说这多还是没有感觉？那就用有形东西的面积做个对比吧！

　　图5. A8芯片放大25万倍后，面积有半个深圳湾高新区大，电路连线精细至5毫米；再放大500倍，面积将超过西藏面积，电路连线精细至2.5米。

　　人眼看5mm宽的线条才能看得清楚和舒服。所以，若要看看A8芯片中晶体管规模有多大、电路有多复杂，就要把20nm的线宽放大到5mm宽，放大倍数是倍（25万倍）。这时，A8芯片的面积就达到5.578平方公里，大约是半个深圳湾高新园区的面积（11.5平方公里）。你将会看到震撼的画面！在半个深圳湾高新园区的平面上，布满了由5mm宽的线条纵横交错连接构成的“电路森林”。把20亿只晶体管平均开来，在每1平方米的面积上就集成了358个晶体管以及电路连线，连线宽度只有5mm。

　　图6. A8芯片再放大500倍后，面积比西藏面积还大，线条宽度2.5米，人可以进入观察。

　　你如果还想钻进这个“电路森林”看看，就把A8芯片再放大500倍，面积达到了139.45万平方公里。在这个比西藏面积还大的平面上，布满了2.5米宽的线条纵横交错构成的“电路深林”。以下视频展示芯片无限放大，人们可飞入芯片中的“电路森林”，看看集成电路的精密和电路规模的巨大。

　　视频1. 芯片无限放大，人们可飞入芯片中的“电路森林”看看

　　5.极其复杂

　　芯片的复杂性是由精密至极和规模巨大两个特点决定的，主要包电路结构、EDA工具、制造设备、制造程序、条件保障等方面的复杂性。

　　电路结构复杂：芯片应用五花八门，芯片内部的结构也千变万化。最复杂的芯片当属CPU、GPU、人工智能等芯片，数十亿只晶体管连接成预设的电路功能，在软件配合下完成像人的大脑一样的工作，复杂性和难度可想而知。

　　EDA工具复杂：EDA工具软件就是电子设计自动化软件（Electronic Design Automation）。开发EDA工具虽然是写软件，但它离不开芯片制造技术方面的知识的积累。这样的软件要能把数十亿（甚至更多）晶体管摆放在面积不到1cm2（甚至更小）的硅片上，并且连接成想要的电路功能。同时，还要具有仿真和验证功能，保障送去芯片制造厂（晶圆厂）的设计数据万无一失。随着制造技术的更新和换代，EDA工具还要随之更新和升级。EDA工具软件是最难设计的软件。

　　制造设备复杂：芯片制造用到的设备很多，主要包括单晶炉、气相外延炉、氧化炉、磁控溅射台、化学机械抛光机、光刻机、刻蚀机、离子注入机、晶圆减薄机、晶圆划片机、引线键合机等等。大家对光刻机已不陌生，先进的EUV光刻机只有荷兰阿斯麦尔（ASML）能生产，据说其中的光源技术来自于美国。每台高达1.2亿美元的售价，我们有钱也难买。光刻机的精密程度决定了芯片制造的工艺的精度。

　　制造程序复杂：芯片制造过程一般包括芯片设计、晶圆片制造、晶圆上电路制作、封装和测试等几个过程，其中晶圆上电路制作过程尤为的复杂。首先是根据芯片设计数据制作多层的光掩膜（Mask）。其次是制作晶圆表面上的电路。按照工艺和光掩膜数量，从第一层光掩膜开始，有选择地循环进行“晶圆涂膜、晶圆光刻显影、蚀刻、掺加杂质、氧化膜、抛光”，返回做下一层光掩膜循环。最后是晶圆测试、划片、封装和成品测试。晶圆表面电路制作程序的复杂性由光掩膜层数决定。目前，芯片制造有时要执行100多道工序，制造程序十分复杂。

　　条件保障复杂：芯片制造除了设备重要外，水、电、气的条件保障也很重要。水是纯水，芯片制造厂要有高质量的纯水制备能力，这里的纯水比饮用纯净水的纯净度要高。电力保障是更重要的一环，芯片制造厂要有双变电站、双线路的备份供电保障，防止电站和回路出现故障时停电。芯片制造厂意外停电的经济损失很大。气体是指生产中要用到十多种化学气体。这些气体按用途分可为运载气、保护气和反应气。反应气还可细分为外延气、成膜气、掺杂气和干刻蚀气。主要包括氧、氢、氮、氩、氦、氢化物、卤化物等。

　　6.元素超广

　　世间万物都是由元素组成，元素周期表中罗列了地球上发现的所有元素。如果把芯片产业中用到的元素用彩色标出，可以看到覆盖了一大半的元素，利用率高达52.68%。这些元素通过晶圆、靶材、气体、光刻胶、抛光液等形式应用在制造工艺中。这些元素利用过程既是研究、发现和创新，也是克服困难和经验积累，从另一方面说明了芯片制造涉及知识之广、造芯之难。

文章来源：《化学反应工程与工艺》 网址: http://www.hxfygcygy.cn/zonghexinwen/2021/0708/393.html

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