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芯片是什么？

芯片是一個統(tǒng)稱，用于半導(dǎo)體元件產(chǎn)品，實質(zhì)上是一個含有硅芯片的集成電路，又稱微電路、微芯片、集成電路。人們通過一些特殊的工藝，將一個電路中所需的晶體管、電阻、電容、等元器件和布線串聯(lián)起來，安裝在一個半導(dǎo)體芯片上，最后進行封裝，使一個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(shè)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始，引導(dǎo)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(jié)晶體管，為電子計算機的使用提供了穩(wěn)定的支持。晶體管的發(fā)明是非常重要的，它的長壽命和可靠性使它成為早期芯片的最佳選擇。

飛兆半導(dǎo)體：

在發(fā)明晶體管之后，肖克利離開了貝爾驗室，自己建立了一個半導(dǎo)體驗室，位于加州舊金山灣區(qū)的圣克拉拉谷，這里也被稱為“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(dǎo)體公司的投資下，他們創(chuàng)辦了飛兆半導(dǎo)體公司。飛兆半導(dǎo)體利用先進的技術(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底部芯片上，從而創(chuàng)造了第一個泰銖集成電路。與此同時，飛兆半導(dǎo)體的羅伯特·諾伊斯也有類似的靈感。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：

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

由飛兆半導(dǎo)體發(fā)展而來的硅谷高科技公司

20世紀(jì)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)始人紛紛離開飛兆半導(dǎo)體，創(chuàng)辦新公司。英特爾、AMD等。都是由離開飛兆的核心干部創(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角落，傳播著科技創(chuàng)新的精神。由于這些公司大多與半導(dǎo)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。

芯片短缺的原因分析

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

電子芯片產(chǎn)業(yè)鏈

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

接下來，我們將從芯片產(chǎn)業(yè)鏈的角度分析芯片荒的原因。

1) 上游原材料價格上漲，設(shè)備供應(yīng)不足

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

此外，半導(dǎo)體設(shè)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(shè)備，包括光刻機。但是，世界上對工藝要求極高的半導(dǎo)體設(shè)備制造商只有少數(shù)幾家，而且他們每年只能生產(chǎn)幾臺機器。這意味著，即使芯片的短期需求上升，半導(dǎo)體設(shè)備制造商也無法在短時間內(nèi)滿足芯片制造商對設(shè)備的要求。因此，半導(dǎo)體設(shè)備的低產(chǎn)量也是造成芯片短缺的一個因素。

2) 中游芯片制造業(yè)產(chǎn)能下降

今年以來，全球很多芯片廠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(qū)的火災(zāi)等自然災(zāi)害也對芯片生產(chǎn)造成了巨大影響。例如，臺灣發(fā)生了嚴(yán)重的干旱。由于芯片生產(chǎn)需要大量的水來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(mào)易戰(zhàn)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(yīng)。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，開始了世界各地居民家庭辦公室工作的時代。電腦等帶有電子攝像頭的電子設(shè)備在疫情期間迎來了銷量的大幅增長。人們想要更好的辦公設(shè)備。同時，他們也希望通過游戲機等電子設(shè)備來緩解家里的無聊。在2020年的最后一個季度，計算機銷售額與前幾年相比增長了約26%。

此外，中美貿(mào)易戰(zhàn)也促使華為等企業(yè)開始大量囤積芯片，這也增加了芯片的需求。疫情爆發(fā)之初，許多汽車行業(yè)都錯誤地預(yù)測到自己的銷量會因疫情而大幅下降，因此減少了芯片的采購。但人們并沒有像預(yù)期的那樣去。造成的結(jié)果是，汽車行業(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、顯卡制造、電子產(chǎn)品等都受到影響。

行業(yè)的影響：

目前來看，2021年芯片荒對汽車行業(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，芯片荒不會在短時間內(nèi)結(jié)束，可能會持續(xù)到2023年，對半導(dǎo)體行業(yè)的影響巨大?？赡苄枰?—3年的時間才能達到供需平衡。

解決辦法：

管我們很難在短時間內(nèi)找到解決芯片短缺的辦法，但也有人提出可以開發(fā)創(chuàng)新的封裝模式。使用多個功能不同、能夠模板組裝的小芯片，實現(xiàn)芯片的標(biāo)準(zhǔn)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，但實施起來也非常困難。它需要解決許多問題，如定義小芯片的功能。

芯片的未來

我們不禁想象，在未來，半導(dǎo)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。與集成電路相比，量子芯片的計算能力可以成倍增長，這是一個巨大的突破。相信在不久的將來，我們可以看到更先進的電子技術(shù)和半導(dǎo)體的進一步發(fā)展。