Integrated Circuits & Moore’s Law’

纵观硬件进化史。

集成电路

只有一个电路元件的组件。可以是被动的（电阻，电容，电感）或主动的（真空管，晶体管）。
从真空管到晶体管虽有数倍提升，但因为还是分立元件，所以依然没有解决“数字暴政”问题。

解决方法是再度引入一层新抽象，封装复杂性。将分立元件集成在一起 => 集成电路（IC）。

仙童的 Noyce 于 1959 年首先用硅实现了 IC。

通过 IC，逻辑门得以封装为单独组件。后来又出现了印刷电路板（PCB），PCB 通过蚀刻金属线的方式将零件连接到一起。

光刻

光刻：用光把复杂图案印到材料上。

1. 准备晶圆（就是硅片）

2. 在硅片顶部加一层薄氧化层，作为保护层

3. 在氧化层上面再加一层光刻胶，光刻胶被光照射后会变得可溶，进而可以被洗掉

4. 光刻胶上面再盖上光掩膜

   1. 强光照射时，光掩膜挡住光的地方，光刻胶不会变化

   2. 光照到的地方，光刻胶发生化学变化，洗掉光刻胶后，暴露出氧化层

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1. 用酸可以洗掉氧化层露出的部分，蚀刻到硅层

2. 再用另外一种化学药品洗掉光刻胶

3. 用化学过程“掺杂”来提升硅露出区域的导电性，例如用高温气态磷进行掺杂

4. 为了制作晶体管，还要重复上面的步骤，区别是用新的光掩膜

5. 用另一种气体进行掺杂，把一部分硅转成另一种形式

6. 最后一步，在氧化层上做通道，这样回头可以用细小的金属导线连接不同晶体管

   1. 再次用光刻法蚀刻出小通道

   2. 通过在氧化层上面放一层薄薄的金属来实现导电，这一步称为金属化

   3. 当然不能整块金属连接在一起导电，所以再用光刻法，洗掉不需要的金属

   4. 至此，便使用光刻技术制作出了——双极型晶体管

用上面类似的步骤，光刻可以制作其它诸如电阻、电容等电子元件。

一片晶圆可以制作很多片 IC，现代常见的芯片的核心都是一片 IC。

芯片

晶体管除了体积小和密度高还有着其它好处：

• 晶体管越小，要移动的电荷量就越少，能更快切换状态，耗电更少

• 电路更紧凑，意味着信号延迟低，时钟速度更快

1698 年，Robert Noyce 和 Gordon Moore 成立了 Intel（Intergrated and Electronics)，当今世界最大的芯片制造商。

超大规模集成（VLSI）软件用来自动生成芯片设计。

用类似“逻辑综合”这种技术，可以放一整个高级组件，例如内存缓存，软件会自动生成电路，做到尽可能的高效。

摩尔定律即将失效

1. 因为光的波长不可能无限短，所以用光掩膜把图案印到晶圆上的精度已达极限

   1. 科学家正在研制波长更短的光源

2. 量子隧道贯穿：晶体管非常小，电极之间可能只距离几个原子，电子会跳过间隙