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芯片本身就是一个大规模集成电路,就像一个小型的电子城市。这个城市里面还有不同的功能区,也有宽阔的街道和狭窄的小巷就是电路。无数的电子就是里面的居民,每一瞬间都有无数的电子在里面驰骋奔腾,寻找自己的归宿,在这个过程之中也就运算出了人类需要的的结果。
这些无序的电子又是如何能够按照人类的指示组织起来运行完成任务呢?
要先从材料说起。芯片的基本材料是硅,属于半导体材料,再加上其他一些杂质,比如硼和磷。它有一个有趣的特性叫做单向导电性——就是电子只能从一个方向通过。杂乱无序的电子设备现在要规规矩矩按顺序按指令为人类服务了。这是第一步。
这么多电子仅仅有了运行方向还不行,还要进一步把它们分割成能工作的小单元工业上的术语叫做pn结,其实是一个微型的小电路.
下一个关键技术就叫逻辑门,就是利用这个单向导电性,再加上电压的高低控制,那么输出就能得到一个基本的结果,比如或者高压或者低压。根据结果,在逻辑上就用是或者不是来表示。这个也还好理解。
那么继续问我们的问题,这个是与否又怎么转化成数据呢?刚才说的易经和二进制来了。易经中分阴爻和阳爻。如果我们简单地把阴爻和阳爻变成数字一和零,那么六爻最多就可以表示2的6次方64,所以易经就是六十四卦!其实是一个数学的问题,有小学奥数基础或者初中数学水平的人就能懂这个道理。
刚才逻辑判断的是是与否,现在我们灵机一动把是与否来用1和0来表示。OK,逻辑判断转化成数值了!实际上逻辑门并不只一种,有好几种形态,综合组织在一起再利用二进制就能就能进行复杂的运算输出结果了!鉴于集成电路里面就是一个庞大的电子城市,里面工作的居民电子可以千万亿个,多大的数值都可以计算了。
上面简单说了芯片的工作原理,但要制作一块芯片那就更麻烦了,分成三个步骤:设计、制造和封装。
设计需要的水平虽高,但制作起来难度更大,在小小的芯片上要制作大量的集成电路,全都是高精密加工。比如要制作光感元件,制作蚀刻的回路,还要保证可靠性,需要大量的精密仪器。而这些设备中国是不具备的。
能加工高级芯片的只有四个国家美英日德,德国有点让人意外。德国是高精密制造大国,虽然由于战败国的原因技术上受些限制,但它具有的高精密的制造加工技术是无与伦比的,因此德国也能够生产高级芯片。而中国往往只能参与这三个环节中最低级的封装部分。
谈完芯片制作就可以说到源代码问题。源代码是一种机器语言,只能跟芯片绑定,往往一种芯片具有一种源代码。不掌握芯片制造的核心技术,实际上是开发不出源代码的。举个例子来说芯片像是精灵,而源代码就是指挥他的咒语。就像是阿拉丁的神灯一样。从这个意义上讲,中国不掌握高精密制造技术就无法制作出先进的芯片,没有先进的芯片儿也不可能开发出源代码。没有源代码,就没法开发出具有自主知识产权的高级软件。这一切都是空中楼阁。
换一句话,光靠送外卖、发快递、拼多多、共享单车等商业模式是无法打造出真正的高科技的!