B体育目前，芯片已经成为一个非常热的话题B体育。那什么是芯片呢？这个小小薄片的本质是什么？看完这篇内容，你就是这个问题的专家了。
由于芯片非常的脆弱，因此厂商会通过封装技术，用一个外壳把它保护起来，就是你拆开手机或电脑后，看到镶在里面的的那个黑色小方块。
当你把芯片翻过来，你会看到密密麻麻的金属引线，这些引线的作用，是使芯片电路与外界电路相连，它们有的负责供电，有的负责信号的输入、输出。
就好比你家的电视机，它需要有两类线才能工作，一根是电源线，负责给电视机供电，另一根是信号线，负责将机顶盒的信号传给电视。
这就是一个真实芯片的样子。很多人对芯片有误解，认为只有像电脑里CPU那种才是芯片。其实，CPU属于逻辑芯片，可以做逻辑控制，有运算功能。但芯片还有很多其他种类，比如具有通信功能的通信芯片（5G芯片、Wi-Fi芯片、蓝牙芯片），还有像内存、U盘里的存储芯片（DRAM、NAND），还包括手机里陀螺仪那种传感芯片等等。
这些芯片工作的原理和电路结构都不一样，可是都属于芯片。这就有个问题了，芯片的本质是什么呢？
过去国家要发展半导体产业，半导体是芯片吗？现在国家加大科技攻关力度，聚焦集成电路、人工智能等等领域，这个集成电路是不是也是芯片？这几个概念经常混着使用，那到底什么是芯片的本质呢？
我们知道，芯片用的是半导体材料，可为什么是半导体呢？一句话概括，因为只有半导体才能“用电控制电”。
在半导体之前，人类只能用机械控制电。比如，电报的工作原理，是通过滴滴滴哒哒哒的机械开关，控制电流的导通和断开，从而将信息传递出去。后来人们还发明了继电器装置，甚至还发明了继电器组成的计算机，大幅度提高了对电的控制效率。但不管是电报还是继电器，都只能用机械开关控制电的阻断，因为连接器件的是电线，是导体，要让电线断开，必须要有物理的隔离，这无疑是效率极低的。
你可能看过开合桥，当有轮船需要经过时，这座桥的中间会打开，当船通过之后，桥再合上。当船打开的时候，要过桥的汽车，不管有多着急，都得在一旁憋屈个半天，等桥合上了才能通过。无疑，这个效率得把人急死。
你想，如果要是有个魔法棒，当轮船来了，大桥一下子消失，等轮船过了，大桥又可以立马变回来。这是不是就比机械开合要快多了？
好在20世纪初，量子力学的发展让人类发现了这个魔法棒，它就是半导体这一关键性材料，人们只是通过施加电压的变化，就能让它在导体和绝缘体之间随意切换。
通过半导体的这个魔法材料，人类实现了用电这个高级物理形式来控制电这个高级的能量形式，处理信息的能力大大提升。
所以，芯片首先必须是半导体材料，这个本质也是芯片开启信息时代的根本原因。
那只有半导体材料就够了吗？不行，还必须得是集成电路。因为要想实现功能，光有一个晶体管还不够，必须得把很多晶体管连成电路才行B体育。
在早期，人们用半导体材料做出一个个的开关器件B体育，把这些器件就像现在的灯泡一样，一个个连到电路里来实现功能。可这里的问题是，我们需要大量的器件才能实现复杂的功能，但一个个独立器件组成的系统很难缩小。
集成电路技术的发明人之一Robert Noyce说起他发明集成电路技术的初衷，就是觉得手工把元器件一个个的焊到一起真是太麻烦了。你要知道，当时他焊的电路也就几百个元件。现在的电路动不动可就是几亿、几十亿个器件，除了集成电路的形式，还真就没别的好办法。
原本我们是组装单独的器件焊起来，现在就像是微雕，在一个非常小的东西上，直接刻画出这些线路。这个非常小的东西就是半导体衬底，刻刀就是你最近常听到的光刻机。只不过这把刀不是金属，而是激光做的，非常非常细。
有了集成电路之后，我们就可以把器件做得非常小了，而且还能不断做得更小，现在已经刻出纳米尺寸的开关来了，可以在一块一厘米见方的芯片里，集成100多亿个晶体管，它的复杂程度真的远远超你的想象。
说到这里，你可能还有一个问题，为什么一堆开关连接到一块，就能实现计算、存储这些功能呢？这里面有很复杂的科学理论，但在这里，我们必须要知道一个简单的道理，那就是所有复杂的运算，都能还原成最基本的0和1。
比如说，走迷宫看起来是个挺复杂、挺智能的事，但咱们把这事还原下去，其实就是在每个岔口做的选择题，要么走左边B体育，要么走右边。左边对应0，右边对应1，左右分别对应开和关。迷宫的走法对应着软件的算法，其实靠着一堆开关连接起来就能完成运算了。
不光是走迷宫，就算今天很流行的人工智能美颜，甚至是下围棋的AlphaGo这样的复杂系统，还原到最底层，其实也是由大量晶体管组成的CPU、GPU，再组成计算机主机，再连接起来构成超级大脑。总之，计算机里任何你觉得很智能的事，最底层都可以用0和1来完成。
当然想要完成复杂的功能，就需要更多的晶体管才行。这就是为什么我们一定要用集成电路，就是想在更小的面积上，集成更多的晶体管。
到这里小结一下，芯片的本质就是半导体集成电路，就是用简单的晶体管开关构成了一个复杂系统，从而，构建出了数字世界的基础，让人类进入到一半物质世界一半数字世界的新时代。
不过，关于芯片的重要性，还有一点值得讲讲。虽说芯片构建了数字世界的基础，但物质世界跟数字世界可并不是天然连通的，中间有一道隐形的墙。
比如，过去，我们只能用实物来计算实物，小学课本里的曹冲称象，他发现给大象称重不好办B体育，于是就把称大象改成了称石头，这就好称了。这个看起来很聪明的转换，其实完成的也只是从物质到物质的映射。大象重量的传输和计算都只能在物质世界里完成，你要想称两头大象总重量，就得称两堆石头。
但是有了芯片，这个问题就简单多了。今天要称一个大货车的重量，不用映射到石头了。只要把这辆车开到高速公路收费站，就会经过一个电子地磅，这里面的芯片能感知压力，货车重量直接变成了一个数字，这个过程就把物质世界直接映射到了数字世界里。
在数字世界里，货车重量可以被快速传播、快速计算、长久存储。公路管理部门可以拿这些数据去做超重监控，统计每年公路运输总量。商务部门能得知这个地区商贸、物流的信息。
这些信息经过芯片处理，人类原本在物质世界里做的一切，几乎都可以在数字世界完成了。比如在购物网站买一包饼干，几天后快递送上门。这包饼干从出库、运输直到你手里的这个过程，都是靠数字世界的信息来控制的。
所以说芯片是物质世界和数字世界的接口。而且今天芯片能处理的不只是重量，今天物质世界里几乎所有的物理量“力热声光电”，都能通过芯片映射到数字世界里。
比如电水壶里的温度芯片，就能把热这个物理量变成电信号，就能控温了；汽车轮胎的胎压传感器芯片，能把压力转变成电信号，就能保障行车安全，等等。甚至现在正在探索的脑机接口，通过把神经信号转化成电信号，让大脑的思想也能进入数字世界。
芯片的接口功能越来越强，这也是今天，数据量猛增，数据变得特别重要的原因。
看到这里，你也就明白了，芯片是数字世界的基石，更是物质世界与数字世界的唯一接口，芯片技术决定了我们信息技术的水平。
我们是进入数字世界的第一代人类，就像马斯克移民火星是为了开拓新的物质世界一样，我们也要在数字世界里开疆拓土，芯片就是我们的飞船、锄头、枪炮。今天，谁控制了芯片，就控制了我们和数字世界的一切连接。
半导体是集成电路的基础材料，集成电路是芯片的重要组成部分；芯片是集成电路的载体，是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结果。
有了芯片，人们可以直接通过操控电子来处理信息，创建庞大的数字世界。今天每个人都处于半物质半数字的状况中，芯片就是数字世界的基石，更是数字世界与物质世界的唯一接口。
在这里，给你留一道思考题：你认为还有哪些你和外界的交互过程不能被芯片取代呢？欢迎在留言区，与我分享你的思考。
以上内容整理自清华大学副研究院李铁夫的授课，感谢李铁夫老师浅出深入的讲解。
