钱江晚报·小时新闻 记者 郑琳
据央视新闻报道，3月1日，国新办举行工业和信息化发展情况新闻发布会。会上介绍，2020年我国集成电路销售收入达8848亿元，平均增长率达20%，为同期全球集成电路产业增速的3倍。与此同时，集成电路在我国高校中也早已正式成为一级学科。
同学们肯定都见过各种各样的集成电路板，是不是也惊叹于它小小的“身体”上竟蕴藏着如此强大功能？那么，集成电路为何如此强大？这个行业的发展趋势如何？
本期我们邀请到了杭州电子科技大学骆建军教授以及IT工程师黄河源为大家聊聊，集成电路这座“城市”到底是怎么建的。
设计制造集成电路
就像兴建一座城市
集成电路，其实就是我们通常说的“芯片”，又叫“维电路”。
“芯片看起来很不起眼，因为它太小了，比指甲盖还小。”骆建军说。
然而，就是指甲盖那么大的封装起来的黑色小硅片，却是一切电子设备的核心，包括高铁、飞机、电视机、手机的核心，甚至是发动机的发动机……
为了让普通人理解芯片的复杂度，骆建军打了一个形象的比喻：“如果把一块芯片拿到一般的显微镜下看，就像是一张上海市地图；拿到更高级的电子显微镜下看，就能看到每家每户的窗户、阳台，一扇扇门，一条条马路；大家平常说的28纳米、15纳米，就是这个城市建筑的最小尺寸。”
这个尺寸有多小？1纳米大约相当于六万分之一的头发丝。如此细微的结构，只有在显微镜下才能显现其宏伟壮观。
骆建军说，集成电路设计，就好像在这个指甲盖大小的“地图”上，设计一座“新上海城”——
马路是7层甚至8、9层立交的；建筑物有几百万座；拥有几千万人口，几亿扇门窗不断开关；所有建筑物的门窗一秒钟要开关上亿次，而且不能够有一扇门窗的开关不准确。
“在这张超级地图上，每个房间都要供电、供水，一两个房间水压不够就可能造成电路计算不准确，你的飞机就可能掉下来，这就是失败的芯片。”
集成电路芯片在设计环节出现任何一个小缺陷，就必须重来。重新设计又需要至少1年时间，几千万元的投入。“所以集成电路设计需要从软件到硬件的高超的设计、指挥、风险控制能力。”
“如今，硅谷占领了芯片设计和软件这个产业金字塔的顶尖。”骆建军说。
上世纪八十年代的硅谷，拥有很多半导体生产线。硅谷也以此从一个葡萄园为主的干旱山谷转变为以“硅”工业为核心的高科技基地。到了上世纪九十年代，这些生产线逐渐移到了美国偏远地区、亚太地区，台湾、韩国、新加坡就是在这个时期建立了很多生产线，集成电路开始发展起来。
“今天的硅谷，已经基本上没有生产线。”骆建军说。“以设计公司和软件公司为主流。”例如，全球GPU领军企业（英伟达）、全球最大的可编程器件公司XILINX（赛灵思）、通信芯片公司Broadcom（博通），都是没有生产线、纯粹靠智慧设计在领导全球某个产业方向。
聚集着元器件的“土地”
还真是从沙土中提炼的
说到创建一座“城市”，我们会想到一座城市需要“土地”啊！所以，集成电路也有自己的“土地”。
黄河源介绍说，这片“土地”其实是一种圆形的叫“晶圆”的东西。晶圆是制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。说起来，这晶圆还真跟土地有关，因为简化了说，硅就是从沙子精炼出来的。
听上去好像挺简单的，但实际上，晶圆是一种极难生产制造的原材料，世界各国都在不断加大研究力度，其中就包括咱们国家，因为它关系着芯片的研发。
那制造晶圆的难度到底在哪儿？
说得比较多的难度之一，就是提纯。半导体产品对晶圆的纯度要求极高集成电路，纯度需要达到99.999999999%或以上。因为半导体材料的电学特性对杂质的浓度非常敏感，稍有杂质“超标”，就会导致集成电路出故障甚至报废。
此外，还有别的难度，比如将电路植入晶圆，这就像城市规划一样，每一片晶圆在被使用前都要经过光刻这个步骤——事先设计好架构，用极其精密的光学仪器在晶圆上进行“地块划分”、“街道建设”等。之后还有一系列例如离子注入、镀铜、测试、切割等一系列工序……
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