芯片为何成为美国制裁华为的利器？论芯片的前世今生！

众所周知，去年5月，华为及其68家附属关联公司被美国列入了实体清单之后，美国开始了对华为的全方面制裁打压，有种不把华为搞垮就不收手的态势，在一系列制裁手段中芯片技术愈发成为最关键性因素。上期文章为大家介绍了"芯片到底所为何物"以及"芯片的基本原理是什么"。本期内容则要为大家讲述芯片的前世今生。

为何芯片会成为美国制裁华为的利器？这恐怕还要从几十年前说起。

1946年2月,世界上第一台现代电子数字计算机埃尼阿克(ENIAC)于美国宾夕法尼亚大学诞生。当时正处于二战期间，美国陆军为了计算火炮的火力表，资助了ENIAC的设计和建造。这台计算机包含了17468个电子管、7200个晶体二极管、1500个继电器、10000个电容器，还有大约五百万个手工焊接头，是个重27吨、占地面积167平方米的"大家伙"，建造这台机器花费了将近五十万美元（相当于2011年的六百五十万美元）。

第一台通用计算机 ENIAC

当然钱没有白花，ENIAC计算速度是每秒5000次加法（据测算，人最快的运算速度每秒仅 5次加法运算）、可以在3毫秒内完成两个十位数乘法，以我们的眼光来看，这并不为奇。但在当时以是很了不起的成就！原来需要20多分钟时间才能计算出来的一条弹道，用它只要短短的30秒！对于战争，这么大的提高对实际情况影响极大。

由于整台机器的组成过于复杂，耗电量超过150千瓦（导致有传言说，每当这台计算机启动的时候，费城的灯都变暗了），而巨大的耗电量就意味着要产生大量的热量，所以经常会有电子管烧坏（平均大概每7分钟就要烧坏一只），电子管被烧坏就要停机，使ENIAC有差不多一半的时间功能受损。

电子管

为了改善这些弊端，1947年，第一支晶体管由肖克利、巴丁、布莱坦在美国贝尔实验室研制成功，晶体管比电子管体积更小（当时的晶体管大概芝麻粒那么大）、功耗更低、稳定性也更强大。到1954年时，贝尔实验室用800个晶体管组装了第一台晶体管计算机TRADIC，TRADIC是美国空军为B-52堡垒轰炸机计算炸弹轨迹和导航而定制，体积和重量都满足机载要求，每秒的运算速度每秒达到100万次以上，功耗不足100瓦，可靠性远远高于电子管计算机。这也是史上第二代计算机。

第一台晶体管计算机 TRADIC

社会不断发展就会促进科技的不断进步。1959年，曾师从晶体管发明人肖克利的罗伯特·诺伊斯（被誉为硅谷之父）创造了掩膜版曝光刻蚀方法，发明了今天的集成电路技术。

罗伯特·诺伊斯 掩膜版曝光刻蚀方法

到1964年4月时，IBM宣布世界上第一台采用集成电路的通用性计算机IBM360系统研制成功。该系统有大中小型计算机，共6个型号，兼顾了科学计算和事务处理两个方面的应用。并且该系统各种机器全部相互兼容，适用于各类用户，具有全方位的特点，这也是计算机从军事转向民用的标志，而当时IBM360的研制费用高达50亿美金，是研制第一颗原子弹的曼哈顿计划的2.5倍，在当时被视为一场商业豪赌。与晶体管计算机相比，IBM360的体积更小，价格更低，可靠性更高。计算速度更快，被认为是第三代计算机的里程碑。

芯片里面100多亿晶体管是如何实现的？

如今随着芯片制程的不断提升，芯片中可以有100多亿个晶体管，如此之多的晶体管，究竟是如何安上去的呢？ 这是一个Top-down View 的SEM照片，可以非常清晰的看见CPU内部的层状结构，越往下线宽越窄，越靠近器件层。 这是CPU的截面视图，可以清晰的看到层状的CP

第一台集成电路通用性计算机 IBM360

1970年4月，英特尔公司的泰德·霍夫主持设计了世界上第一款商用计算机微处理器—"intel 4004"。它在片上集成了2250个晶体管，每秒运算6万次，成本不到100美元，被视作"一件划时代的作品"。

第一代微处理器 intel 4004

1980年8月，IBM宣布第一台IBM PC诞生，其型号为5150，采用intel 8088微处理器，微软的MS-DOS系统，IBM将其命名为"个人电脑"。不久PC便成为所有个人电脑的代名词。计算机也从企业拓展到个人。

第一台个人电脑 IBM PC 5150

从电子管、晶体管、集成电路到微处理器基本上就是芯片的一个发展历程，在当今的计算机上使用的微处理器运算能力得到了翻天覆地的增长，通过芯片技术的发展历史，我们不难发现，美国一直都在扮演着行业引领者的角色。而且直到今天美国依旧是这个行业的主导者，2019年全球芯片产业销售前十的企业有5家在美国、2家在韩国、2家在欧洲、1家在日本。

2019年全球芯片产业销售前十企业数据

很现实的是作为全球芯片市场最大的国家，我国企业并没有上榜。目前国内自产的芯片还是以中低端为主。如图所示，我国的高端芯片市场很大程度上依赖进口，只有移动通讯终端和图像处理器市场占有率稍稍好一些，绝大多数领域市场占有率不足20%，甚至几乎为零。

中国高端芯片市场占有率分析

而移动通信终端的代表性企业就是华为和中兴，图像处理器则是海康威视、大华科技等视觉公司，而华为由于领先世界的5G通讯技术应该威胁到美国在该领域的霸主地位，这是美国绝对接受不了的情况。一向双标的美国便开始演绎霸权主义，以美国在芯片领域的主导地位优势去制裁、压制华为。令美国意想不到的是，华为竟然早就开始布局，为自己留了后路，最近有消息传美国可能会对华为进行更残酷的打击，如果实施华为恐怕将不得不放弃芯片产业，但是华为是否会因此遭受致命打击？

目前来看还是比较乐观的，因为华为可以进口其它国家的芯片产品满足自己的需求，而且我们政府也不会允许这种恶劣的竞争打击并将反制美国，国内也必将加大对芯片行业的研发制造力度，而且谁又知道任总是不是还憋了什么大招没放出来，所以长远来看一切还未可知。

本期内容就先介绍到这里，下期将继续为大家分享关于芯片制造的知识和产业分析，期待大家继续关注。