我國實現3nm電晶體技術,那麼,電晶體是如何讓晶片計算的呢?

2020-12-24 簡叔

簡叔每天都會關注科技界的發展動態,尤其是我國在科技上的發展進展,今天看到,我國復旦大學實現了3納米的電晶體技術,利用的也是GAA工藝。

三星在3納米工藝上也將採用GAA工藝,臺積電可能會在第二代3納米技術上採用GAA工藝。

其實說到電晶體,我們很多朋友也不陌生了,畢竟現在半導體、晶片等話題幾乎天天都有,大家也沒少看到這樣的信息。

例如哪家公司又發布了什麼晶片了,集成了多少億個電晶體等等。

那麼電晶體到底是什麼呢?它到底有什麼用呢?

首先,電晶體是晶片裡的一個基本單位,也是一個最小單位的電路。

而晶片的計算能力,就是由這些小電路,也就是電晶體來完成的。

電晶體、電路、計算,它們之間到底是怎麼聯繫起來的呢,怎麼電路還能算數了?

這時可能有的朋友會說:我知道,晶片跟我們人不一樣,我們是用十進位計算的,晶片是用二進位,也就是0和1。

話是這麼說,可電路哪知道什麼是二進位,更不知道什麼是0和1呀!

而且比如要計算1+1,電路哪知道還有加法這個東西。

所以無論是所謂的加法、數字還是進位的問題,這些都只有人才知道,這些都是人發明的,電路可沒有這些概念。

是不是有點大腦一片空白了,晶片到底是怎麼具備計算功能的呀?

別著急,這還得一步一步的說。

首先我們要知道,晶片,其實就是一個集成電路,想必大家也聽說過小型集成電路、大型集成電路、超大型集成電路等等的說法。

既然如此,那麼晶片在通電後的工作,就是各種各樣的電路不斷的開開關關的過程,電路的開與關,就對應了上面說到的1和0。

說到這,似乎距離我們的目標進了一步,開始出現1和0了。

那麼我們就繼續要說到電路中的基本單位電晶體,沒有電晶體,集成電路也就無從談起。

但電晶體的誕生可沒有那麼容易,我們簡單的梳理一下。

首先是在1939年,美國貝爾實驗室的半導體科學家拉塞爾奧爾發現了矽PN結。

關於PN結,有興趣的可以搜索一下,有很多這方面的資料,我們這裡就不長篇累述了,只要知道,正是由於PN結的發現,奠定了後來肖克利發明了雙極性電晶體,其實也叫做三極體。

雙極性電晶體具有很多特性,其中能夠開關電路就是其中之一,因此也就衍生出了高電平和低電平,用以對應1和0。

其實這裡大家應該會產生這個疑問,就是,為什麼當初的科學家,要用1和0這樣的二進位去對應數字電路的開和關來實現電子計算呢?

這就要提到一個人:布爾。

據資料表明,布爾只是一個小學老師,因此他的數學水平也就是小學水平,但是布爾卻為數學界做出了極為重要的貢獻,他發表了「邏輯的數學分析」,因此建立了「布爾代數」,開創了布爾數學體系。

簡單來說,也就是布爾開創了邏輯代數,邏輯大家應該並不陌生,例如「與」、「或」、「非」這些都是邏輯運算,邏輯數學也叫開關代數,而邏輯的演算針對的就是兩種情況,「真」和「假」

這時候是不是就可以跟電路的開和關,二進位的1和0開始對應上了。

那麼最關鍵的一點就出現了,邏輯運算怎麼跟數字計算產生聯繫,電路的開關又怎麼實現邏輯運算呢?

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