以人工智能、石墨烯、虚拟现实、量子信息技能、可控核聚变、清洁能源为打破口的第四次工业革命正在到来，芯片是获取新工业革命制高点的主要一步。无数颗不同功能的芯片，为天下带来了翻天覆地的变革，正如芯片设计工程师王健所说，芯片是在这个年代，科技对人类做的最为残酷和浪漫的告白。
离不开的芯片
芯片的种类成千上万。例如，很多人熟习的微信视频电话，不但是由手机本身、微信App，更是通过芯片完成的，也便是说，芯片才是最不可或缺的那部分。当我们进行视频通话时，软件运用通过摄像头和麦克风采集数据信息，然后将数据包发送给通信芯片，通信芯片中的基带模块会将数据包转换成数字旗子暗记，再通过数模转换模块、射频模块，末了通过天线将信息发送出去，电话的另一端则是一个完备相反的过程。在图像和声音经由解析后，终极实现在手机上的播放。“人们可能难以直不雅观地感想熏染到现在一部手机的算力有多么强大，要知道，1969年，美国登月时的全部算力加起来，都不如现在的一部智好手机。”王健说。半导体技能从20世纪开始出身，天下上第一块集成电路在1958年被发明出来，随后的几十年里，在摩尔定律的指引下，芯片的性能呈指数级增长，由此催生出的高科技产品则深刻地改变了我们的生活办法。王健做客四川卫视《了不起的分享》，为不雅观众讲述芯片如何改变我们的生活。
当代电子设备中已经离不开芯片，它涌如今手机、电脑、AI，乃至是智好手环、共享单车、跑步鞋里，芯片于每一个细微处托起这个五彩缤纷的天下。在交通领域也是如此。一颗芯片，可以传输驾驶者或乘车人对发动机、座椅、雨刷等功能的配置旗子暗记，为汽车的正常行驶供应保障。乃至当你踩下油门时，“加速”的旗子暗记也是由芯片传输给汽车“大脑”的。在消费电子领域，高性能是绝对的竞争力。由于国外公司起步较早，在芯片领域布局完善，加之凝集了最精良的架构师，环球高性能处理器芯片市场险些被AMD、英特尔等少数几个巨子瓜分。王健便是AMD公司的芯片设计经理。在AMD至今的7年韶光里，他参与了多款高性能CPU、GPU、做事器、AI等超大规模SoC芯片的设计和验证，在芯片设计、可测性设计（DFT）、芯片测试及运用开拓等领域具有丰富的实战履历。他也是最适宜讲述中国芯片故事的人。
一本芯片科普书，内容系统全面、循规蹈矩。第一篇着重先容芯片的前世今生及发展历史，包括x86、ARM、RISC-V三大主流指令集及其运用和市场现状。第二篇紧张先容芯片从设计、制造到封测出厂的全过程，并从技能和运用等层面解读人们关心的诸多问题。第三篇先容我国的芯片发展历史，并剖析了现阶段海内半导体家当的现状和格局。第四篇先容芯片工程师群体的事情日常，以及如何成为一名合格的芯片工程师，并展望未来芯片的发展方向。芯片——
支撑起磅礴的天下
21世纪，中芯国际、展讯通信、龙芯、华为海思等半导体公司相继成立，邓中翰、张汝京等大批拥有外洋留学及事情履历的半导体人才返国，再加上海内微电子等干系专业的毕业生逐渐增加，海内的半导体家当化之路由此开启。芯片家当的格局受政策颠簸很大，2018年，美国对复兴、华为发起制裁，“芯片”第一次成为全民关注的焦点话题。2023年，随着美国拉拢日本、荷兰达成新的限定对中国出口前辈芯片制造设备的协议，“芯片”再一次成为全民关注的焦点话题，随后，“英伟达”“光刻机”“流片”“制裁”“AI芯片”……每一个新热搜，都在将这个曾经的小众行业推到科技领域更靠前的位置。不过，在王健这里，这些伟大叙事充其量不过是茶余饭后的谈资，他讲述的，是更实在的事。作为一个跨学科专业，芯片行业的从业者不仅要懂电路，会写代码，还要会抠细节，懂互助。一款超大规模的芯片包含上百亿个晶体管、十几个IP，须要成百上千个工程师共同努力来完成。即便是一款小规模的芯片，也须要十几个工程师进行互助。“想从事这个行业的朋友，至少是要有一些热血的，或者说要保持乐不雅观”。王健参加由同济大学和地平线发起的暑期公益科普系列活动，分享自动驾驶与芯片干系的知识。
最美妙的是——只管芯片的科技含量如此之高，但制造芯片的紧张质料却是沙子。沙子的紧张身分是二氧化硅，制造厂在制作芯片所需的晶圆时，要通过一系列繁芜的物理和化学工艺进行硅提纯，得到用于制造芯片的高纯度的单晶硅，其纯度要达到11个9，才符合晶圆制作的标准，也便是每千亿个硅原子中只能有一个杂质原子——市情上所有999或9999足金首饰，在晶圆级别的单晶硅面前，杂质还是太多了。在晶圆上，经由一次薄膜沉积、涂胶、曝光、显影、除胶等工艺步骤，便可形成一层电路。薄薄的高端芯片可拥有上百层电路。如果把一层电路比作一层楼，那么芯片内部到处都是摩天算夜楼，只不过“大楼”的层高只有几纳米。
小小的芯片，这个科技进步的基石，就这样支撑起磅礴的天下。“芯片便是人造物的顶峰，就犹如闪电划破黑夜，点亮了人类历史。”它正承载着天下的瞩目与期待。
Q-北京青年周刊
A-王健
Q 中国的芯片发展水平如何？哪方面是我们的强项，哪方面是我们的短板？A 在全体芯片家当链中，EDA、制造和关键设备如光刻机与天下前辈水平差距较大；设计方面，移动处理器，AI芯片与国际前辈水平差距较小，GPU虽然百花齐放，但还有很长一段路要走。桌面CPU与国际差距明显，部分细分领域也较为掉队，仿照、工控、车规等芯片国产替代化进程稳步推进。封测领域走在世界前列。 Q 对付从业者来说，芯片行业至今为止比较大的这种打破点，更像是溘然发生的，还是更像是非常有迹可循的？A 芯片的架构也是在不断变革的，虽然前沿技能的优化互联不断发生，但长期来说，芯片的演进我认为还是有迹可循的，除非在比较长的韶光线里，比如说50年一次、100年一次去不雅观测它的变革，可能会有爆发式的打破。 Q 芯片领域在过去一年中发生的最大变革或事宜是什么？此刻，芯片行业内的从业者最关心的事情是什么？A AI可以带动我们全体芯片市场的发展，关系是很紧密的。芯片作为AI的底层发力技能，想要演习类似ChatGPT、文心一言这样的大模型工具，须要非常强大的芯片，尤其是AI芯片，演习一次大模型，须要花费大概上千万公民币。AI和智能汽车是目前芯片行业比较好的两个增长点，能给自2023年开始增长暂缓的芯片市场带来提振。 Q 可否分享一则芯片领域中不为行业外人所知的知识？A 2021年4月21日，在芯片顶级会议热门芯片大会上，一家人工智能芯片创业公司向业界展示了一款晶圆级引擎芯片，也是环球最大的芯片。这款芯片采取台积电7纳米工艺制造，拥有850000万个人工智能核心，包含2.6万亿个晶体管，面积约为46000平方毫米，大略粗暴地将一个12英寸的硅晶圆，直接做成了一块芯片，这也是迄今为止包含晶体管最多的芯片。除了这颗巨无霸，市情上主流的运用于智好手机或者个人电脑的芯片，其晶体管规模都在百亿级。那么这天文数字般多的晶体管，是如何被设计出来的呢？相信很多人会有类似的困惑，我就曾被一个朋友问过这个问题：“上百亿个晶体管，总不能用手来画吧？”，我回答：“可以画，但是要加上一个期限，那便是一万年！
”。事实上，在集成电路发展早期，内部的晶体管都是手画设计的，彼时芯片的规模较小，只有几十或者几百个晶体管。但随着芯片的发展和演进，逻辑功能变得越来越繁芜全面，晶体管的数目也呈指数级增长，此时再徒手画电路，显然不现实。随后，打算机赞助设计开始步入芯片领域。如果说是什么技能直接匆匆成了芯片的规模达百亿级，那么三种秘密武器必不可少。秘密武器之一即是利用编程措辞来设计芯片的思想，这个思想是在1980年由卡沃·米德和林恩·康威在著作《超大规模集成电路系统导论》中提出的。这是在芯片设计历史上，一个非常主要的里程碑。随后硬件描述措辞出身了，利用硬件描述措辞，工程师可以在比较抽象的层次上对所设计电路的构造和逻辑功能进行描述，可以用简洁明确的源代码来描述繁芜的逻辑功能，并且支持模块化设计和层次化设计。每每大略的几十行代码设计出来的电路，即可包含了成千上万的的晶体管。以是，编程的利用，让设计包含百亿级晶体管的芯片成为可能。秘密武器之二则是电子设计自动化。在利用硬件描述措辞将电路设计完成之后，即可采取逻辑综合工具把硬件描述措辞转换成门级网表，即与、或、非等逻辑门及它们相互之间的连接关系。将硬件描述措辞转换成门级网表紧张有三个步骤：翻译、优化和映射，就像自动化的流水线一样，只要把原材料放进去，就可以得到成品。这些繁杂事情都交给电子设计自动化工具来做，明显缩短了设计的韶光，加快芯片推向市场的速率。秘密武器之三是重复调用已有的成熟设计模块。芯片中有很多单元或者模块是不止一个的，比如算术逻辑单元，我们只需设计一次，即可重复调用。就好比建筑师在设计住宅楼时，只需设计几种标准户型，重复利用即可，并不须要每个户型都进行独一无二的设计。或者从更高层次去看，我们现在买的中心处理器都是8核，16核等等，这些核心在设计上是也险些同等的。只管芯片设计工程师被认为是硬件工程师，但编程却是芯片设计工程师必不可少的技能，也正是编程思想，授予了芯片设计无限的可能。
A 从1965年戈登·摩尔第一次提出定律算起，在之后的50年韶光里，芯片的算力一贯严格遵照摩尔定律的预测在增长。然而，近十年来，业界内外的忧虑之声不绝于耳，纷纭警示“摩尔定律行将闭幕”，由于摩尔定律现在确实在放缓，究其根源，当下的微电子工艺已推进至惊人的3纳米乃至2纳米节点，而在此极微不雅观尺度下，晶体管的进一步微缩会遭遇物理底层难以超出的鸿沟。 Q 从你个人的履历来说，踩中风口是一种若何的体验？A 海内芯片行业伟大叙事，对大多数从业者来讲，充其量不过是一点谈资和一点点薪资的变革罢了，在行业最为火热的2020年到2022年，通过做芯片实现财务自由的人也是寥寥无几。时期的浪潮究竟属于少数冒险者的冲浪游戏。 Q 除了芯片设计和写书，你也帮很多年轻人做职业发展方向的方案与解答，你的职业愿景是什么？A 我希望自己在技能和管理这两个方向上都能得到稳步的螺旋式的上升。芯片行业目前的创业本钱和风险都还是非常高的，我希望将来能在芯片的某个方向上实现创业，至少能把海内芯片在某个维度长进步那么一点点。 Q 在知乎，你也会帮很多年轻人做职业发展方向的方案与解答，在这个方面，有什么给年轻人的通用建议吗？A 第一是建立好自己内心的秩序。我们生来就在和别人作比较，同时我们也处在一个外部环境变革非常快的天下，焦虑和失落控是很多年轻人要面对的现实问题。我们时常陷入与同龄人较劲薪资高低、与职场同仁比拼职位晋升速率、与朋友圈晒出的收入数字较劲的漩涡中，每一次的比拟犹如一把无形的撩拨之手，触动着大家敏感而薄弱的神经。小心坎的天平因过度比较而失落衡，生活便会褪去原有的色彩，取而代之的是满目疮痍的不满与委曲。以是我建议年轻人将关注的目光从外界骚动转向自身，将重心倾注于个人的发展与积淀。须知，我们的职业生涯并非短跑冲刺，而是一场长达四十年旁边的马拉松。短暂的滞后并不代表永久的掉队，一时的挫折不应成为否定自我代价、损失前行勇气的情由。第二是设计自己的习气。好的习气让我们干事更加高效。这里我推举詹姆斯·克利尔的《掌控习气》，这本书剖析了习气形成的底层逻辑，可以让我们轻松地戒除坏习气，形成适宜自己的好习气。第三是保持一颗好奇心。对生活保持好奇心，对自己所从事的领域保持好奇心。好奇心是我们持续学习，办理问题的原动力。我打仗过很多精良的前辈，在他们身上最能表示他们并未老去的便是那颗宝贵的好奇心。我也建议各位多参加行业论坛，多读一些感兴趣的论文，去看看那些最聪明的大脑里都有哪些新奇的不雅观点和想法。更为主要的是，好奇心不仅仅是一种认知态度，更是一种积极的生理状态。那些对天下充满好奇的人，他们的生活每每洋溢着活力与激情。这样的心态不仅授予他们丰富的生活体验，更使他们在面对压力与挫折时，能够保持乐不雅观、坚韧，始终满怀希望地前行。
文 韩哈哈
编辑 王雅静、韩哈哈
资料供应 受访者
