12月23日消息，據國外媒體報道，說到互聯全球的技術，半導體芯片居功至偉。但是這小小的芯片，究竟是如何走進我們生活每一處的呢？從不夜城到偏遠鄉村，一項技術正在改變我們生活和工作的方式。從口袋里的智能手機到支持互聯網運作的龐大數據中心，從電動踏板車到超音速飛機，從起搏器到預測天氣的超級計算機，不管是看不見的還是鮮為人知的，所有這些設備或設施的內部，都包含一項使這一切成為可能的微小技術：半導體。
半導體是現代計算的基本組成部分。被稱為晶體管的半導體設備是在計算機內部運行計算的微型電子開關。1947年，美國科學家建造了世界上第一個晶體管。在此之前，人們藉助真空管完成計算機制。但真空管計算機既慢又笨重。直到硅的應用，改變了一切。
用硅製造的晶體管，體積足夠小，可以安裝在微芯片上，從而打開一扇新世界的大門：各種設備層出不窮。每一年，這些設備都在變得更小更智能。半導體工業協會首席執行官約翰·諾弗說：「將晶體管微型化的能力，讓我們得以開展前人無法想象的工作。而這一切，皆因我們可以將大型計算機置於一枚小小的芯片上。」
創新的節奏也史無前例。芯片開始以穩定的速度越變越小，仿佛這項技術有規律可循。大約五十年前，芯片製造巨頭英特爾的聯合創始人戈登·摩爾率先提出這個規律，即後來所說的摩爾定律。摩爾定律預測，芯片上可容納的晶體管數目，約每隔兩年便會增加一倍。
事實證明，摩爾定律曾經是正確的。直到最近，情況開始有變。當一再縮小晶體管的努力越來越接近物理極限時，芯片微型化的步伐才有所放緩。早期的晶體管肉眼可見。而如今，一枚微芯片上可容納數十億個微型晶體管。最重要的是，這種製造業的指數級進步，推動了數字革命的發生。
但是這場偉大革命中的核心元素——硅，卻自始至終都是一個無比不顯眼的物質，也是地球上最常見的物質之一。地殼中90%的礦物質含有硅。地球上最普遍存在的一種物質，帶來了一項遍布全球的技術，着實有趣。
硅是5000億美元芯片產業的基礎。而該產業則帶動了全球科技經濟的發展。如今，全球科技經濟價值約達3萬億美元。半導體產業也已經成為歷史上最全球化的產業之一：原材料來自日本和墨西哥，芯片在美國和中國製造。然後，這些芯片被運送到世界各地，以安裝在設備上。最後，設備來到世界各個國家的人手中。
諾弗說：「作為芯片的基礎，硅大概會在全球各地流轉兩到三次。」但是，即便是如此龐大的全球網絡，我們也可以追本溯源到少數幾個重要的地方。
白色黃金
高端電子產品對材料品質的要求也格外高。最純淨的硅來自於石英岩，而最純淨的石英岩來自於美國北卡羅來納州斯普魯斯派恩附近的一個採石場。全球數百萬的數字設備——甚至你手中的手機或桌上的筆記本——都與北卡羅來納州的這個小鎮有那麼一絲一毫的聯系。高品質石英供應商Quartz Corp的采礦經歷羅夫·皮伯特說：「一想到你可以在幾乎每一部手機和電腦的芯片上看到來自斯普魯斯派恩的石英，這真的非常不可思議。」
斯普魯斯派恩附近的岩石十分特別。該地區二氧化硅（一種含硅化合物）含量高，而雜質少。人們在這里開采寶石和雲母已有幾個世紀。但曾經，挖出來的石英無人問津。等到上世紀八十年代，半導體行業興起後，石英搖身一變，成了白色黃金。
現在，每噸石英售價高達10000美元。斯普魯斯派恩的采礦業每年收入可達3億美元。用機器和炸藥從地下提取的岩石被放入破碎機，以產出石英砂礫。隨後，石英砂礫被送往加工廠，研磨成細砂。最後，細砂中再加入水和化學物質，將硅與其他礦物分離。提取出來的硅還要經過最後一道研磨工序，然後才能以粉末的形式裝袋送往精煉廠。
盡管全球有數十億個微芯片，但每年開采的硅僅3萬噸左右，甚至不及美國每小時生產的建築用砂。皮伯特說：「斯普魯斯派恩的硅儲量非常大。這里可以持續開采數十年。可能，還沒等我們用完石英，整個行業已經發生變革。」
印刷機
把硅粉變成芯片，需要將硅材料投入1400℃高溫的熔爐進行融化，並製成圓柱形的晶棒。然後，像切黃瓜一樣，將晶棒切成薄片，得到晶圓。最後，在工廠里（比如紐約州的Global Foundries），十幾個矩形電路——也就是芯片本身——被印刷到每一個晶圓上。從這里開始，芯片將分散到世界的各個角落。
Global Foundries的無菌室工程師克里斯·貝爾菲說：「我們其實就是一台印刷機，為公司印刷他們想要製造的任何電子設備。」
因為芯片非常微小，所有任何灰塵顆粒或頭發絲都可能會破壞芯片的復雜電路。為了防止污染微電子產品，整個車間必須是無菌無塵的。大約六個足球場大小的區域，要比手術室還干淨數千倍，並用昏暗的黃色燈光照明，以防止紫外線輻射破壞生產過程中使用的一些化學藥品。實驗室員工和工程技術人員穿着怪異的防護服，從頭到腳包裹在白色安全服內，口罩和護目鏡也戴得嚴嚴實實，然後才能開始工作。
在無菌室內，大多數操作由真空密封的機器人自動完成。從屋頂上懸下來的單軌道在機器人之間運送着零部件。根據設計的不同，每個芯片的製作可能需要1000到2000個步驟。
流進工廠車間的空白晶圓，每個的成本大約為數百美元。從車間出來後，這些晶圓將被印刷上數十億個晶體管。這時候，它們的身價將是原來的一百多倍。Global Foundries製造的芯片大多數用於智能手機或被稱為GPU的硬件。電子遊戲、人工智能以及挖掘加密貨幣，都需要用到GPU。互聯設備，從健身跟蹤器到智能冰箱和智能音箱等，也就是我們常說的「物聯網」，則是另一個正在興起的終端設備系列。貝爾菲說：「人們希望將越來越多的東西時時刻刻互聯在一起。」
下一個階段，這些製造好的晶圓將被送往通常是位於海外的電子製造商。「能夠為促進全球人民之間的互聯做出貢獻，我感到非常自豪。」Global Foundries的中央工程總監伊莎貝爾·弗雷恩說，「每當我看到我們每天使用的電子設備，我都會想到我們正在研究的技術。」
半導體是美國的第四大出口商品，僅次於飛機、汽車和石油。大部分收入都用於開發新的產品，使得半導體行業與制藥行業一樣，成為頂級研究型行業。弗雷恩說：「我們正在改變行業，而這個行業將改變世界。」
硅革命
隨着半導體越來越小、越來越便宜，現在幾乎人人都可以用上半導體產品。據估計，全球有超過50億人擁有移動設備，其中一半以上為智能手機。發展中國家也正在迎頭趕上。
Research ICT Africa是一個聚焦技術政策的智庫。根據該智庫的調查，在非洲，2007年，15歲及以上人口中，使用互聯網的比例為15%；十年後的2017年，這個數字增長到了28%。如今，十個非洲人中大約有兩個人擁有智能手機。Research ICT Africa的安里·范·德·斯普伊說：「這主要歸功於廉價上網設備的迅速普及。」
這意味着，即便是在大多數的偏遠農村地區，人們也能感受到這些技術帶來的影響。納紐基是東非國家肯尼亞的一個集鎮。以小鎮上的農民道格拉斯·旺加拉為例，他現在會使用智能手機來尋找農作物的買家。他說：「手機讓我的工作變得更加輕松。」
在他們家邊上，有一條河。旺加拉和他的妻子格拉迪斯就在河附近的一片農田里種植玉米和土豆，並以此為生。在擁有智能手機之前，旺加拉出售他的農產品的唯一方式是將它們拿到市集上去賣。如果賣不掉，農產品就會變質，他就會賠錢。移動技術可以幫助他解決這種風險。通過和潛在買家分享他的農作物照片，他可以在玉米或土豆成熟前就達成交易。等到收獲時節，買家會自己過來把農產品拉走，而不再需要等旺加拉把農產品運到市集去。這樣一來，買家就可以收獲新鮮的農產品。旺加拉說，在有智能手機之前，他很難推銷自己的農作物。
旺加拉大約花15000肯尼亞先令，給自己買了一部手機，作為商業投資。除了聯系買家之外，他還使用手機來掌握對經營農場至關重要的信息，比如最新的天氣預報和不同農作物的市場價格。根據全球氣候組織Weather Impact的菲歐娜·范·德·博格特進行的研究，更好地獲取這類信息，是在肯尼亞和埃塞俄比亞等國家確保長期糧食安全的有效方法。獲取准確的天氣信息，可以幫助農民判斷應該種植什麼莊家，以及在何時種植莊家。
但是，如果要獲取移動數據的話，旺加拉需要前往附近的一個Wifi熱點。這個Wifi熱點位於一個改裝的集裝箱內。在城市之外，像這樣的熱點好似當地社區的命脈。在很多國家，城市和農村地區之間的互聯網訪問水平仍存在很大差距。但德國波恩大學研究員所做的研究表明，撒哈拉以南非洲地區的發展軌跡令人欣喜，其中肯尼亞的農民正積極地走在利用移動技術促進生計的最前沿。
Research ICT Africa的數據顯示，肯尼亞是非洲互聯網使用率第三高的國家，24%的肯尼亞人口可以上網。但是其他國家仍遠遠落後。比如，在盧旺達，僅9%的人口可以訪問互聯網，是非洲大陸上互聯網使用率最低的國家。而在這9%的上網人口中，77%的人口居住在城市。
范·德·斯普伊說，我們需要警惕，這種數字鴻溝不會使得人們的生活變得更糟。她說：「能否上網如今已成為參與社會的先決條件。」比如領取社會福利、求職或孩子上學等等，越來越多的事情都在網上完成。另外，這種數字鴻溝不僅存在於城鄉之間。富人比窮人更有可能使用互聯網，男人比女人也更有可能使用互聯網，年輕人比老年人亦更有可能使用互聯網。「如果你無法上網，你就可能會被拋棄。」
隨着半導體技術的不斷發展以及越來越多人開始學習數字技術，這些差距應該會逐漸縮小。智能手機甚至也可以促進一個國家的整體經濟。根據一項研究估計，在發展中國家，每一百人中，每增加十部手機可以使GDP增長0.5%。
鮮有一項技術可以改變這麼多人的生活。諾弗說，我們將簡單純粹的石英砂變成幾乎無限復雜的技術，又用這技術在今天讓人人互聯，光是想想，這就令人十分激動。（勻琳）
來源：cnBeta
