芯片，是一个很多人都有所耳闻但也仅限耳闻的科技话题，也是现在发展最红火的产业之一。之前采访身边秋招的同学，不少芯片相关专业的朋友都拿到了很香的offer，在这个寒冷的秋招季直呼一点都不寒冷，背后的原因令人五级烫伤：
我们提到芯片，能想到的一般就是电脑和手机，但其实芯片无处不在，什么冰箱空调洗衣机、电视汽车充电器......只要这玩意儿需要用电，它里面就大概率装着芯片。



但芯片到底是个啥？造起来到底难在哪？现在转专业来得及吗？很多人就不太了解了。
于是我带着疑惑上网查了一波，看完我更疑惑了：原来芯片技术已经发展到这个地步了吗？！下面我就把学到的东西分享出来，没准以后搞芯片就靠大伙了





一、芯片到底是个啥？



芯片，是一种集成了大量电路的半导体元件。电路初中物理都学过，电源导线小灯泡、开关控制电信号...好的你已经学会电路了，下面就来设计你的芯片吧！



电路想必大家都懂了，那么什么是半导体呢？大家都知道导体能导电，绝缘体不能导电；而半导体的导电性介于两者之间，做成二极管后就能实现单向导电，即从A到B导电、从B到A绝缘，通过电信号就能控制电路的通断。



当然这只是最最基础的知识，设计芯片要把无数条比这复杂无数倍的电路攒到一块，这难度有多大，只能说学过模电数电的同学懂的都懂。
不过芯片虽然设计起来难，只要真做起来你就会发现.....这特么的更难啊！！

具体有多难呢？这里放一张简略的步骤图，想自己造芯片的同学可以参考参考
二、芯片有多好玩？



其实芯片还有很多新奇的用处，这里把我看到的两种比较好玩的分享给大家！



粒子加速器


粒子加速器都听说过吧？它是现代物理最重要、最尖端的科研仪器之一，能将带电粒子加速到接近光速，再让粒子互相撞击，看看撞出来的都是些啥，从而研究粒子内部的结构、探索宇宙的本质。
右边那么长的管子就是用来加速的



而加速过程需要很大的能量，因此这玩意儿又大又贵。目前最大的加速器占地将近60km²，比10个清华还大，而且传闻造价更是高达了五百亿人民币

！！五百亿啊家人们，全世界80亿人每人给我1亿也还差420亿

这

一般

家庭哪玩得起



但最近我在Science上发现了一篇在芯片上造加速器的文章，看到标题我是满脸问号：这芯片上还能装加速器？这加速加的是网速吗？
结果看完文章我大受震撼！研究人员先是在硅晶片上刻出光栅和电子通道，随后输入红外脉冲激光，经过光栅后将光波的能量传递给经过的电子，完成加速。



而主要的难点，就在于怎么正确雕刻这些纳米级的光栅和通道。这里就用到了前面提到的芯片刻蚀技术，让这种头发丝上雕大炮的操作成为了可能。
最终对电子的加速梯度可以达到30.5MeV/m，这已经超过一些大型对撞机了！
这项技术目前还处于研究阶段，未来一张几厘米长的芯片就能容纳1000套这样的加速路径，能将电子加速到94%光速，在科研、医疗上都大有用处。也许以后做粒子对撞再也不用全球排队借仪器，打开手机当场就能撞！想一想就很nice啊



“嗅觉”芯片


现在人工智能能够实现图片识别和语音识别，但它们还无法根据“闻到的味道”来判断事物。比如计算机看到毕导的袜子，它只会觉得这是袜子；但如果是你来观察，就会闻出这是半个月没洗的袜子，它的毒性足以令人晕厥...
这显然是计算机的缺陷。康奈尔大学的团队也觉得它很缺陷，于是研发出了一种可以识别气味的“嗅觉”芯片！



发表于《Nature Machine Intelligence 》



听起来很神奇吼！它是怎么实现的呢？



首先人是怎么识别气味的？我们闻香菜时，香菜分子会刺激鼻子中的嗅觉细胞，嗅觉细胞就会向大脑发送独特的“香菜”信号，而大脑接收到信号后就会一通判断，告诉你这玩意儿是香菜，而不是番茄、土豆。
这个“嗅觉”芯片就模拟学习了生物的这套嗅觉系统！



他们先用化学传感器探测气体分子，并将结果转化为电信号输入神经网络，神经网络据此就会发出不同的脉冲信号，然后迭代下去，直到信号跟某种预设气味信号的匹配度达标，就能判定为该气味了。比如下图，就是研究人员在测试甲苯样品，可以看到芯片它“闻”出来了！
目前这个“嗅觉”芯片已经能成功识别甲苯、一氧化碳等10种气体了。继续研发下去，有机会帮助解决化工厂的气体监测、故障诊断问题。还是很牛的



而且我大胆猜想，既然这个芯片能根据电信号识别气味，也许未来也能向人类释放对应气味的电信号？那我们岂不有可能买到可以闻着味的手机了真是未来可期啊！