看芯片如何搅弄世界风云，成为国际争锋焦点（一）

芯片本来就是一项关键且不陌生的技术，我们的现代生活就是包围在数不尽的芯片当中，无数芯片悄无声息地为人类的活动进行海量的运算，带给人类巨大的便利。只是这样的海量运算如同空气一样充斥在我们的生活中，普通人也没注意到日常可见的电子产品中蕴含着怎样的尖端科技。不过这两年，随着A国的各种反复无常，芯片作为其最核心的近乎独门的技术，成为其震慑世界的最终筹码，毕竟他一家独大。这个如同空气般存在的芯片如何突然被人控制给国人窒息般的感觉。所以今天我们就好好的从科学和市场两个层面。了解一下芯片产业的来龙去脉，建立足够的认识，由此建立起看待当前问题该有的思维方式。

为了对芯片刨根问底，我们还是从原子结构说起：硅原子的核外电子层数比碳原子多以层，也就是主要体现元素化学性质的最外层电子距离原子核较远。导致硅元素原子核对最外层电子的控制能力，相对于碳元素较弱，所以不稳定。他们的最外层都是四个电子，能形成四个共价键，但是碳形成了生命的基础，而不是同族的硅元素。但我们也知道，如果元素的最外层电子容易失去，在宏观上就表现为导电性。因为原子的核外电子排布是按照由内而外充满一层再排下一层，同时最外层电子刚刚充满时元素最稳点，所以最外层电子较少。于是原子干脆失去这最外层的所有电子，以达到最稳定状态，就表现为容易失电子。相反最外层电子较多时容易获得电子，因此又分成了金属元素和非金属元素。除了元素周期表第一层的氢氦以外，其他原子最外层达到八个电子就成为最稳定的状态。

作为碳族元素最外层是四个电子就处于中间位置，不易失电子也不易得电子，于是半导体概念由此形成。碳元素最外层电子随着电子层数的增加，越来越容易失去电子。硅以下逐渐变成容易失电子的金属元素，所以整个元素周期表中：硅，因为他特有的核外电子数以及适合的电子层数，成为最良好的半导体材料，这也是硅谷名称的由来。

可是在找到最理想的半导体材料之后，如何把他变成芯片？这时我们来看一下最简单也是最常见的电子原件，比如二极管。在基础物理层面上，我们将一块硅单质一边注入硼元素，一边注入磷元素。在特殊光线照射下，硼磷与硅会强行形成共价键，硼最外层三个电子与硅最外层四个电子中的三个电子形成共用电子对，多出来一个硅的电子没有形成电子对，且此时通过共用电子对作用，硅和硼最外层是七个电子还差一个。在磷这一边硅的四个最外层电子与磷的最外层五个电子中的四个电子形成共价键。此时共用电子对就已经有了八个形成稳定态，磷的那一个电子就会多余出来，变成类似金属元素一样容易失电子。这个电子就会运动到硼一侧。形成八电子稳定态的趋势。不过因为中间硅是半导体不会自发运动，这时如果跟外界加入一定强度从硼到磷的电压，电子就会在电场的作用下开始运动。此时电路就被导通。但是如果电压方向相反，这个原件就完全形成绝缘体，无法导通电流。因为让电子从硼运动到磷极其困难，违背了刚才讲的元素的最基本性质。这就是二极管单向导通的基本原理。

有了二极管就有了最基础的信号区分：我们将电流导通记为1未导通记为0，第一个最原始的计算机语言就此诞生。这也是当前电脑唯一能识别的语言，接着C++，java，H5等等，都是将这些0101的语言翻译成人类方便看懂的形式。

有了二极管，我们就可以设计逻辑元件。比如与或非门电路。我们拿与电路为例，假设有两个输入值经过与门的运算获得一个输出结果，他要实现的功能是两个输入值都是1时，他的输出值才能是1，只要有一个输入值是0他的输出值就是0，这个我们用如图的电路

为什么国产手机芯片量产“难”？究其原因有哪些呢？

我们都知道目前全球两大芯片代工厂是三星和台积电两家公司。如果说这两家公司向某些手机厂商断供，会让某些公司瞬间瘫痪。 其实三星和台积电也没有自己的光刻机，需要向荷兰ASML购买。据2017年统计ASML占比达到了75%，而在极紫外光刻设备方面，ASML已经垄断了

就能实现，AB两个点是信号输入点高电位记为1低电位记为0.在C点通入高电压，当AB两点的电压为0时，相当于两个二极管都接入了向左的电压，此时电路导通Y点输出0电压。AB两点一个为高压，一个为低压时，由于二极管的单向导通，低压对应的二极管依然导通高压。

我们可以用同样简单的方法实现与门，或门，非门，与非门，或非门，与或非门，异或门。然后根据要实现的计算，将这些门电路集合起来，简单的逻辑算法经过成千上万甚至上亿这样的电路，集中在一起就能实现非常复杂的计算。《三体一地球往事》中有一个场景，由于时间设置在了秦朝，造不出计算机，主人公们试图解开运算量庞大的三体问题，于是就让秦始皇的几千万士兵手持黑白棋，模拟0和1的信号。士兵们三三两两组成与或非门的运算元件，经过精密设计，就组成了巍巍壮观的人列计算机。每一个士兵的智商就只能够一个简单门预算，但是将数以千万的简单运算集合起来就组成了强大的运算能力，可以实现各种功能。