在剧集《爱，死亡和机器人》中有一段场景：3个机器人重返荒无人烟的地球，像游客一样参观人类的历史遗迹，一边吐槽着人类灭绝的陈年往事，不禁引人深思遐想。硅基物种会取代人类吗？这需要先看看芯片作为“大脑”发展到什么程度了。
全球市值前五的公司，截至2025/5/1
（来源Marketcap）
“还没有指甲盖大的芯片，却决定了未来的走向。”经济历史学家克里斯·米勒在其著作《芯片战争》中如此判断。
芯片，比石油更具战略性？
“人工智能时代，人们常说数据是新的石油。我们面临的真正限制不是数据的可用性，而是数据的处理能力。”
——克里斯·米勒《芯片战争》
芯片不常被人提起，但确实是神奇的存在。如果有谁的手机坏了，出问题的往往不是其中的芯片，因为芯片上一个活动的部件都没有。
芯片究竟是什么？这可以从1945年第二次世界大战结束说起。战争催生了许多新技术，大国制造了飞机和坦克，也建造了许多科研实验室，在作者米勒看来，是后者真正改变了各国的军事力量。
1945年建成的埃尼阿克计算机，服务于美国陆军用于弹道计算。它有18,000个真空管，每个真空管都是“开关”，以体现“0”（关闭）、或“1”（打开）的计算机逻辑。但这台机器平均每两天就有一个真空管发生故障，因为真空管经常吸引飞蛾而卡住机器，需要经常清理，“Debug”这个排除计算机故障的术语也因此被沿用下来。
1945年的埃尼阿克计算机THE ENIAC
（图片来源于网络）
一个重要的改进思路来自“晶体管之父”威廉·肖克利，他认为可以用“半导体”来制造晶体管，以替代真空管。什么是“半导体”呢？——硅和锗等材料本身就像绝缘体，几乎不导电，但加入某些材料并施加电场时，电子就会开始流动。例如，硅、锗等添加磷或硼后就可以导电，从而生产出微小的“开关”。
如果进一步简化布线，在同一块半导体材料上制造多个元器件，就诞生了集成电路，即“芯片”。
1959年，仙童公司在一个国际电子展上展示了其首块硅片上的完整电路（下图），由4个晶体管组成。阿波罗登月计划成为仙童的首个重要客户，仙童使得登上月球的阿波罗11号上的计算机只占用了1立方英尺的空间。
1959年第一块硅集成电路芯片，有4个晶体管
（图片来源于网络）
许多技术改革，让芯片向小型化、低功耗迈进。比如“光刻”就是一项关键技术——1958年，德州仪器的杰伊·莱斯罗普和他的助手在通过显微镜观察晶体管时想到：显微镜可以看到放大后的图像，如果把显微镜颠倒，图像看起来会更小。
莱斯罗普看到，相机公司柯达的光刻胶在受到光线照射时会发生化学变化，如果把光刻胶涂在一块锗上，将显微镜颠倒过来，再通过光线照射，能在锗上形成精确的微缩版图案，从而使大规模生产微型晶体管成为可能。莱斯罗普的光刻技术，让晶体管的直径缩小到0.1英寸(2.54mm)，高度只有0.0005英寸(0.0127mm)。
1971年第一款商用CPU：Intel 4004，有2250个晶体管
（图片来源于网络）
到了1971年，英特尔公司带来第一款商用CPU：Intel 4004，它拥有2250根晶体管，直径是10微米（0.01mm）。
时间快进到当今，晶体管的尺度已是纳米级别。位居全球市值第三的英伟达公司，旗下超级计算机DGX GH200（下图示例）搭载了256个英伟达GH200芯片，每个芯片拥有高达2000亿个晶体管，采用7纳米工艺制造。
英伟达超级计算机DGX GH200，每个芯片拥有2000亿个晶体管
（截图来源COMPUTEX 2023大会）
在作者克里斯·米勒看来，未来大国之间的竞争很可能由算力决定。从机器学习到导弹系统，从自动驾驶到无人机，都离不开尖端芯片，而少数公司控制着它们的生产。
AI时代，谁是赢家？
“每个公司都希望自己成为下一个英伟达。”
——克里斯·米勒《芯片战争》
从类型上看，芯片主要有CPU和GPU两类。为什么人工智能（AI）更青睐GPU？
《芯片战争》解释道：AI可以在CPU上运行，但训练成本可能高达数百万美元。因为AI通常需要重复运行相同的计算，每次使用不同的数据，例如用许多猫的图片训练AI认识猫。CPU是以串行的方式运行所有计算，GPU则可针对相同计算同时运行多次迭代、同时处理多条数据。为了识别猫的图像，CPU需要一个、一个像素地处理，而GPU则可一次“查看”许多像素。
芯片巨头英伟达公司成立于1993年，其生产的GPU可以快速渲染图像，最早的客户来自视频及游戏公司。从本世纪第二个十年起，英伟达将未来压在人工智能上，其股价和估值曾出现飙升（下图）。
英伟达股价走势，截至2025/5/6
（来源Refinitiv）
今年4月，美国芯片政策打击了美对华AI芯片出口。英伟达CEO黄仁勋5月7日的发言称，未来几年中国人工智能芯片市场规模可能将达500亿美元，如受政策影响无法参与将损失巨大。对于中国国产芯片，在国产替代逻辑下有望进入新的发展阶段。
芯片改变历史，也将塑造未来
当现代研发进入纳米级别后，半导体产业面临技术难题。你可能听说过“摩尔定律”，它是由仙童、英特尔的联合创始人戈登·摩尔提出的，该定律预测一颗芯片的计算能力每两年翻一番。《芯片战争》指出，当现代工艺进入纳米级，物理极限使晶体管很难进一步缩小。
此外，芯片产业依赖多国尖端科技公司共同构成的生态系统，在逆全球化的大环境下也将挑战重重。
一个典型的芯片供应链是怎样的？可能是首先由美国工程师团队使用设计软件，应用日本公司旗下知识产权来设计；设计方案被送到中国台湾的工厂，该工厂从日本购买超纯硅片和专用气体，采用世界上最精密的、可蚀刻、沉积和测量几层原子厚的加工设备来制造；这些加工设备主要来自荷兰、日本、美国的公司；然后芯片通常在东南亚进行封装和测试，并被送往中国组装成手机或电脑。
芯片改变历史，也将塑造未来。即使面临困难，突破与创新依旧在发生，吸引着全球资本市场的目光。《芯片战争》指出，尖端芯片的制造如同精密编织的全球网络，竞争结果或许不仅取决于技术突破的速度，更考验在开放合作与自主可控间的博弈智慧。
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文：黄可鸿
参考资料：《芯片战争：世界最关键技术的争夺战》，克里斯·米勒著