小小的集成电路芯片，改变了整个世界

从装在袋子里的智能机器到利用互联网技术运行的大型数据中心，从电动滑板车到超音速飞机，从起搏器到预测和分析空气温度的高性能计算机，无论是无形的还是未知的，所有这些机器或设备都包括一种微妙的技术，使这一切成为可能:半导体材料。

据海外新闻媒体报道，在全球互联技术方面，AM29LV320DB-90EI集成电路芯片做出了巨大贡献。但是这个小小的集成电路是如何进入我们日常生活的各个部分的呢？

从不夜城到偏远的农村，一项技术改变了人们的日常生活和工作方式。从装在袋子里的智能机器到利用互联网技术运行的大型数据中心，从电动滑板车到超音速飞机，从起搏器到预测和分析空气温度的高性能计算机，无论是无形的还是未知的，所有这些机器或设备都包括一种微妙的技术，使这一切成为可能:半导体材料。

半导体材料是当代测量的基本组成部分。半导体行业称为晶体管，是一种在计算机内部操作和测量的小型开关元件。1947年，美国科学家制造了世界上第一个晶体管。在此之前，大家都是靠真空电磁阀做电脑系统。但是真空电磁阀的电子计算机又慢又重。直到硅的使用改变了一切。

硅制成的晶体三极管足够小，可以安装在微集成电路上，从而打开了一扇新的大门:各种机器和设备各不相同。每年这种机械设备都会变得更小更智能。半导体材料工业协会首席执行官罗伯特·诺沃(RobertNovo)说:“晶体管小型化的能力使我们能够做我们祖先无法想象的工作。所有这些都是因为我们可以将一台大型计算机放在一个小型集成电路上。”

自主创新的节奏也是空前的。一开始，集成电路以稳定的速度变得越来越小，好像这项技术是有规律的。大约50年前，芯片制造巨头英特尔的创始人戈登·克尔克(GordonKerke)首次明确提出了这一规律性，即颠覆性创新。颠覆性创新预测，集成电路上可容纳的晶体管数量将每两年翻一番。

事实上，颠覆性创新过去是合适的。直到最近，情况才开始改变。当晶体管的努力越来越接近物理极限时，集成电路的小型化将在一定程度上减慢。早期的晶体三极管是人眼可以看到的。如今，一个微型集成电路可以容纳数十亿个小晶体管。最重要的是，这类加工制造业的指数级发展推动了数据改革的出现。

而这次突出改革的关键元素硅，从头到尾都是一种极其不起眼的化学物质，也是地球上最常见的化学物质之一。地球表面90%的矿物质都含有硅。一种化学物质，这是地球上最常见的现象，已经在全世界产生了一种技术性和有趣的现象。

硅是5000亿美元集成电路产业链的基础。产业链推动了世界高科技经济的发展趋势。如今，高科技在世界上的经济价值约为3万亿美元。半导体行业已经成为历史上经济全球化程度最高的产业链之一:原材料来自日本和西班牙，集成ic在中国和美国制造。随后，集成电路被运输到世界各国安装在机器和设备上。最终，机器和设备到达了来自世界各地的人们手中。

Novo表示:“作为集成ic的基础，硅将会在全球运行两三次。”然而，即使全世界都有如此庞大的互联网，我们也可以追溯到几个关键领域。

白色黄金

高档电子设备对原材料的质量要求很高。最纯的硅来自石英岩玉，最纯的石英岩玉来自英国密苏里州云杉松树周围的采石场。全世界数以百万计的数据机器和设备——甚至你手机或办公桌上的笔记本电脑——与密苏里州的这个小镇几乎没有什么联系。优质石英石经销商QuartzCorp的采矿经验罗夫·皮伯特(RovePeabert)表示:“几乎在每部手机和电脑的集成ic上，都能看到云杉松木(云杉松木)出产的石英石，这真是令人难以置信。”

云杉松木周围的岩石非常特别。在这个区域，二氧化硅(一种含硅化学物质)的含量很高，但残留物很少。许多新的世纪以来，每个人都在这里开采晶石和黑云母。但之前没人问石英石的事。直到80年代半导体行业盛行，石英石变成了白色黄金。

今天，一吨石英石的市场价格达到10000美元。云杉松木的采矿业年收入3亿美元。用设备和火药从地面获得的岩层被放入粉碎机中生产石英岩和砾石。然后，石英砂被送到制造厂，磨成细砂。最后，在细砂中加入水和化合物，将硅与其他矿物分离。获得的硅必须经过最后的研磨过程，然后才能以粉末形式包装并送往精炼厂。

虽然世界上有数十亿个微集成电路，但每年只提取3万吨硅，甚至不如英国每小时生产的建筑砂。皮伯特说:“云杉松木的硅储量非常大。这里可以开采几十年。很有可能我们还没等大家都用石英石，各个领域都已经转型了。”

印刷设备

为了将硅粉转化为集成电路，必须将光伏材料放入1400℃的熔炉中熔化，制成圆柱形晶体棒。然后，像黄瓜一样，将水晶棒切成薄片，得到圆形晶体。最后，在一个加工厂(比如美国纽约的GlobalFoundries)，十几个矩形框的电源电路，也就是集成ic本身，被封装印刷在每一个圆形晶体上。其实很简单。集成电路将被分散到世界的每个角落。

GlobalFoundries无菌车间的技术工程师查尔斯·肖雄飞(CharlesXiaoxiongfei)说:“每个人其实都是一个印刷设备，为企业包装和印刷所有他们想制造的电子产品。”

因为集成电路非常精细，所有的灰尘颗粒或毛发都有可能破坏集成电路复杂的电源电路。为了避免微电子技术产品对环境的污染，所有生产车间都必须无菌清洁。大约六个足球场，比诊所干净几千倍，在暗黄色的房间里被照亮，以避免紫外线辐射破坏加工过程中使用的一些化学物质。实验室工作人员和工程项目的专业技术人员都穿着奇怪的防护服，都裹着白色的安全服，防护口罩和眼镜也戴得很紧才可以开始工作。

在无菌车间，大部分实际操作都是由带真空泵密封的机器人自动进行的。悬挂在屋顶的单轨在智能机器人之间运输零件。根据不同的设计方案，很可能每个集成电路必须有1000到2000个工艺。

流向工厂车间的每一个空置的圆形水晶的成本大约是几百美元。离开生产车间后，这种圆形晶体将被封装并印刷数十亿个晶体管。此刻，他们的净资产将是原来的一百倍以上。GlobalFoundries制造的集成IC大多用于智能机器或称为GPU的硬件配置。GPU必须用于网络游戏、人工智能技术和数字现金的探索。

互联的机械设备，从运动健身定位跟踪器到冰箱和智能音响，常被称为“物联网技术”，是另一个热门的智能终端产品系列。小雄·费说:“每个人都希望一直把越来越多的项目连接起来。”

在下一步中，制造的圆形晶体将被发送到通常位于国外的电子设备制造商。“我很自豪能为促进全世界普通人之间的相互联系做出贡献。”GlobalFoundries的中间工程项目总监伊莎贝尔·弗雷恩(Isabelfrayn)说:“每次看到大家每天都在使用的电子产品，我都会想到大家都科学研究过的技术性问题。”

半导体材料是英国第四大出口产品，仅次于机场、汽车和原油。大部分收益用于开发商品，使得半导体行业成为制药行业那样的顶尖科研领域。弗莱恩说:“每个人都改变了领域，这个领域将改变命运。”

硅改革

随着半导体材料越来越小，性价比越来越高，现在几乎每个人都可以使用半导体材料。据统计，全球有50多亿人拥有移动设备，其中一半以上是智能机器。发达国家也在迎头赶上。

“非洲研究”是一个专注于当前技术政策的中国智库。根据中国智库的调查，在非洲，2007年，15岁及以上人口中，使用互联网技术的比例为15%；十年后，2017年，这个数字上升到28%。如今，大约十分之二的非洲黑人拥有智能机器。“关键是快速普及廉价的在线机器和设备，”非洲研究组织的安里·范·德·斯波说。

这意味着即使在最偏远的农村地区，每个人都能感受到这项技术带来的危害。南雪是东非国家澳大利亚的一个马甸小镇。以小镇农民道格拉斯·旺加拉(DouglasWangala)为例。现在他将使用智能机器为粮食作物寻找客户。他说:“手机让我的工作越来越轻松。”

他们家旁边有一条河。旺加拉和他的妻子格拉迪斯在河边的地里种植玉米和土豆，并以此为生。在拥有智能机器之前，旺加拉出售农产品的唯一途径是在市场上出售。卖不出去，农产品发霉，他赔钱。移动技术可以帮助他处理这样的风险。根据他与潜在客户分享的粮食作物照片，他可以在玉米或土豆还没有完美之前买卖它们。直到旺季来临，客户才会回来自己把农产品推走，而不是等着旺加拉把农产品运到市场。这样顾客就能得到新鲜的农产品。旺加拉说，在智能机器出现之前，他很难介绍自己的粮食作物。

旺加拉花了大约1.5万肯尼亚先令给自己买了一部手机，作为商业地产投资。除了联系客户，他还用手机掌握对模拟操作特别重要的信息，比如全新的天气预报和不同粮食作物的价格。根据全球气候变化机构菲奥娜·范·德·博格特(FionavandeBogert)的科学研究，这是确保澳大利亚和坦桑尼亚长期粮食生产安全的合理方式。获得准确的天气数据可以帮助农民区分应该种植哪些牲畜以及何时种植。

但是，如果你想获得数据网络，Wangala必须去附近的Wifi网络热点。这个Wifi网络热点位于一个经过修改的集装箱中。在大城市之外，像这样的网络热点就像是当地社区的基础。在许多国家，大城市和农村地区的互联网技术浏览水平仍然存在很大差异。但法国波恩大学的研究人员所做的研究表明，刚果盆地南部非洲的发展趋势是可喜的，其中澳大利亚农民积极走在利用移动技术促进生活的前列。

根据ResearchICT的数据信息，澳大利亚是非洲互联网技术使用率第三高的国家，肯尼亚24%的人口可以上网。但是其他国家还是远远落后。比如在卢旺达，只有9%的人口可以浏览互联网技术，是北美互联网技术利用率最低的。在这里，9%的在线人口中，77%生活在大城市。

范·德·斯帕说，每个人都必须保持警惕，这种数字鸿沟不容易使人们的日常生活越来越糟糕。她说:“上网是否已经成为参与社会发展的先决条件。”比如领社保，求职，或者让孩子上学，网上做的事情会越来越多。此外，这种数字鸿沟不仅存在于城乡差距中。富人比穷人更容易使用互联网技术，男孩比女人更容易使用互联网技术，年轻人比老人更容易使用互联网技术。“如果你不会上网，你很可能会被抛弃。”

随着半导体技术的不断发展趋势，越来越多的人开始学习电子信息技术，这种差异应该会逐渐变小。智能机器甚至可以促进一个国家的整体经济发展。根据一项科学研究，在发达国家，每100个人中有10个手机可以增加GDP0.5%。

很少有技术细节能改变这么多人的日常生活。Novo说，把简单纯粹的碎石英砂变成基本上无穷无尽的复杂的技术性，用这个技术性把今天的大家互联起来，只是想一想。