最近几年，有关芯片的新闻一再引起重视，从2022年美国签署《芯片和科学法案》到2023年欧盟同意《芯片法案》，从ChatGPT、Sora等生成式人工智能继续火爆到英伟达2024年股价3个月翻番，桩桩件件都与芯片有关。芯片究竟是怎样诞生的？它又将怎样影响咱们的日子？

　　书是由许多册页构成的，每张册页上又有许多文字。相同道理，假如将一片硅晶圆比作一本书，那么其间的芯片便是纸张；每个芯片上又有许多晶体管，每个晶体管代表一个字。

　　晶体管只要两项基本功用，一个是作为开关表明0和1，可用于核算；另一个是作为信号放大器，可用于通讯。能够说，正是由于有了晶体管，才有了咱们信息时代的核算机、互联网和无线通讯等。

　　更进一步说，假如晶体管代表字，晶体管尺度就对应字号，标准单元库就等于字体库，地图校验对应校正，线距离有点像行距，地图布局相当于页面布局，掩膜制版对应激光制版，光刻就像印刷，封装就像装订，外壳相当于封面，芯片型号对应书名。

　　芯片和书本的类似之处还在于，它们都需求先把一个主意变成版式或地图，然后用光照的方法“印刷”出来。所以，光刻机也能够看作是一种精细的“化学印刷”设备。

　　除了以上这些，芯片和书本还有一大类似点，那就应该经过缩小“字号”，也即缩小晶体管的尺度，让书本或芯片承载更多内容。

　　事实上，晶体管自诞生之日起就一直在缩小。开端的晶体管有几十微米大，今日已能缩小到3纳米。这在某种程度上预示着，人类能在一颗芯片上塞进更多晶体管，就像册页上写满鳞次栉比的小字。举例来说，1971年创造的第一颗CPU芯片上只要2250个晶体管，晶体管的最小尺度是10微米，也即1万纳米。而2024年3月，英伟达发布B200 GPU芯片，上面有2080亿个晶体管，晶体管的特征尺度是4纳米。10微米和4纳米中心的距离有多大？假如前者是一头亚洲象，那么后者只要蚂蚁那么小。

　　这便是为什么开端的真空管电子核算机有房子那么大，然后来用芯片制成的笔记本电脑、智能手机，功用越来越强，但个头却越来越小。

　　1965年，美国科学家、企业家、后来创办了英特尔公司的戈登·摩尔（Gordon Moore）研讨了曩昔几年芯片开展的规则后发现，集成电路上可包容的晶体管数量每年翻一番，后来修订为每两年翻一番——这便是“摩尔定律”。其特色在于指数型增加，它的开展速度不是呈线性增加的，而是呈指数级攀升，越到后期增加曲线越峻峭。并且，直到半个多世纪之后的今日，这一规则虽然有所放缓，但仍旧没有被打破。

　　——在其之上诞生了晶体管，然后又诞生了芯片。芯片依照摩尔定律继续不断的开展，其间一个典型的代表便是CPU或许处理器芯片，这样才有了后来的台式机和笔记本电脑等。这些是树的骨干。

　　——有了半导体芯片技能，信息技能开端开枝散叶，呈现了Flash（闪存）、无线通讯芯片、传感芯片、功率芯片以及光电类芯片等。

　　一方面，芯片里边晶体管的尺度现已逼近了物理极限。现在，3纳米芯片现已量产，未来还会有1纳米、0.5纳米芯片。这么小的尺度意味着要用极短波长的光刻机才干制作，光刻技能将面对严峻应战。

　　另一方面，即使咱们能制作出尺度极小的晶体管，它也很可能无法正常作业，由于它还遭到别的一个物理极限的影响，即“隧穿效应”。“隧穿效应”是指当晶体管只要原子尺度的时分，电子就能从晶体管中逃逸出来，让晶体管失效。

　　现在，科学家们正在想尽办法来处理这样一些问题，包含运用新材料，比方研讨碳基晶体管；也包含选用新原理，比方创造模仿人脑神经元的新器材等。

　　除了芯片自身有必要面对的应战，人类还面对更加大的应战。有组织测算，练习一次人工智能（AI）大模型，需求耗费2亿千瓦时电。由此，业界有了一种说法，“一切的transformer即将耗费掉一切的transformer”，其间第一个transformer指的是大模型；第二个transformer指的是变压器，代表电力。