01 | 核心概念：从晶体管到集成电路到摩尔定律
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本文深入介绍了半导体产业发展的核心概念：晶体管、集成电路和摩尔定律。文章首先解释了晶体管的起源和发展，强调了半导体晶体管在电子行业中的重要性。接着介绍了集成电路的概念，以及半导体晶体管在集成电路中的应用。最后阐述了摩尔定律对半导体产业发展的重要影响。摩尔定律指出，半导体芯片上集成的晶体管数量将每隔24个月增加一倍，推动着半导体行业不断向前发展。文章还提到了摩尔定律对电子产品性能和价格的影响，以及企业按照摩尔定律提升制造工艺，生产出性能加倍或价格减半的产品。总的来说，本文通过讲解这三个核心概念，帮助读者了解了半导体产业的基础知识和发展历程，展现了半导体产业的技术特点和发展趋势。
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姜邑刍摩尔定律就是半导体行业给自己下的KPI，它是一颗北极星，引导着整个行业发展方向，也敦促着无数加班狗996爆肝（doge作者回复: 说得太正确了。
2021-05-22255
送过快递的码农作为一个Java开发工程师，真的对前几年国内云计算 大数据的扩建还是挺担忧的。。。我觉得，云计算就好比高楼大厦，芯片就像高楼里面的砖瓦。砖瓦不牢靠，百尺大楼怎么可能稳健呢？好在，国家也没有完全闲着，最起码拥有了65 - 90nm的自主制造设计，还不算太可怕。接下来，就希望国内的速度以摩尔定律的双倍速度来追赶了。从狭隘的爱国情怀来讲，我是希望摩尔定律可以慢点，等国内追上一追，但是，人家老美也不是傻子，肯定不会就此让摩尔定律失效。。。好在智能汽车的大量芯片需求，给了我国半导体行业机会，可以在成熟工艺的基础上开发大量稳定性的芯片，从而让我国可以用比摩尔定律快得多的速度来缩小差距，毕竟前方的路有人已经走过了。。。 我也不知道在这几年，一个应用开发可以做点啥，只能多了解知识作者回复: 同感。其实如果摩尔定律放缓，对于追赶者，其实是有利的。基础建设这事，也不能着急，一点点建吧。 做应用的同学们，如果有一天，上了国产芯片，发现性能有波动，能帮忙针对新硬件平台进行一下优化，就是最大的支持了。
2021-05-21219
kevin老师，台积电制程好像就快要达到1纳米物理极限（貌似正在研发2nm量产），如果真的达到这个物理极限，是不是台积电上升空间就到顶了呢，还有就是如果真的到了1纳米制程的话，是要突破这个物理极限还是只能从其他方面去突破，比材料啥的？还有3d封装和现有普通封装对芯片性能的提升有制程提升大吗？作者回复: 目前看1nm之后要换材料。2.5D/3D让整芯片的性能有突破，例如HBM帮助处理器突破存储瓶颈，还有很多好处。
2021-05-24211
詹姆斯Li邵博士，我是做软件的，芯片完全不懂，您的专栏对我是全新的，帮助特别大。 对于摩尔定律我的理解不知道对不对。 首先我感觉摩尔定律有点像是个自我实现的预言，就是因为intel的联合创始人摩尔说了这个定律（当然也是有一定依据做判断），所以intel的工程师就拼命的研发，导致技术突破实现技术指标提升，然后市场给了很好的反馈，通过增加产量有导致成本降低。因为intel的成功，导致硅谷更多公司相信摩尔定律，最终让摩尔定律真的实现了？ 其次，摩尔定律我觉得对于不同的产品会有差异，会不会是要看这个产品里面集成电路到底占了多大的占比（性能占比或者成本占比），如果集成电路占比大，就会强符合摩尔定律，否则就会弱符合？比如手机，电脑，我觉得集成电路占比就很大，就比较符合摩尔定律。然后最近听说电动汽车会符合摩尔定律，那我对汽车就不是很确定，因为里面除了电子架构，汽车的机械部分占比也很高，轮胎和车身总不能符合摩尔定律吧，所以电动汽车是不是就偏向弱摩尔定律？作者回复: 你的理解是非常正确，摩尔定律就是半导体产业的自我实现（赢得竞争）的预言。 是的， 摩尔定律对于不同产品有差异，例如模拟IC，基本上就受摩尔定律影响比较小。 汽车，现在的半导体比例非常高，而且自动驾驶会让半导体的（占车的成本）比例逐渐加高。因此，现在肯定是弱的，未来会更受摩尔定律影响，这是搞电子的人，觉得可以颠覆搞车的人的信心来源。
2021-05-2010
数学汤家凤我觉得就是宣传手段，用来躺着赚钱 你看牙膏厂近几年来的性能提升微乎其微，价格却是一路高歌猛进。制程桌面级止步在14+++++++ 一句话概括 amd yes作者回复: 感谢支持。 Intel确实有点失速，特别是工厂工艺这个环节，本来领先台积电2年半，3年，现在被反超。架构，制程，双轮驱动，缺了一个轮，架构创新也很受限。 价格是竞争决定的，不是技术决定的，AMD的崛起，会帮助整个市场提高性价比的。
2021-05-1949
管理员买几个二极管就能自己做加法器了，有了加法器就可以逐步做出CPU了。老师后期课程能否基于这个思路给喜欢动手的同学讲些实验？作者回复: 也不用从加法器开始，有开源的CPU Core，选个RISC- V 的开源核，可以自己动手搭一个系统。有不错的教材。
2021-05-2227
业余草下一代半导体是什么？非晶态氮化硼，石墨烯？作者回复: 多谢支持。 个人观点，从经济效益上，5年之内还是硅。制造工厂改材料，前期投入太大，这个资金门槛，某种程度上比技术门槛高。
2021-05-1936
Demon.Lee学习总结： - 芯片和半导体是同一个事物的两个名字，芯片是半导体产业的产品，半导体是芯片的原材料。 - 晶体管的前身是电子管（真空管），其缺点是真空容器体积大，容易损坏。 - 半导体：常温下导电性介于导体与绝缘体之间的一类材料，在不同电流控制下可以呈现出不同的导电或者不导电的特性，这个特征与真空电子管做电信号发大器的特性吻合。发明半导体的肖克利、巴丁、布拉顿三人，获得了 1956 年的诺贝尔物理学奖。 - 晶体管：用半导体材料制成，体积小，速度快，稳定性高，从而替代了电子管。 - 集成电路：晶体管组成逻辑门（与门，非门，或门，异或门等），逻辑门组成集成电路。 - 德州仪器工程师杰克·基比尔在 1958 年发明了锗集成电路，并获得 2000 年诺贝尔物理学奖；而 Intel 的第一任 CEO 罗伯特·诺伊斯在 1959 年带领仙童半导体公司研发出了硅集成电路，从此让集成电路真正进入了商用时代。 - 有了晶体管和集成电路，半导体行业开始高速发展：不断缩小晶体管体积 --> 不断扩大集成电路规模 --> 不断构建性能更强价格更优的电子设备。 - 由于集成电路规模越来越大，行业便改用晶圆工厂制造工艺的名称来定义发展阶段。从 1987 年到 2019 年，制造工艺从 3 微米发展到了 5 纳米。 - 28nm、20nm、14nm、10nm、7nm、5nm 这些数字，基本都相差 0.7 倍，为什么？将这些特征尺寸看成正方形的边长，边长缩小到原来的 0.7 倍，面积就相当于缩小了一半，即 0.7x0.7=0.49。也就是说，随着工艺的革新，在单位面积内可以集成的晶体管密度可以提高一倍。 - 上面这些工艺的数字，基本上是 2 年一更新，而这正是 Intel 公司的联合创始人戈登·摩尔提出的摩尔定律：半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每隔 24 个月增加一倍。 - 超越摩尔定律：Nvidia；摩尔定律维护：台积电、苹果；摩尔定律掉队：牙膏厂。作者回复: 强
2021-07-085
LIUYU老师想请问一下，intel cpu芯片制成上还是10nm，而arm server 现在比如Apmere 推出的Altra 是7nm, 那么想请问，arm server 会对intel 在服务器市场上造成冲击么？ arm server 服务器在单核性能还不能和intel 相比吧？但是对于多线程简单计算核心多还是有优势吧？ 对于发杂的计算，arm 服务器上是否可以利用其他加速卡来完成复杂的运算达到超越intel 服务器CPU。 我的知识比较凌乱，希望和老师学习，期望学习这些课程，能把我这些杂乱无章的概念理清。作者回复: arm的单线程性能已经逼近Intel，arm server阵营，利用arm的低功耗设计，可以在相同的die size 上放入更多的物理核，因此单socket的性能还是非常有优势的（AMD其实也是靠单socket的总体优势取胜的），遇到合适的应用，优势还是很明显。 硬件上的优势，还是要看软件的优化力度，native arm 的应用数目相当还是少一点，因此还需要时间。 加速卡，不算优势，因为Intel也可以加同样的加速卡。
2021-06-024
CaptainJackey经常看国内报道到基建、工业上很多突破，这些突破是时间问题，因为这像一个跑着的人追赶走路的人（基建工程迭代慢）。而芯片行业对手也在狂奔，相对速度就慢，只能跑的比别人更快或者弯道超车。作者回复: 赞同。不过弯道超车的机会其实非常罕见。 别人速度慢一点，自己快一点，就已经算是天赐良机了。
2021-05-274