2024年事业单位者公共基础知识：芯片考点

　　同学们，近年来芯片一直是热点话题，因为芯片是21世纪的“黑金”，从手机到游戏机，从数据中心到太阳能电池板，从LED灯到监控系统，从飞机到汽车，无处不在。最重要的是，它们正促进人工智能发展，支持5G网络、电动汽车和武器系统的出现。下面关于芯片的这些相关考点你是否都知道呢?快来跟着图图学一下吧!

　　简介

　　芯片也称微电路，是半导体元件产品的统称，是集成电路的载体，由晶圆分割而成。

　　集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用宇母"C'表示。集成电路发明者为杰克•基尔比(基于锗(Ge)的集成电路)和罗伯特•诺伊斯(基于硅(Si)的集成电路)。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。

　　芯片原理

　　芯片是一种集成电路，由大量的晶体管构成。不同的芯片有不同的集成规模，大到几亿;小到几十、几百个晶体管。晶体管有两种状态，开和关，用1、0来表示。多个晶体管产生的多个1与0的信号，这些信号被设定成特定的功能(即指令和数据)，来表示或处理字母、数字、颜色和图形等。芯片加电以后，首先产生一个启动指令，来启动芯片，以后就不断接受新指令和数据，来完成功能。

　　集成电路的发展

　　为什么会产生集成电路?集成电路产生之前的问题是什么呢?1946年在美国诞生的世界上第一台电子计算机，它是一个占地150平方米、重达30吨的庞然大物，此时就有很多人思考如何让计算机更轻巧。1947年在美国贝尔实验室制造出来了第一个晶体管。晶体管具有电子管的主要功能，并且克服了电子管的缺点。在晶体管发明后，很快就出现了基于半导体的集成电路构想。

　　现在，集成电路已经在各行各业中发挥着非常重要的作用，是现代信息社会的基石。最先进的集成电路是微处理器或多核处理器的核心，可以控制计算机到手机到数字微波炉的一切。虽然设计开发一个复杂集成电路的成本非常高，但是当分散到以百万计的产品上，每个集成电路的成本最小化。这些年来，集成电路持续向更小的外型尺寸发展，使得每个芯片可以封装更多的电路。这样增加了每单位面积容量，可以降低成本和增加功能(摩尔定律)。

　　知识链接： 摩尔根定律是英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验之谈，其核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍。换言之，处理器的性能大约每两年翻一倍，同时价格下降为之前的一半。

　　制造

　　半导体集成电路工艺，包括以下步骤，并重复使用：

　　光刻→刻蚀→薄膜(化学气相沉积或物理气相沉积)→掺杂(热扩散或离子注入)→化学机械平坦化CMP→使用单晶硅晶圆(或III-V族，如砷化镓)用作基层，然后使用光刻、掺杂、CMP等技术制成MOSFET或BJT等组件，再利用薄膜和CMP技术制成导线，如此便完成芯片制作。

　　光刻机，又名掩模对准曝光机，光刻系统等，是制造芯片的核心装备。世界上只有少数厂家掌握。因此曝光机价格昂贵。

　　【例题】芯片是现代信息社会的基石之一，是引领新一轮科技革命和产业变革的关键。下列关于芯片的说法不正确的是：

　　A.芯片是内含众多电子元件及连线的半导体基片

　　B.当今主流芯片的基层大都是用锗材料制造而成

　　C.摩尔定律预测了芯片上集成的晶体管数量增长的速度

　　D.芯片制造涉及学术界和产业界多学科领域的研究积累

　　【答案】B

　　【解析】第一步，本题考查科技常识并选错误项。

　　第二步，硅基材料由于抗辐射、耐高温性能好、可靠性高等特点，在上世纪60年代后期逐步取代锗基材料成为主流半导体材料，目前95%以上的半导体芯片和器件由硅基材料制造。故B项表述错误。

　　因此，选择B选项。

　　【拓展】A项：芯片是内含集成电路的半导体基片(最常用的是硅片)，是集成电路的物理载体。集成电路是指采用特定的制造工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及元件间的连线，集成制作在一小块硅基半导体晶片上。A项正确。

　　C项：摩尔定律是指当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。因此，摩尔定律预测了芯片上集成的晶体管数量增长的速度。C项正确。

　　D项：芯片制造涉及学术界和产业界多学科领域的研究积累，包括通信与网络、微电子、自动化、生物工程、光电、电力工程等多学科。D项正确。

　　【例题】芯片是半导体元件产品的统称，又称为微电路、集成电路等，它是一个国家科技发展水平最真实也最前沿的体现。关于我国芯片技术现状，下列说法正确的是：

　　A.只要持续加大研发投入，我国就能在短时间内掌握芯片的核心技术

　　B.目前我国的光芯片已全部实现国产，仅部分电芯片依赖进口。华为是核心电子元器件自主率最高的中国企业，当然，它也有大量的电子元器件需要进口

　　C.光刻机是生产大规模集成电路的核心设备，近年来我国在该领域取得一些技术突破，但仍未掌握制造高端光刻机的核心技术

　　D.我国现已掌握芯片的核心技术，只是目前仅限于军用，只要做好该项技术的军转民，我国民用芯片技术就能达到世界领先水平

　　【答案】C

　　【解析】第一步，本题考查我国芯片技术现状。

　　第二步，光刻机是生产大规模集成电路的核心设备，根据采用不同技术路线可分为高端、中端和低端。近年来我国在中低端领域已取得一些技术突破，比如位于我国上海的微电子装备公司SMEE已研制出具有自主知识产权的投影式中端光刻机，形成产品系列，初步实现海内外销售。但是，高端光刻机制造技术难度极大，全世界只有少数几家公司(主要是荷兰、日本的品牌)能够制造，中国不在其列。由此可知，C选项正确。

　　因此，选择C选项。

　　【拓展】A项：芯片技术需要大量的人力、物力投入，以及较长时间的技术积累和经验沉淀。目前，我国芯片技术在一些关键领域与国外仍有较大的差距，短时间内实现赶超具有很大难度。因此A选项错误。

　　B项：目前我国芯片设计业的产品范围已经涵盖了几乎所有门类，且部分产品已拥有了一定的市场规模，但我国芯片产品总体上仍然处于中低端水平，在高端市场上还无法与国外产品展开竞争，无论是光芯片还是电芯片都只能生产中低端类型的，但高端芯片仍依赖进口。因此B选项错误。

　　D项：我国目前还未掌握芯片的核心技术，近年来我国芯片技术在军用领域发展比较快，但依然有大量用于军用领域的芯片需要进口，且芯片技术要达到世界领先水平不是通过军转民就可以实现的，其关键是专业技术难题的攻破。因此D选项错误。