芯片是什么？

芯片是一個(gè)統稱(chēng)，用于半導體元件產(chǎn)品，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)含有硅芯片的集成電路，又稱(chēng)微電路、微芯片、集成電路。人們通過(guò)一些特殊的工藝，將一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容、等元器件和布線(xiàn)串聯(lián)起來(lái)，安裝在一個(gè)半導體芯片上，最后進(jìn)行封裝，使一個(gè)小小的芯片具有全部的電路功能。電子芯片是我們所熟知的各種電子設備（手機、電腦、電子表等）上安裝的核心器件。

集成電路芯片

芯片的歷史

我們將從用集成電路取代晶體管開(kāi)始，引導您走集成電路發(fā)展之路。

晶體管的發(fā)明：

晶體管之父 William Shockley 在 1948 年發(fā)明了結晶體管，為電子計算機的使用提供了穩定的支持。晶體管的發(fā)明是非常重要的，它的長(cháng)壽命和可靠性使它成為早期芯片的最佳選擇。

飛兆半導體：

在發(fā)明晶體管之后，肖克利離開(kāi)了貝爾驗室，自己建立了一個(gè)半導體驗室，位于加州舊金山灣區的圣克拉拉谷，這里也被稱(chēng)為“硅谷”。他吸引了8家優(yōu)秀的初創(chuàng )企業(yè)，他們在電子芯片史上有著(zhù)不可替代的地位。1957年，他們因肖克利管理不善而辭職。飛兆半導體公司的投資下，他們創(chuàng )辦了飛兆半導體公司。飛兆半導體利用先進(jìn)的技術(shù)和優(yōu)秀的管理迅速發(fā)展，并迅速取得了良好的回報。

集成電路的發(fā)明：

1938年，德州儀器的工程師杰克·基爾比（Jack Kilby）受到工廠(chǎng)女工不斷焊接晶體管的抱怨的啟發(fā)。他選擇將生產(chǎn)晶體管所用的元件焊接到一個(gè)底部芯片上，從而創(chuàng )造了第一個(gè)泰銖集成電路。與此同時(shí)，飛兆半導體的羅伯特·諾伊斯也有類(lèi)似的靈感。他創(chuàng )造了硅集成電路使用技術(shù)，如平面攝影。他的發(fā)明更有利于生產(chǎn)，因此比泰銖集成電路更受其他公司的青睞。

硅谷的誕生：

隨著(zhù)硅集成電路的發(fā)明，飛兆半導體有了一個(gè)快速的發(fā)展過(guò)程。1966年，它已經(jīng)成為世界第二大半導體公司，僅次于德州儀器。

由飛兆半導體發(fā)展而來(lái)的硅谷高科技公司

20世紀60年代，由于與母公司的利潤分配發(fā)生沖突，仙童公司再次引發(fā)辭職潮。員工和創(chuàng )始人紛紛離開(kāi)飛兆半導體，創(chuàng )辦新公司。英特爾、AMD等。都是由離開(kāi)飛兆的核心干部創(chuàng )立的。這些新公司就像蒲公英的種子，散落在圣克拉拉的每一個(gè)角落，傳播著(zhù)科技創(chuàng )新的精神。由于這些公司大多與半導體工業(yè)有關(guān)，圣克拉拉也因此得名于集成電路的主要原材料“硅”，硅谷也由此而來(lái)。

芯片短缺的原因分析

了解了IC芯片的功能和歷史之后，你可能會(huì )有疑問(wèn)?，F在電子芯片有了這么廣泛的應用，應該有很多工廠(chǎng)在生產(chǎn)和發(fā)明，對不對？為什么芯片短缺會(huì )突然出現呢？要了解其中的原因，首先要了解電子芯片的供應鏈。

電子芯片產(chǎn)業(yè)鏈

我們可以把產(chǎn)業(yè)鏈分為三個(gè)部分：上游是半導體材料和設備；中游是芯片產(chǎn)業(yè)，核心芯片的設計、制造、封裝、測試屬于這一部分產(chǎn)業(yè)鏈；下游是應用端口。也就是汽車(chē)、電子產(chǎn)品等電子設備的發(fā)展。這也是我們最熟悉的部分。

接下來(lái)，我們將從芯片產(chǎn)業(yè)鏈的角度分析芯片荒的原因。

1) 上游原材料價(jià)格上漲，設備供應不足

芯片生產(chǎn)的原材料主要是硅材料，約占半導體材料產(chǎn)量的90%。因此，硅材料的短缺和高昂的價(jià)格直接導致了芯片的短缺。自2021年以來(lái)，硅材料已增至2020年底的2.4倍。原材料價(jià)格居高不下，導致芯片制造商生產(chǎn)緩慢甚至停產(chǎn)，從而影響到整個(gè)芯片生產(chǎn)行業(yè)。

此外，半導體設備對芯片生產(chǎn)同樣重要，因為芯片生產(chǎn)需要精密的生產(chǎn)設備，包括光刻機。但是，世界上對工藝要求極高的半導體設備制造商只有少數幾家，而且他們每年只能生產(chǎn)幾臺機器。這意味著(zhù)，即使芯片的短期需求上升，半導體設備制造商也無(wú)法在短時(shí)間內滿(mǎn)足芯片制造商對設備的要求。因此，半導體設備的低產(chǎn)量也是造成芯片短缺的一個(gè)因素。

2) 中游芯片制造業(yè)產(chǎn)能下降

今年以來(lái)，全球很多芯片廠(chǎng)商都受到疫情的影響，芯片的產(chǎn)量大大減少。不僅如此，許多芯片生產(chǎn)地區的火災等自然災害也對芯片生產(chǎn)造成了巨大影響。例如，臺灣發(fā)生了嚴重的干旱。由于芯片生產(chǎn)需要大量的水來(lái)清洗芯片和其他材料，主要芯片制造商之一的臺積電的產(chǎn)能大幅下降。

中美貿易戰也對芯片產(chǎn)能產(chǎn)生了重大影響。2020年，美國限制華為、中芯國際等公司的芯片生產(chǎn)原材料供應。作為中國最大的制造商，中芯國際的產(chǎn)能大幅下降，加劇了全球芯片短缺。

3）下游芯片供求突然增加

流行病的到來(lái)，開(kāi)始了世界各地居民家庭辦公室工作的時(shí)代。電腦等帶有電子攝像頭的電子設備在疫情期間迎來(lái)了銷(xiāo)量的大幅增長(cháng)。人們想要更好的辦公設備。同時(shí)，他們也希望通過(guò)游戲機等電子設備來(lái)緩解家里的無(wú)聊。在2020年的最后一個(gè)季度，計算機銷(xiāo)售額與前幾年相比增長(cháng)了約26%。

此外，中美貿易戰也促使華為等企業(yè)開(kāi)始大量囤積芯片，這也增加了芯片的需求。疫情爆發(fā)之初，許多汽車(chē)行業(yè)都錯誤地預測到自己的銷(xiāo)量會(huì )因疫情而大幅下降，因此減少了芯片的采購。但人們并沒(méi)有像預期的那樣去。造成的結果是，汽車(chē)行業(yè)對芯片的儲備非常不足，加劇了芯片的短缺和對芯片的需求。

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芯片短缺的影響及解決方法

許多國際產(chǎn)業(yè)如汽車(chē)、顯卡制造、電子產(chǎn)品等都受到影響。

行業(yè)的影響：

目前來(lái)看，2021年芯片荒對汽車(chē)行業(yè)的影響正在逐步降低，但對其他行業(yè)的影響仍不容小覷。英特爾CEO表示，芯片荒不會(huì )在短時(shí)間內結束，可能會(huì )持續到2023年，對半導體行業(yè)的影響巨大?？赡苄枰?—3年的時(shí)間才能達到供需平衡。

解決辦法：

管我們很難在短時(shí)間內找到解決芯片短缺的辦法，但也有人提出可以開(kāi)發(fā)創(chuàng )新的封裝模式。使用多個(gè)功能不同、能夠模板組裝的小芯片，實(shí)現芯片的標準化生產(chǎn)，使制造商可以集中精力生產(chǎn)固定的小芯片，減輕了芯片生產(chǎn)的壓力。種方法是解決芯片短缺的一種思路，但實(shí)施起來(lái)也非常困難。它需要解決許多問(wèn)題，如定義小芯片的功能。

芯片的未來(lái)

我們不禁想象，在未來(lái)，半導體產(chǎn)業(yè)將向何處發(fā)展？我們似乎可以在量子信息技術(shù)中找到答案，新型量子芯片也被研發(fā)出來(lái)。與集成電路相比，量子芯片的計算能力可以成倍增長(cháng)，這是一個(gè)巨大的突破。相信在不久的將來(lái)，我們可以看到更先進(jìn)的電子技術(shù)和半導體的進(jìn)一步發(fā)展。