本文讲一下一个神奇的小部件:芯片。
你用过芯片吗?
什么是文化,如果说文化就是“日用而不知”的习惯,那么,芯片就是当代人类的文化。
无论是冰箱、彩电、汽车、计算机、手机,都需要大量的芯片进行运算,发出指令信号,可以说只要有电的地方就有芯片。
只是芯片隐藏在机器之中,我们看不见,体现给我们的是外部的功能实现,所以大家也就看不到芯片。比特币矿机的发展,让人们注意到算力芯片,9nm、7nm、5nm的词汇也开始传入大家的耳朵里,感觉很厉害,至于怎么厉害,多数人也只能说出,数字越小越厉害,挖比特币的效率越高。
这种回答,显得有些单薄,如果是从业者,这样的回答就显得缺乏职业素养,但是,也不怪人们的认知问题,因为本来没有几个人说得清楚,今天我就尝试以一篇文章,把这块骨头啃下来,建立知识框架,让我们明白,美国人的芯片封锁是怎么回事?矿机芯片是怎么回事?芯片的本质到底是什么?
随着美国对中国芯片技术的封锁,芯片这个名词,又一次成为全球热点,那么为了理解芯片,我们从最基础的原子结构讲起。
你没有听错,就是原子结构,不过我会讲得非常轻松愉快,会将阅读流程近似于看电影的体验。好了,系好安全带,准备发车。
矿企CleanSpark购买价值590万美元的比特币矿机:11月1日消息,比特币矿企 CleanSpark 以 590 万美元的总价购买了 3,843 台 Antminer S19J Pro 矿机。最近,该公司还以折扣价从其他运营商处收购了两处设施,以及 16,000 多台机器。[2022/11/1 12:06:30]
上图类似飞镖靶子的图形,就是碳原子的原子结构,中间一个电子核,最外边有四个电子,总共六个电子。
硅原子的核外电子层数比碳原子多了一层,多了四个原子,最外层的电子是元素最体现化学性质的地方。也就是说,硅原子会比碳原子更加活泼,因为最外层的电子距离原子核比较远,电子核的正电对电子的负电荷吸引力就较弱。
宏观上表现为容易失去电子,除了氢和氦之外,其他原子,和别的元素结合达到8电子后就会形成稳定状态。比如大家天天吃的食盐的主要组成是NaCl,Na失去一个电子,Cl得到一个电子,各自都是8电子结构。这种就是离子键。另外一种是共价键,不同原子核可以共用电子形成共价键,比如两个碳原子,放到一起,每个原子外边有稳定的八电子结构。
新加坡缅甸投资公司SMI购买800台矿机,转向挖矿服务:8月25日消息,新加坡上市公司新加坡缅甸投资公司(SMI)宣布购买800台加密货币矿机,将部署在东南亚,第一批机器将在未来两到三个月内交付。该公司首席执行官Mark Bedingham表示,此举将为公司的零售客户提供加密货币挖矿,同时也为股东带来巨大价值。
SMI此前专注于旅游和时尚零售、汽车和建筑服务等行业以及物流行业。上个月表示,其业务将转向软件服务,其中包括加密货币云挖矿平台,该平台起初将专注于Bitcoin、Filecoin和Chia挖矿。(Decrypt)[2021/8/25 22:37:17]
碳族元素最外层是4个电子,处于中间位置。如果最外层是1个电子,就容易失去电子,最外层是7个电子就容易得到电子。中间位置的碳族元素,处于中间态,所以可以失去也可以得到,这就出现了最重要的一个词:半导体。
Si下面的Ge、Sn,Pb则直接成为了金属元素直接就可以导电。Si上面的元素C是构成地球上有机生命体的基础,而Si硅本身就成为完美的半导体材料,硅谷的名字也是这么来的,所以,很多科幻小说,说碳基生命和硅基生命的根据也是源于此处,但是硅基生命和碳基生命的生成原理是不同的,前者是逻辑电路导通,后者是共价键有机物化合。直白一点就是硅基生命是变形金刚那一类,碳基生命是我们人类这一类,扯远了。
西班牙将提供800万欧元用于元宇宙体验和视频游戏:金色财经报道,西班牙文化和体育部决定投资800万欧元(850万美元)用于电子游戏和元宇宙体验的开发。该计划是西班牙“复苏、转型和恢复力计划”的一部分,将在2023年为这些领域的孵化项目提供赠款。
该计划目前正处于第二波,与第一波相比,该计划的资金增加了700%,当时只有100多万欧元用于帮助该行业的公司。这些资金将由欧盟提供,作为“复苏、转型和弹性计划”的一部分,将以每年或多年拨款的形式向该部门的公司提供,该计划旨在实现西班牙经济各个方面的数字化和现代化。(news.bitcoin)[2022/12/22 21:59:44]
现在已经找到了好的材料,怎么实现逻辑电路呢?
一边放硼元素B,一边放磷元素P,特殊光线一照射,B和Si生成共价键,P和Si也形成共价键。
数据:美联储11月实现缩表922.94亿美元:12月5日,据美联储官网信息,美联储 11 月实现缩表 922.94 亿美元,其资产总额由 8.676 万亿降至 8.584 万亿美元。[2022/12/5 21:23:51]
所以,对于8电子稳定结构,B和Si只有7个电子,少了一个电子;而P和Si有9个电子,多了一个电子。这就出现了一个趋势,虽然大家都不是金属,但是有了金属的性质,多的一个电子,就有跑到少一个电子地方的趋势。因为中间部分是半导体Si所以电子不会跑来跑去,而是就呆在那里待命。
等待什么命令呢?加上电压。如果电压从B到P,也就是B这边是正极,P那边是负极,电子就会在电压作用下,从右边跑到左边。电压反过来,就导不通。这就是二极管单向导通的原理。
根据二极管原理就形成了上图所示的逻辑门。“与门”“或门”“非门”,然后这些逻辑门进行拼接就形成了逻辑更加复杂的电路,计算机的世界就此打开。0和1在机器里有规律地蹦来跳去。
简单的逻辑算法,经常亿万次的计算就可以集成为复杂的电路实现功能。
NFT Worlds联合创始人:将于周末公布NFT Worlds未来行动计划:7月22日消息,NFT Worlds联合创始人Ark Dev在Twitter上表示,将于周末公布NFT Worlds未来行动计划。此前《我的世界》禁止了在客户端和服务器程序中集成区块链技术,NFT Worlds之后表示已与《我的世界》团队沟通,并争取在《我的世界》平台继续运营,若无法继续运营,会考虑将项目迁移至类似《我的世界》游戏引擎和游戏平台或转型为GameFi平台,为游戏开发者或游戏工作室提供技术服务。[2022/7/22 2:30:18]
电路材料从真空管变成晶体管,从20世纪八九十年代,计算机的大发展,导致了对运算能力的需求不断提高,很多发达国家开始大力投入芯片的研究,那时候我国经济建设刚刚有些起色,自然没有能够全力投入研发。
电脑的CUP发展迅速,于是英特尔公司的创始人之一戈登摩尔,提出了摩尔定律,也就是18个月芯片性能增加一倍。这个定律基本上是拍脑门说出来的,因为这只是一个观测规律没有什么真正的理论支撑。
下面看一下,芯片的制作流程。
首先从沙子里高温提取出单质硅,这里的硅是稳定的晶体结构,做成一个硅柱。
然后把切成很薄的圆片。
然后,光刻。在圆片上面涂上感光材料,然后在强光的照射下性质会改变,从不溶于水变成溶于水。控制光线,去照射不同的位置后,用水一冲,得到了凹槽。
凹槽中是露出硅单质的,然后对不同的部位掺入上文说的硼和磷,逻辑电路就在凹槽中形成,多余的硅也可以用腐蚀液给弄掉。这样就形成了一个一个的晶体管,当然,凹槽中也可以参与金属材料,这样形成电容电阻等电子元器件。
开个脑洞,人类几十亿人如果每个人在高等文明的眼里只是一个晶体管的话,那么,地球的运算能力对于高等文明也就是一个指甲盖。
光刻的精度决定了芯片的质量,晶体管的尺寸已经小到指甲盖大小的面积上,能集成10亿个以上的晶体管。光刻机很重要。设计环节非常关键,核心价值几乎都牢牢掌握在美国手里。
现在的问题是,为什么中国能干出格力、小米、海尔这样的企业却做不出来芯片呢?
手机、家电可以用中国的人口红利和廉价劳动力,我的东西做得多做得好,又非常便宜,我直接打开销路去打低端市场,然后走到中高端,高端,赚了钱不断迭代到最好就好了,别的国家很难和我们竞争了。
那么,芯片为什么不可以从低端市场做起慢慢发展?
网上都在说国家投入不够,资源错配,起步晚等等问题,其实这些都不是根本的问题,其他行业也有同样的问题,照样克服。
因为芯片行业几乎没有廉价低端市场,也就是说你做了芯片必须是顶级的,一般般的芯片根本没人用,不只是因为性能,因为你的烂芯片比人家的好芯片还贵!连价格优势都没有。
芯片行业更新速度快,市场永远最需要最高性能的芯片。设计、流片、生产等等环节,都需要大量资金投入,但这个不是问题,因为新一代芯片需求量巨大,直接把成本摊薄了,利润可观的情况下,没有必要卖到客户承受不起。其实芯片的价格从一定程度来说已经是非常便宜了。所以市场上,全部都是最高等级的芯片,芯片业几乎没有低端市场。
那为什么中国矿机厂商的芯片为什么可以领先?
有几个原因:
第一,ASIC算力芯片本身的逻辑电路极为简单,不需要完成复杂的运算,只是哈希碰撞找数而已,功能非常单一,容易设计出来。这一点要承认,不信你去设计生产出来英特尔芯片试试,世界上第一台ASIC矿机也是美国搞出来的,不过我国人民的勤劳智慧以及资本的涌入让这个产业迭代非常快,巨头还没反应过来,咱们的货都卖到他们家门口了;
第二,矿机还有很多别的供应链因素,中国有最好的电子产业供应链,就像手机、无人机厂商需要把厂安在珠三角地区;
第三,亚洲的数字货币市场又大发展又快,一旦形成规模效应,后面的追赶都不是很容易,这和手机的逻辑是一样的。
芯片是工业制成的皇冠,复杂程度绝不是一篇文章能够完全说明白的。
本文从原子结构引到硅材料,从半导体二极管讲到光刻机以及芯片制造流程,统筹分析了目前的芯片及矿机芯片的发展,相信会为有志于矿机和数字货币行业的人开启一扇小小的窗户。
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作者:村头二旧
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