你对芯片设计了解多少？
首先要解释两个概念:芯片设计和芯片代工。
他们是不同的。举个例子:高通、三星和华为都可以设计芯片。其中，三星可以生产自己的芯片，而高通和华为需要寻找代工厂。
三星和台积电是最著名的两家芯片代工厂。
例如，美国高通的芯片是自己设计的。但不生产芯片。比如高通的高端芯片交给三星代工，华为设计的高端芯片交给台积电代工。
为什么大陆目前不能生产高端芯片？
就芯片设计而言，我们不再是弱者。华为的麒麟芯片是自己研发的，在高端芯片上已经很强了。
但是麒麟芯片的代工厂并没有找到大陆厂商。
因为即使是目前大陆排名第一的SMIC，现在也无法生产麒麟970芯片。
华为麒麟970芯片，工艺是10nm。
后面会详细介绍流程，即数字越小，流程越先进。我们手机中芯片的性能是由制造工艺的质量决定的。
7nm芯片肯定强于10nm芯片，10nm芯片强于14nm芯片。
2017年，三星和台积电都掌握了最先进的10nm工艺。所以现在10nm的生产工艺被英特尔、三星、台积电垄断。
最先进的中国大陆SMIC只能生产最高规格的28纳米工艺。
为什么大陆的生产技术落后？
主要是光刻机:因为芯片的生产，光刻机是关键。说到光刻机这个行业，就不得不提到荷兰的ASML Holding N.V。
简言之，掩模对准器:
其实早期的掩膜版光刻机原理就像幻灯机一样简单，就是把光线通过带有电路图的掩膜投射到涂有感光胶的晶片上(下面的芯片设计会详细介绍晶片)。60年代初，掩膜版的尺寸是1:1，晶圆只有1英寸。
所以当时的光刻技术并不算高科技，半导体公司一般都是自己设计工装和工具。比如Intel最初买了一个16 mm的相机镜头，拆了。只有GCA，K &；S、Kasper等少数公司做了一点点相关设备。
60年代末，日本的尼康和佳能开始进入这一领域。毕竟那个时候的光刻不比相机复杂。
1978年，GCA推出了真正现代的自动步进光刻机光刻机，其分辨率比投影高5倍，达到1微米。
但这个时候，光刻机的行业还是一个小市场，一年卖几十台的就算大厂了。因为半导体厂商那么多，一台机器可以用很多年。这让你的机器有点落后，没人想买。技术领先是占领市场的关键，胜者为王。
80年代初，GCA的步进机还略微领先，但尼康很快发布了第一款商用步进机NSR-1010G，用更先进的光学系统大大提高了产能。这两家公司开始一起挤压其他制造商的份额。
到了1984，尼康和GCA在光刻行业并驾齐驱，各自享有30%的市场份额。Ultratech占10%左右，伊顿，P & amp；e、佳能、日立等剩余公司瓜分剩下的30%。
但是转折点也发生在这一年。这一年，飞利浦在实验室开发出了步进机的样机，但还不够成熟。因为光刻市场太小，飞利浦无法确认是否有商业价值，去美国和P&了；e、GCA、Cobilt、IBM等。谈了一会儿，没人愿意合作。
无独有偶，荷兰小公司ASM International的老板亚瑟·德尔·普拉多听说了这件事，主动提出合作。但是这个代理出身的公司，对半导体只有一些经验，对光刻不太了解，相当于一半天使投资，一半经销商。飞利浦犹豫了一年，最终勉强同意成立一家50:50的合资公司。当阿斯麦于1984年4月0日成立时，只有31名员工在飞利浦大楼外的木制简易房里工作。
阿斯麦刚成立的时候，是一个简单的平房，后面的玻璃建筑是飞利浦。信用:阿斯麦
阿斯麦在1985年与蔡司合作改进光学系统，最终在1986年推出了伟大的二代产品PAS-2500，并在美国第一次卖给了当时的创业公司Cypress，以及今天的Nor Flash巨头。
然而次年，1986的半导体市场一落千丈，导致美国一批光刻机制造商遭遇严重的资金问题。阿斯麦还小，所以损失不大，可以按照现有的计划开发新产品。但是，GCA和P &；e这些老牌厂商撑不住了，新产品开发停滞不前。
1988年，GCA资金严重不足，被通用信号收购。几年后，GCA找不到买家，破产了。1990，P &；e光刻部门支持不了，卖给SVG。
1980年，美国三英雄依然占据大半江山，到80年代末，其地位被日本双英雄彻底取代。此时，阿斯麦的市场份额约为10%。
忽略美国SVG等边缘化公司。90年代以后，一直是阿斯麦和尼康的竞争，而佳能在观望。
后来，阿斯麦推出了浸没式193nm产品，尼康也宣布完成其157nm产品和EPL产品原型。但是沉浸是小改进大效果，产品成熟度很高。尼康好像在做实验，所以几乎没有人订购尼康的新品。
这导致了后面尼康的大败。2000年尼康是老大，但到了2009年，阿斯麦已经领先了近70%的市场份额。尼康新产品的不成熟也间接与大量使用其设备的日本半导体厂商集体衰落有关。
至于佳能，看到尼康和阿斯麦在高端光刻机上玩得这么狠，就直接退出了。直接发展低端光刻市场。直到现在，他们仍然在为液晶面板和模拟设备制造商销售350纳米和248纳米产品。
话说回来，英特尔、三星、台积电之所以能生产10nm工艺的芯片，是因为他们能从阿斯麦进口到高端光刻机，生产10nm芯片。
中国大陆没有高端光刻机，低端光刻机缺乏技术，暂时只能生产技术相对落后的芯片。
先说芯片设计。在我们谈论设计之前，我们需要了解CPU、GPU、微架构和指令集的概念。
CPU的含义，即中央处理器，是负责计算机主要计算任务的部件。功能就像人的大脑。你可能听说过CPU分为x86和ARM，前者主要用于PC，后者主要用于手机平板等设备。
CPU在执行计算任务时必须遵循一定的规范，程序在执行前需要翻译成CPU能理解的语言。这种语言被称为指令集架构(ISA)。一个程序按照某个指令集的规范被翻译成CPU能够识别的底层代码的过程称为编译。X86，ARM v8，MIPS等。都是指令集的代号。而指令集可以扩展。制造商需要指令集专利持有者的授权来开发与某个指令集兼容的CPU。典型的例子就是Intel授权AMD开发兼容x86指令集的CPU。
CPU的基本单元是核心。核心的实现称为微架构，类似于指令集。Haswell，Cortex-A15都是微架构的代号。微架构的设计影响着内核可以达到的最高频率，内核在某一频率下可以执行的计算量，内核在某一进程级别的能耗水平等等。
但值得注意的是，微架构和指令集是两个不同的概念:指令集是CPU选择的语言，微架构是具体的实现。
以兼容ARM指令集的芯片为例:ARM公司把自己的指令集称为ARM指令集，同时也开发特定的微架构，比如Cortex系列，并授权使用。
但是，一个CPU使用ARM指令集，并不代表它使用ARM开发的微架构。高通和苹果等制造商已经开发了自己的与ARM指令集兼容的微体系结构。同时，很多厂商使用ARM开发的微架构来制造CPU，比如华为的麒麟芯片。一般来说，业内认为只有具备自主微架构研发能力的企业才能被认为具备CPU研发能力，是否使用自研指令集无关紧要。微架构的研发也是IT行业技术含量最高的领域之一。
以麒麟980为例，主要部分是CPU和GPU。Cortex-A76和Mali-G76是华为从ARM购买的微架构许可。华为可以开发自己的微架构吗？当然有可能，但是要像苹果一样应用到手机系统上还有很长的路要走，至少目前来看，除了自身研发的各种问题，因为芯片开发和软件开发一样，需要EDA工具，使用ARM微架构，会提供很多工具，而且这些东西也是相当核心的，所以一旦另起炉灶，就需要考虑方方面面。
考虑到这一点，我们就可以开始设计芯片了，但这一步也非常复杂繁琐。
芯片制造的过程就像盖房子。首先有晶圆作为基础，然后一层一层堆叠。经过一系列的制造工艺，就可以生产出所需的IC芯片。
那么什么是威化呢？
晶圆是制造各种芯片的基础。我们可以把芯片制造想象成盖房子，晶圆是稳固的基础。在固体材料中，有一种特殊的晶体结构——单晶。它的特点是原子一个接一个紧密排列，可以形成平整的原子表面。所以我们用单晶做晶圆。但是，如何产生这样的材料，主要有两个步骤，即提纯和拉晶，然后才能完成这样的材料。
净化分为两个阶段。第一步是冶金级提纯，主要是加入碳，通过氧化还原将氧化硅转化为纯度98%以上的硅。但是98%对于芯片制造来说还是不够，仍然需要进一步提高。因此将进一步采用西门子工艺进行提纯，得到半导体工艺所需的高纯多晶硅。
然后，它正在拉水晶。
首先，熔化上面获得的高纯度多晶硅以形成液态硅。然后单晶硅籽晶与液面接触，边旋转边慢慢提拉。至于为什么需要单晶硅籽，那是因为硅原子的排列就像人排队一样，会需要第一排让后面的人知道如何正确排列。硅种子是重要的第一行，让后面的原子知道如何排队。最后，离开液面的硅原子凝固后，排列整齐的单晶硅柱就完成了。
然而，整个硅柱不能被制成用于芯片制造的衬底。为了一片一片地生产硅片，需要用金刚石刀将硅柱横向切割成晶片，然后对晶片进行抛光，形成芯片制造所需的硅片。
8寸和12寸晶圆代表什么？很明显，它指的是表面经过处理，切成圆形薄片后的直径。尺寸越大，拉晶速度和温度越高，制作难度越大。
经过这么多步骤，终于完成了芯片基板的制造，接下来就是芯片制造了。怎么做芯片？
IC芯片，全称是集成电路，从它的名字就可以知道，它是将设计好的电路以堆叠的方式组合在一起。
从上图可以看出，底部蓝色的部分是晶圆，红色和卡其色的部分是做IC时要设计的地方，就像盖房子时要设计的风格一样。
然后我们看红色部分。在ic电路中，它是整个IC中最重要的部分，会由各种逻辑门组合起来，完成一个功能齐全的IC芯片，所以也可以看作是基础。
黄色部分不会有太复杂的结构，主要作用是将红色部分的逻辑门连接在一起。之所以需要这么多层，是因为要连在一起的线太多了。如果单层不能容纳所有的线，就要多叠加几层才能达到这个目的。在这个过程中，不同层的线路会上下连接，满足布线要求。
然后开始制造这些零件:
做IC的时候，可以简单的分为四个步骤。虽然实际制造时，制造步骤会有所不同，使用的材料也有所不同，但一般都采用相似的原理。
这些步骤完成后，很多IC芯片最终在一整片晶圆上完成。然后，只要把完成的方形IC芯片切掉，就可以送到封装厂进行封装。
包装:
经过漫长的过程，我终于得到了一个IC芯片。但是一个芯片是相当小很薄的，如果不在外面保护，很容易被刮伤损坏。另外，由于芯片尺寸较小，没有较大的外壳不容易放在电路板上，所以需要最后的封装。
封装方式有很多种，常见的有双列直插式封装；；DIP)、球栅阵列(BGA)封装、SoC(片上系统)封装和SiP(系统级封装)封装。
包装完成后，我们需要进入测试阶段。在这个阶段，我们要确认封装的IC是否可以正常工作。经过检测，可以运到组装厂，制作我们看到的电子产品。
至此，整个制作过程完成。