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 文末有福利 
简单回忆一下你就会发现，智能手机的普及不过就是最近十几年的事。
如今，智能手机的功能已非常强大，打电话、拍照、玩游戏、看视频、砸核桃......几乎样样精通。而它之所以能成为一个几乎能让每个人沉浸其中的小世界，这一切都多亏了——芯片。
不过近些年，对于很多高科技企业来说，芯片带来的“卡脖子”问题却还是非常要命的。
但制造芯片，真的就这么难吗？
 芯片与晶体管 
每台手机里，都有一个个小芯片在不断地执行着各种指令。这靠的是芯片里很多称为晶体管的半导体元器件，这些晶体管通过不同的电路连接方式可以实现开关、电信号放大等多种功能。我们每一次操作手机，都有上百亿个晶体管在工作，让指尖大小的芯片发挥出远超首台巨型计算机的能力。
芯片的发展史可以追溯到半导体特性的发现，即半导体的导电能力会随着温度、光线、光照条件、输入电压和掺入杂质的不同而发生改变。在这一理论基础上，半导体点接触式晶体管诞生了，从而带来了集成电路。
之后，随着芯片制作工艺的演进，人们得以将完整计算机的不同功能集成于一颗硅片中，这种高度集成的集成电路芯片即 SoC （System on Chip，片上系统），一块芯片中包含了具备不同功能的集成电路模块，它们构成了一个完整的系统，使芯片功能大大增强。
将更多的元器件集成封装在一个“盒子”里，成为芯片
（图片来源：《看懂芯片原来这么简单》）
在理论上，用晶体管搭成特定的电路，就可以让电路访问由0和1组成的机器语言代码（指令），并且执行这些指令。虽然每个指令对应的功能都很简单，比如仅仅是把某个位置存储着的数据拷贝到另一个位置去，但多个指令执行下来，就能实现很复杂的功能。
 电路设计 
要设计实际能够工作的微处理器时，我们要先用晶体管组成数字电路的基本计算单元——逻辑门。
逻辑门类型。每个门产生的输出等于它输入的某个布尔函数
（图片来源：互联网）
然后将很多的逻辑门组合成一个网，就能构建计算块，称为组合电路。比如下面就是一个简单的组合电路。
一种简单的组合电路
（图片来源：互联网）
之后我们可以将具体的组合电路写成更抽象的表示图。比如算术/逻辑单元（ALU），就是一种很重要的组合电路。下面是它的一个抽象的图示，电路有标号为A和B的两个数据输入，一个控制输入（决定执行何种运算）。
算术/逻辑单元（ALU），根据函数输入的设置，该电路会执行四种算术和逻辑运算中的一种
（图片来源：互联网）
早期的硬件设计者，就是通过纸和笔描绘示意性的逻辑电路图来进行电路设计的。比如设计一个最简单的、每个时钟周期中执行一条完整指令的顺序执行处理器时，就会画出下面这样的一个逻辑图。
SEQ的硬件结构，一种顺序实现
（图片来源：互联网）
现在我们已经不再直接描绘逻辑电路图来进行电路设计了，而是会使用硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL）来描述硬件结构，如Verilog语言。之后可以根据HDL的描述生成有效的电路设计。
用晶体管设计出特定的电路已经很难了，而真正把大量的晶体管“放进”指甲盖大小的芯片里并用电路连接在一起，难度会更大。
 芯片是怎么做出来的 
对于大多数普通人来说，我们可能永远都不会亲自设计芯片。但了解芯片设计与制造的过程，却是一件非常有趣且重要的事情。
（图片来源：《看懂芯片原来这么简单》）
尽管打造芯片的过程非常复杂，但是我们可以把这个流程，简单地理解为三个部分：前端设计（design）、后端制造（manufacturing）、封装测试（package）三个环节。
这个过程和造房子非常相似
（图片来源：《看懂芯片原来这么简单》）
前文已介绍了芯片设计的重要环节——电路设计，但实际上，完整的芯片设计过程还包括根据用户需求确定芯片的框架、建立系统级架构设计、EDA验证、物理实现等等。
芯片设计好之后，接下来就是制造了。芯片的制造原理本质上与建造大楼很像。由沙子中提取出来的单晶硅制造的硅晶圆类似于大楼的地基，之后则按照芯片设计厂商输出的GDS（Graphics Display System，物理版图），进行蚀刻、光刻，层层堆叠，最终制造出摩天大楼般的电路。
（图片来源：《看懂芯片原来这么简单》）
制造厂商出厂的裸片，和我们常见的集成电路芯片仍然相差很远，需要经过将裸片封装，制作成能够正常工作的芯片，并测试芯片的功能是否达到设计预期后才能投入使用。
（图片来源：《看懂芯片原来这么简单》）
芯片与我们每个人都息息相关，这不仅仅体现在手机领域。事实上，大至工业制造、机械设备、物流运输，小至日常生活中的电视机、计算机、智能家居等产品，其底层都有芯片技术的支撑。
甚至是在近些年快速发展的生命科学领域，芯片也开始发挥它的重要作用。如癌症的预后监测、健康状况的定时检测、增强记忆以及治愈瘫痪等等，这些场景通通都可以通过“植入芯片”的手段来实现。2010年，植入式芯片这一技术被《麻省理工科技评论》评为“年度十大突破性技术”之一。
植入式芯片
未来，随着5G、人工智能、物联网、自动驾驶、大数据、云计算、智慧城市等新兴领域的进一步蓬勃发展，芯片将扮演更加关键的角色。
本文作者：人民邮电出版社 - 授权（正文略有改动）

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《看懂芯片原来这么简单 漫画版》
本书是介绍芯片知识的科普漫画图书，内容来源于华为麒麟中的热门科普漫画“看懂芯片原来这么简单”系列。全书通过漫画的形式串联起一个个主题故事，晦涩的芯片知识则由拟人化的“元器件”们徐徐道来，带领读者轻松了解“点沙成芯”的奥秘。
全书共分为三个部分，首先介绍芯片的设计与制造，解读芯片的基本概念；然后剖析芯片内部结构，解读CPU、 GPU、ISP、NPU等核心部件的功能与作用；最后解读旗舰芯片部分功能的实现方式，如连接芯片们“成团出道”、ISP+NPU硬件级协同等芯片设计领域的知识。
本书中没有长篇累牍的技术介绍与理论知识，而是以生活场景作为触点，结合终端体验来阐释芯片原理。对于广大读者朋友来说，这种方式可以帮助大家更轻松地了解芯片科学，感受芯片内的广袤世界。
现在越来越多的年轻人对集成电路科学和技术感兴趣，很多人不仅热爱科技，而且有很好的创造力和想象力。希望这本芯片漫画书能为大家提供一个土壤，帮助更多人走近芯片、认识芯片，甚至未来能投身到芯片技术研究和创新中去。
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本活动最终解释权归北京演绎科技有限公司所有
参考资料
1、看懂芯片原来这么简单（十二）：芯片是如何设计的？——华为麒麟
2、逻辑设计与硬件控制语言——yubincloud.github
3、简单易懂的芯片科普漫画，帮你打开高深的芯片技术大门——人民邮电出版社
4、《科技之巅3》——人民邮电出版社
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关键词
电路
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