集成的历史和未来

导 读

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集成的历史

•  1936 

爱斯勒当时获得了几项关于蚀刻工艺的专利，蚀刻最终演变成众所周知的光刻工艺，今天得到广泛使用，是芯片制造中最为关键的技术。

而以平面工艺为基础的PCB，其密度可以得到极大的提高，目前最先进的PCB工艺，其布线密度已经可以达到10um线宽/线距，也就是说，在1mm的空间内，可以排布50根金属布线，说的更直观些就是金属布线的宽度只有人类头发丝的1/5~1/10。

今天，PCB上的布线密度和组装密度也逐渐趋于极限，多年来已没有明显的提升，并且受芯片封装尺寸和引脚密度影响，PCB上的器件组装密度也难以继续提高。

人类认识世界，必定是和自身相近的尺度开始，人类改造世界，也是为了自身服务，其创造的产品也必然和自身的尺度相适应。

在电子集成技术的三个层次中，PCB的尺度最接近人类自身的尺度。因此，PCB从诞生之初直到现在，依然在人类世界中扮演着重要的角色。

•  1947 

1947年是技术史一个非常重要的年份，因为这一年，晶体管被发明出来了。

•  1958 

杰克 • 基尔比身高两米，性情温和，是德州仪器一名工程师，他一直认为作为功能单元的晶体管、电阻、电容等元器件可以在一块芯片上制作出来，并为此做出了不懈的努力。

终于，在晶体管发明11年后的1958年，基尔比发明了地球上第一款块IC集成电路，内含5个元器件。

罗伯特 • 诺伊斯风度翩翩，热情四溢，并且富有远见，是一位科技界和商业界的奇才。他在基尔比的基础上发明了平面工艺集成电路，使半导体产业由“发明时代”进入了“商用时代”。

作为工程师，诺伊斯研究出二氧化硅扩散技术和PN结隔离技术，并创造性地在氧化膜上制作出铝连线，使元件和导线连接一体，从而奠定了集成电路的平面工艺、为工业大批量生产打下了坚实的基础。

我想诺伊斯一定是受了爱斯勒的启发，将源于PCB上的平面工艺应用到了集成电路上，从而奠定了集成电路大规模制造的基础。

作为企业家，诺伊斯和摩尔一起创办了两家硅谷最传奇的公司：仙童和英特尔。

六十多年后的今天，一平方毫米的芯片上可以集成1亿只以上的晶体管，单个芯片上的晶体管数量已经达到数百亿量级。

下图依次是苹果公司的M1，M1 Pro，M1 Max，M1 Ultra芯片。

M1 芯片拥有 160 亿个晶体管，M1 Pro 拥有 337 亿个晶体管，M1 Max 拥有 570 亿个晶体管，M1 Ultra上的晶体数量多达1140亿。

今天，我们用手指在手机上轻松点击几下，就能完成各种操作和任务，不由得感慨技术的的进步，也由衷地感谢那些做出伟大发明的技术先贤们。

了解一些关于科学的历史，至少在你研究的领域要了解，就作为这篇文章前半部分的尾声吧！

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集成的未来

•  探寻最小的功能细胞 

据称，单原子晶体管的能耗将只有硅基晶体管的万分之一（1/10000），这对未来应用是一个决定性的优势。

打个比方，如果以单原子晶体管为功能细胞的芯片成功量产，这就意味着，现在每天一充的手机，可能需要几个月甚至几年才充一次电，想一想，待机焦虑完全消失，充电宝成为历史文物，这会是什么样的使用体验？不过，我们需要注意的可就是如何保护自己的眼睛了！

放大一下我们的视野，针对人类现有的文明来说，文明的尽头也是原子，如果打破原子，则必将带来毁灭！

•  功能密度增长的持续性 

从长远来看，功能密度曲线是一条单调增长的波动曲线，随着新技术的不断涌现，在不同的历史阶段，其增长的斜率是不同的，甚至在某些特定的区间，可以以指数规律进行增长。

摩尔定律的指数增长规律决定了其物理意义上的不可持续性，而功能密度定律则是可以长期持续的。

•  由PPA进化到PPV 

• 作 者 新 书

新书《基于SiP技术的微系统》内容涵盖“概念和技术”、“设计和仿真”、“项目和案例”三大部分，包含30章内容，总共约110万+字，1000+张插图，约650页。

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后 记

“尺度和维度、层次和环节、历史和未来”

通过三篇原创文章，我们从空间轴、时间轴的对电子集成技术进行了全面而深入的解析。

从最小的基本粒子到最复杂的系统，从五个空间维度，从三个层次，从每个层级中不同的环节，我们深入地分析了电子集成技术。

我们回顾历史，展望未来，电子集成技术必将伴随人类文明的发展而不断进化。

只要人类文明的火种不熄灭，集成也将是一个永恒的主题！

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