芯片是什么？

芯片是一个统称，用于半导体元件产品，实质上是一个含有硅芯片的集成电路，又称微电路、微芯片、集成电路。人们通过一些特殊的工艺，将一个电路中所需的晶体管、电阻、电容、等元器件和布线串联起来，安装在一个半导体芯片上，最后进行封装，使一个小小的芯片具有全部的电路功能。电子芯片是我们所熟知的各种电子设备（手机、电脑、电子表等）上安装的核心器件。

集成电路芯片

芯片的历史

我们将从用集成电路取代晶体管开始，引导您走集成电路发展之路。

晶体管的发明：

晶体管之父 William Shockley 在 1948 年发明了结晶体管，为电子计算机的使用提供了稳定的支持。晶体管的发明是非常重要的，它的长寿命和可靠性使它成为早期芯片的最佳选择。

飞兆半导体：

在发明晶体管之后，肖克利离开了贝尔验室，自己建立了一个半导体验室，位于加州旧金山湾区的圣克拉拉谷，这里也被称为“硅谷”。他吸引了8家优秀的初创企业，他们在电子芯片史上有着不可替代的地位。1957年，他们因肖克利管理不善而辞职。飞兆半导体公司的投资下，他们创办了飞兆半导体公司。飞兆半导体利用先进的技术和优秀的管理迅速发展，并迅速取得了良好的回报。

集成电路的发明：

1938年，德州仪器的工程师杰克·基尔比（Jack Kilby）受到工厂女工不断焊接晶体管的抱怨的启发。他选择将生产晶体管所用的元件焊接到一个底部芯片上，从而创造了第一个泰铢集成电路。与此同时，飞兆半导体的罗伯特·诺伊斯也有类似的灵感。他创造了硅集成电路使用技术，如平面摄影。他的发明更有利于生产，因此比泰铢集成电路更受其他公司的青睐。

硅谷的诞生：

随着硅集成电路的发明，飞兆半导体有了一个快速的发展过程。1966年，它已经成为世界第二大半导体公司，仅次于德州仪器。

由飞兆半导体发展而来的硅谷高科技公司

20世纪60年代，由于与母公司的利润分配发生冲突，仙童公司再次引发辞职潮。员工和创始人纷纷离开飞兆半导体，创办新公司。英特尔、AMD等。都是由离开飞兆的核心干部创立的。这些新公司就像蒲公英的种子，散落在圣克拉拉的每一个角落，传播着科技创新的精神。由于这些公司大多与半导体工业有关，圣克拉拉也因此得名于集成电路的主要原材料“硅”，硅谷也由此而来。

芯片短缺的原因分析

了解了IC芯片的功能和历史之后，你可能会有疑问。现在电子芯片有了这么广泛的应用，应该有很多工厂在生产和发明，对不对？为什么芯片短缺会突然出现呢？要了解其中的原因，首先要了解电子芯片的供应链。

电子芯片产业链

我们可以把产业链分为三个部分：上游是半导体材料和设备；中游是芯片产业，核心芯片的设计、制造、封装、测试属于这一部分产业链；下游是应用端口。也就是汽车、电子产品等电子设备的发展。这也是我们最熟悉的部分。

接下来，我们将从芯片产业链的角度分析芯片荒的原因。

1) 上游原材料价格上涨，设备供应不足

芯片生产的原材料主要是硅材料，约占半导体材料产量的90%。因此，硅材料的短缺和高昂的价格直接导致了芯片的短缺。自2021年以来，硅材料已增至2020年底的2.4倍。原材料价格居高不下，导致芯片制造商生产缓慢甚至停产，从而影响到整个芯片生产行业。

此外，半导体设备对芯片生产同样重要，因为芯片生产需要精密的生产设备，包括光刻机。但是，世界上对工艺要求极高的半导体设备制造商只有少数几家，而且他们每年只能生产几台机器。这意味着，即使芯片的短期需求上升，半导体设备制造商也无法在短时间内满足芯片制造商对设备的要求。因此，半导体设备的低产量也是造成芯片短缺的一个因素。

2) 中游芯片制造业产能下降

今年以来，全球很多芯片厂商都受到疫情的影响，芯片的产量大大减少。不仅如此，许多芯片生产地区的火灾等自然灾害也对芯片生产造成了巨大影响。例如，台湾发生了严重的干旱。由于芯片生产需要大量的水来清洗芯片和其他材料，主要芯片制造商之一的台积电的产能大幅下降。

中美贸易战也对芯片产能产生了重大影响。2020年，美国限制华为、中芯国际等公司的芯片生产原材料供应。作为中国最大的制造商，中芯国际的产能大幅下降，加剧了全球芯片短缺。

3）下游芯片供求突然增加

流行病的到来，开始了世界各地居民家庭办公室工作的时代。电脑等带有电子摄像头的电子设备在疫情期间迎来了销量的大幅增长。人们想要更好的办公设备。同时，他们也希望通过游戏机等电子设备来缓解家里的无聊。在2020年的最后一个季度，计算机销售额与前几年相比增长了约26%。

此外，中美贸易战也促使华为等企业开始大量囤积芯片，这也增加了芯片的需求。疫情爆发之初，许多汽车行业都错误地预测到自己的销量会因疫情而大幅下降，因此减少了芯片的采购。但人们并没有像预期的那样去。造成的结果是，汽车行业对芯片的储备非常不足，加剧了芯片的短缺和对芯片的需求。

未切屑

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芯片短缺的影响及解决方法

许多国际产业如汽车、显卡制造、电子产品等都受到影响。

行业的影响：

目前来看，2021年芯片荒对汽车行业的影响正在逐步降低，但对其他行业的影响仍不容小觑。英特尔CEO表示，芯片荒不会在短时间内结束，可能会持续到2023年，对半导体行业的影响巨大。可能需要2—3年的时间才能达到供需平衡。

解决办法：

管我们很难在短时间内找到解决芯片短缺的办法，但也有人提出可以开发创新的封装模式。使用多个功能不同、能够模板组装的小芯片，实现芯片的标准化生产，使制造商可以集中精力生产固定的小芯片，减轻了芯片生产的压力。种方法是解决芯片短缺的一种思路，但实施起来也非常困难。它需要解决许多问题，如定义小芯片的功能。

芯片的未来

我们不禁想象，在未来，半导体产业将向何处发展？我们似乎可以在量子信息技术中找到答案，新型量子芯片也被研发出来。与集成电路相比，量子芯片的计算能力可以成倍增长，这是一个巨大的突破。相信在不久的将来，我们可以看到更先进的电子技术和半导体的进一步发展。