，雖然這對(duì)我國(guó)高科技企業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)不小的噩耗，且人們?cè)谝欢螘r(shí)間內(nèi)使用國(guó)產(chǎn)芯片電子設(shè)備會(huì)感受到性能的下降，但這卻給了中國(guó)本土芯片產(chǎn)業(yè)千載難逢的發(fā)展機(jī)遇。對(duì)于我們來(lái)說(shuō)可能需要暫時(shí)的容忍自產(chǎn)芯片性能上的不足，不過(guò)從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看這卻是實(shí)現(xiàn)繁榮發(fā)展必不可少的一步。而相信在此非?？陀^的市場(chǎng)環(huán)境壓力下，我國(guó)的芯片技術(shù)水平將實(shí)現(xiàn)快速追趕。

而鑒于國(guó)際與貿(mào)易形勢(shì)的風(fēng)云變化，為擺脫半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對(duì)國(guó)外的依賴，我國(guó)也出臺(tái)了一系列政策。今年8月4日國(guó)務(wù)院印發(fā)《新時(shí)期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》表示線寬小于28nm經(jīng)營(yíng)期在15年以上的集成電路企業(yè)，十年內(nèi)免征企業(yè)所得稅。

當(dāng)代芯片面臨的瓶頸

就在今年全球最大芯片制造公司intel也準(zhǔn)備將旗下芯片業(yè)務(wù)外包代工給臺(tái)積電。除了業(yè)務(wù)上的考慮，就技術(shù)本身也有摩爾定律即將失效的因素，在該定律下芯片生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的速度將會(huì)放慢甚至停滯。所以intel并不急于追趕當(dāng)下最新7nm，5nm的芯片制程。

一、摩爾定律：

該定律由intel創(chuàng)始人之一的戈登。摩爾提出，其核心內(nèi)容大意為：?jiǎn)挝幻娣e的集成電路上可容納的晶體管數(shù)量大約每24個(gè)月增加一倍，也就是處理器性能每隔兩年翻一番（該定律僅為行業(yè)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)之談，并非自然物理規(guī)律）。該定律同樣適用于磁盤驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)容量的發(fā)展，已然成為眾多工業(yè)企業(yè)對(duì)于性能預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。

二、摩爾定律的逐漸失效：

然而就最新研究表明第一代3nm工藝芯片與5nm芯片相比其密度提升了70％，速度提升了10％~15％，不過(guò)最終反映到芯片的性能只提升了25％~30％。性能提升程度明顯與其密度與速度的進(jìn)步不成正比。所以當(dāng)代最新3nm制程的芯片很可能已經(jīng)遇到了物理摩爾定律的限制。

1、勢(shì)壘貫穿

失效的原因與基礎(chǔ)物理量子力學(xué)有關(guān)。經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為物體（例如電子）越過(guò)勢(shì)壘需超過(guò)一閥值能量才能越過(guò)。而量子力學(xué)則認(rèn)即使粒子能量小于閥值能量，一部分被反彈，仍有一部分能越過(guò)勢(shì)壘。

2、勢(shì)壘貫穿幾率

我們都知道量子力學(xué)是研究微觀尺度的粒子，半導(dǎo)體中微小的集成電路正好適用于該規(guī)律。讓我們用T來(lái)表明電子貫穿勢(shì)壘的概率系數(shù)，a代表勢(shì)壘寬度。

由以上可知電子貫穿勢(shì)壘幾率隨勢(shì)壘寬度a的增加迅速減小，結(jié)論便是勢(shì)壘很寬、能量差很大或粒子質(zhì)量大時(shí)，貫穿系數(shù)T≈0。反過(guò)來(lái)說(shuō)粒子能量一定勢(shì)壘越窄越容易穿越勢(shì)壘發(fā)生量子隧穿效應(yīng)。

看看如今高度集成化的芯片，晶體管電路間隙越來(lái)越窄也就是勢(shì)壘越來(lái)越窄，當(dāng)小到一定距離后量子隧穿的幾率將大大增加，這樣芯片的正常邏輯運(yùn)算將變得混亂不堪，性能的提升更是無(wú)從談起。

三、摩爾定律終結(jié)會(huì)給我們帶來(lái)什么？

回顧過(guò)去20多年，電腦或智能手機(jī)平均兩年性能便翻一倍且推陳出新非常迅速，隨著應(yīng)用軟件的迭代升級(jí)我們也將其作為快消品一般頻繁更換著。而這些都是由IC與芯片工藝更小、更精密、更快所決定的。如果半導(dǎo)體基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)步停滯，我們現(xiàn)在的電子產(chǎn)品都會(huì)變?yōu)槟陀孟M(fèi)品，芯片將會(huì)著重在穩(wěn)定性與成本之間取得平衡，最終會(huì)變?yōu)槿绫?、空調(diào)、電視之類的耐用消費(fèi)品，進(jìn)而廠商的利潤(rùn)率也會(huì)降低。

綜上所述如果在3nm以后各大廠家再也開(kāi)發(fā)不出更精密（性能提升）且成本適宜的芯片，未來(lái)芯片工藝很可能陷入停滯。不過(guò)話分兩頭說(shuō)，所謂逆水行舟不進(jìn)則退，整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的停滯也很可能給我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)一定機(jī)會(huì)。不過(guò)我們得意識(shí)到技術(shù)的積累不是一蹴而就的，雖然基礎(chǔ)物理遇到了瓶頸，但inter幾十年來(lái)的芯片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可不是能隨隨便便超越的，其中的巧妙細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)與優(yōu)化值得我們琢磨很多年。

四、超級(jí)計(jì)算機(jī)

在這里提一下超級(jí)計(jì)算機(jī)，下面簡(jiǎn)稱超算。其性能不斷增長(zhǎng)符合摩爾定律似乎沒(méi)受任何影響，我們的超算神威太湖之光在理想情況下的浮點(diǎn)運(yùn)算（跑分）甚至在世界上傲視群雄，然而事實(shí)真是如此么？

首先我們要明確一個(gè)概念，超級(jí)計(jì)算機(jī)強(qiáng)調(diào)的是把眾多處理器協(xié)同起來(lái)工作即集合性能，并不特別強(qiáng)調(diào)單個(gè)處理器的能力，當(dāng)然從功耗比的角度出發(fā)單個(gè)處理器的性能也十分重要。我們的神威太湖之光正是在單個(gè)芯片工藝落后intel兩代的基礎(chǔ)上堆疊更多的芯片依靠?jī)?yōu)秀的鏈接架構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)某一方面的計(jì)算能力超越。

通俗一點(diǎn)來(lái)說(shuō)就像你玩游戲加多張獨(dú)立顯卡一樣，你有錢便能一直加RTX3090，你只需要想辦法設(shè)計(jì)出使眾多顯卡并行運(yùn)算使其發(fā)揮出更多算力的架構(gòu)便好，有錢便能一直加下去（另一種形式的鈔能力，不過(guò)可惜的是也不能無(wú)限制的加下去）。

①什么才是超算的核心指標(biāo)？

我們都知道超算追求的是集合性能，不過(guò)你加1000個(gè)芯片實(shí)際計(jì)算峰值只有100個(gè)芯片的性能那未免也太浪費(fèi)了。所以國(guó)際上通常認(rèn)為超算最有意義的指標(biāo)是效率。即計(jì)算峰值占理論峰值的百分比，也就是實(shí)際上能發(fā)揮的性能。

（備注：計(jì)算峰值為L(zhǎng)inpack程序計(jì)算獲得，是國(guó)際通行標(biāo)準(zhǔn)。是一個(gè)超大規(guī)模線性方程式的開(kāi)源并行程序）

這里插一句因?yàn)槲覈?guó)超算一般采用GPU與CPU間PCI-E總線鏈接的異構(gòu)模式，算法復(fù)雜需要優(yōu)化，軟件開(kāi)發(fā)成本高，應(yīng)用的普適性低，進(jìn)而效率普遍不高。

②超算效率

這里的效率指的是并行程序效率。說(shuō)效率之前讓我們先了解一個(gè)概念，并行程序的特點(diǎn)是將一個(gè)大問(wèn)題分割成若干小問(wèn)題交由多處理器計(jì)算，分割的同時(shí)也決定了其需要在多個(gè)處理器之間交換數(shù)據(jù)即通信，一般來(lái)說(shuō)串行程序因?yàn)橹饕窃趦?nèi)存中通信時(shí)長(zhǎng)可忽略（大型數(shù)據(jù)庫(kù)等性能要求苛刻的環(huán)境中才需優(yōu)化），對(duì)于并行程序的超算由于其本質(zhì)上是多個(gè)獨(dú)立計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到一起，是一種跨節(jié)點(diǎn)通信，網(wǎng)絡(luò)的性能直接決定通信時(shí)長(zhǎng)影響最終效率。一般超算都會(huì)采用專用網(wǎng)絡(luò)，至少是萬(wàn)兆級(jí)別的帶寬。

了解以上概念后，讓我們來(lái)看下面的公式：

并行程序運(yùn)行時(shí)間 = 處理器運(yùn)行時(shí)間 + 通信時(shí)間

并行程序效率 = 串行程序運(yùn)行時(shí)間 / 并行程序運(yùn)行時(shí)間 * 處理器數(shù)量X100％

由以上公式可知我們采用并行化（包含異構(gòu)）來(lái)達(dá)到減少程序運(yùn)行時(shí)間的同時(shí)極大可能也會(huì)增加通信時(shí)間，在單個(gè)處理性能恒定的情況下如何優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)縮短便顯得重要，效率指標(biāo)直接衡量了這樣做是否值得，畢竟你用100匹馬拉贏了一輛坦克也不是什么值得驕傲的事。

未來(lái)的計(jì)算芯片

一個(gè)不得不承認(rèn)的事實(shí)便是自二戰(zhàn)以來(lái)，基礎(chǔ)物理科學(xué)并未有突破性的創(chuàng)新，縱觀能源、材料、等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)與二戰(zhàn)后的五六十年代相比也沒(méi)多大進(jìn)步，更多的是對(duì)量子力學(xué)等基本理論在應(yīng)用科學(xué)方面的發(fā)揚(yáng)光大。半導(dǎo)體也是正是在對(duì)量子力學(xué)中能帶理論的研究中應(yīng)運(yùn)而生的，其應(yīng)用造就了今天增長(zhǎng)迅猛的IT行業(yè)。

IT行業(yè)：

如今還能高速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)IT行業(yè)就是以芯片運(yùn)算能力為基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)。我們不禁會(huì)問(wèn)隨著晶體管所承載的運(yùn)算能力接近物理極限，摩爾定律逐漸消失，IT行業(yè)的發(fā)展是否也會(huì)遇到瓶頸？這就帶給我們一個(gè)問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力消失后生產(chǎn)力的增長(zhǎng)也會(huì)停滯。當(dāng)人口與欲望增加到一定程度后如若經(jīng)濟(jì)不再增長(zhǎng)便會(huì)形成巨大的社會(huì)矛盾。只有科技的突破與發(fā)展，例如三次工業(yè)革命才能提高生產(chǎn)力帶領(lǐng)人類走出馬爾薩斯陷阱。

在當(dāng)前7nm商用化，5nm、3nm制程的芯片已經(jīng)接近極限，摩爾定律即將失效的情況下未來(lái)的半導(dǎo)體乃至IT行業(yè)出路在何方呢？也許還是對(duì)量子力學(xué)的另一方面應(yīng)用，涉及到量子糾纏等其他理論，也就是量子通信與量子計(jì)算機(jī)。

量子計(jì)算：

量子計(jì)算無(wú)疑是計(jì)算領(lǐng)域的又一次革命，我們表示一個(gè)信息的最小單位即比特（bite）傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)是用晶體管實(shí)現(xiàn)電路是否導(dǎo)通表現(xiàn)出0或1，而量子計(jì)算機(jī)是用一個(gè)質(zhì)子的自旋轉(zhuǎn)方向來(lái)表示，同時(shí)由于量子的疊加態(tài)一個(gè)質(zhì)子可以同時(shí)存在多種狀態(tài)，也就是儲(chǔ)存多種變量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo)的并行（同時(shí)）運(yùn)算，計(jì)算能力自然也呈指數(shù)型增強(qiáng)，計(jì)算效率成百上千倍的提高。

不過(guò)量子計(jì)算也還有很多亟待解決的問(wèn)題，例如量子相干實(shí)體所組成的系統(tǒng)和其周圍環(huán)境的相互作用，會(huì)導(dǎo)致量子性質(zhì)快速消失，這個(gè)過(guò)程稱為“退相干（decoherence）”，現(xiàn)在只能延長(zhǎng)到零點(diǎn)幾秒，而隨著量子比特?cái)?shù)量增加與周圍環(huán)境接觸可能性也增加，如何延長(zhǎng)退相關(guān)時(shí)間便成為關(guān)鍵；此外量子計(jì)算中還會(huì)遇到熱量與隨機(jī)波動(dòng)的影響俗稱噪聲導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的錯(cuò)誤等等問(wèn)題；其運(yùn)行環(huán)境也極為苛刻需要在絕對(duì)零度附近。

展望：

半導(dǎo)體芯片制造是一個(gè)注重基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)積累的行業(yè)，需要多領(lǐng)域全產(chǎn)業(yè)鏈的配合。芯片發(fā)展沒(méi)有捷徑可走，需要我們一步一個(gè)腳印的走出來(lái)。在如今貿(mào)易戰(zhàn)的大環(huán)境下我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到關(guān)鍵技術(shù)受制于人的嚴(yán)重性，相信我們會(huì)重視加大投入最終發(fā)展好半導(dǎo)體領(lǐng)域。

更進(jìn)一步脫離國(guó)家層面的競(jìng)爭(zhēng)，我們更應(yīng)該意識(shí)到半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域涉及到的科學(xué)技術(shù)突破不僅是給某一國(guó)家?guī)?lái)好處，而是會(huì)給整個(gè)人類的發(fā)展與進(jìn)步帶來(lái)福音，一旦實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破什么馬爾薩斯陷阱都不在話下，我們能做的便是營(yíng)造一個(gè)好的研究探索環(huán)境，尊重、培養(yǎng)、重用人才突破基礎(chǔ)科學(xué)，最終實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的進(jìn)步。
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