大家好，我是来自清华大学集成电路学院的魏少军，今天我分享的内容是《小小芯片改变我们的生活》。一颗小小的芯片不仅是一个器件，而且还会持续地改变你我的生活。
目前，芯片已经成为一个非常热的话题。那什么是芯片呢？其实我们每天都在接触芯片，大部分时间都在和芯片做交互，但是我们看不见它，我们看到的只是一个整机。例如，我们很多人都在用手机。如果我们离开手机，甚至不知道如何与别人交互，也不知道怎样查信息。但当我们拿到手机时却看不到任何的芯片，因为芯片在里面。
手机里面有若干个电路板，电路板上有一些小小的黑色方块，我们称这些方块为集成电路。正是这些数量众多的集成电路，赋予了手机极其复杂的功能。集成电路就是我们所说的芯片的学名。不过，集成电路和芯片还是略有一点差别。我们把左图中集成电路的黑色封装材料去掉之后，才能看到右图中真正的芯片。芯片是在半导体材料上构建的一个复杂的电路系统。晶体管是组成芯片的基本器件。
晶体管有各种各样的型号，分别由不同的材料组成，例如双极型的晶体管和金属氧化物半导体（MOS）的晶体管。晶体管只有70多年的历史。在晶体管出现之前，我们用的是电子管。1946年2月，在美国宾夕法尼亚大学诞生了第一台电子计算机ENIAC。这台计算机用了17500只电子管，重量有30吨，占地面积很大，耗电量达174千瓦。
1947年，在美国的贝尔实验室，三名科学家发明了晶体管。1954年，美国贝尔实验室利用晶体管构建了一台晶体管计算机，我们称其为第二代计算机。这台计算机耗电只有100瓦，可以完成每秒钟100万次的运算，运算速度远远快于第一代计算机。
4年后的1958年，在美国德州仪器公司的年轻工程师杰克·基尔比发明了集成电路的理论模型。到1964年，IBM公司用集成电路构建了世界上第一台集成电路的计算机，也称为第三代计算机。1970年，英特尔公司的一位年轻科学家泰德·霍夫主持设计了世界上第一款微处理器——英特尔4004。
1981年，IBM公司宣布第一台IBM PC诞生，它用的是英特尔的微处理器。现在，计算机已经深入到我们生活的方方面面，并且存在两个极端。一个极端是大型的超级计算机，例如中国的神威·太湖之光。另一个极端是手机，例如iphone12使用的A14的处理器每秒钟运算次数可达到11.8万亿次，这也非常惊人。
谈到集成电路的发展时，有两个人我们不得不谈。一个是戈登·摩尔，他在1965年的一篇论文中提出了著名的摩尔定律。摩尔定律揭示了生产当中不断发展的现象，如果它按照2的N次方继续发展，会对社会带来怎样的影响？
芯片的出现还改变了社会的很多方面，我称其为芯片“杀手”。芯片“杀死”了很多东西。首先是曾经在我们生活当中扮演重要角色的胶卷消失了。第二个是机械钟表的消失。第三个是磁存储的消失。过去40年里，我们有太多的东西逐渐消失了。
芯片发展至今已经有60多年了，它有没有极限呢？我认为任何事物的发展都有极限，不过我们离这个极限还很远很远。现行的科学技术还是有极限的，半导体现有技术遇到的第一个极限就是物理极限。半导体现有技术的第二个极限是功耗极限。如果不对功耗加以控制，手机电池耗电极快，几分钟就要充一次电。
那么，我们如何制造一块芯片呢？制造芯片是人类历史上最为复杂的制造工艺。集成电路一般分成五大版块，包括设计、制造、封装测试、材料和装备。中国是全球最大的单一半导体市场。2020年，我们中国使用的芯片价值1515亿美元，占比是35%。
总而言之，高端芯片还没有摆脱对进口的依赖，这也是近两年我们为什么如此关注芯片的缘故。特别是在国际形势发生变化的时候，芯片带来的一些痛处，让我们非常难受，我们要加速努力。