当谈到全球互联技术时，半导体芯片无疑是关键。然而，这种微小的芯片是如何渗透到我们日常生活中的每一个角落的呢？
从繁华都市到偏远乡村，技术正在悄然改变我们的生活和工作方式。从我们口袋里的智能手机到支持互联网的庞大数据中心，从电动滑板车到超音速飞机，从医疗起搏器到天气预测的超级计算机，这些设备的内部都蕴藏着一种微小而至关重要的技术：半导体。
半导体是现代计算的核心组成部分，晶体管则是实现计算的微型电子开关。1947年，美国科学家发明了第一个晶体管，之前计算机依赖于真空管。然而，真空管不仅笨重而且速度缓慢，直到硅的出现彻底改变了这一切。
硅制成的晶体管体积小到足以集成在微芯片上，开启了一个全新的可能性：各种设备层出不穷。每年，这些设备都在不断变得更小、更智能。半导体工业协会首席执行官约翰·诺弗表示，晶体管的微型化能力使得我们能够完成许多曾经无法想象的工作，因为大型计算机如今可以被压缩到一枚小小的芯片上。
创新的速度也前所未有。芯片以稳定的速度不断缩小，仿佛遵循某种规律。大约五十年前，英特尔的联合创始人戈登·摩尔首次提出这一规律，后来被称为摩尔定律，预测芯片上可容纳的晶体管数量大约每两年会翻一番。
摩尔定律曾经的确是正确的，直到最近这一趋势开始放缓。当不断缩小晶体管的努力接近物理极限时，芯片的微型化速度才有所减缓。早期的晶体管肉眼可见，而如今一枚微芯片上可以容纳数十亿个微型晶体管。更重要的是，这种制造业的飞速进步推动了数字革命的到来。
然而，这场伟大革命的核心——硅，始终是一个低调的存在，同时也是地球上最常见的元素之一。地壳中90%的矿物质含有硅。作为一种普遍存在的材料，硅推动了全球范围内的技术发展，实在令人着迷。
硅是价值5000亿美元的芯片产业的基石，该产业进一步促进了全球科技经济的增长。如今，全球科技经济的总值大约为3万亿美元，而半导体产业已经成为全球化程度最高的行业之一：原材料来自日本和墨西哥，芯片则在美国和中国制造，最终这些芯片被运送到世界各地，装配到各种设备上，最终到达全球用户的手中。
诺弗表示，硅作为芯片的基础，可能会在全球范围内流转两到三次。然而，即便在如此庞大的全球网络中，我们依然可以追溯到少数几个重要的来源地。
高端电子产品对材料品质的要求极高。最优质的硅源自石英岩，而这些石英岩主要来自美国北卡罗来纳州斯普鲁斯派恩附近的一个采石场。全球数百万的数字设备——甚至你手中的手机和桌上的笔记本电脑——都与这个小镇有着千丝万缕的联系。高品质石英供应商QuaRtz CoRp的罗夫·皮伯特表示，想到几乎每一部手机和电脑的芯片中都有来自斯普鲁斯派恩的石英，真的让人感到惊奇。
斯普鲁斯派恩附近的岩石非常特殊，二氧化硅（含硅化合物）的含量高，杂质极少。人们在这里开采宝石和云母已有几个世纪，但早期的石英并未引起重视。直到上世纪80年代半导体行业崛起后，石英才开始被视为“白色黄金”。
如今，每吨石英的售价高达10000美元，斯普鲁斯派恩的采矿业每年收入可达3亿美元。通过机器和炸药从地下提取的岩石被放入破碎机，生成石英砂砾，随后这些砂砾被送往加工厂，研磨成细砂。最后，细砂中再加入水和化学物质，将硅与其他矿物质分离，提取出的硅还需经过最后的研磨，才能以粉末形式装袋送往精炼厂。
尽管全球有数十亿个微芯片，但每年开采的硅仅为3万吨左右，甚至不及美国每小时生产的建筑用砂。皮伯特表示，斯普鲁斯派恩的硅储量丰厚，可以持续开采数十年。或许，到我们用尽石英时，整个行业已经发生了变革。
将硅粉转化为芯片，需要在1400℃的高温熔炉中融化硅材料，制成圆柱形的晶棒。接着，晶棒被切割成薄片，形成晶圆。在工厂（例如纽约州的Global FoundRies），多个矩形电路——即芯片本身——被印刷到每个晶圆上。此后，芯片将分散到全球各地。
Global FoundRies的无尘室工程师克里斯·贝尔菲表示：“我们其实就像一台印刷机，为公司生产他们需要的各种电子设备。”
由于芯片极其微小，任何灰尘或头发丝都可能破坏复杂的电路。因此，整个生产车间必须保持无尘无菌。约六个足球场大小的区域，其洁净程度要比手术室高出数千倍，并采用昏暗的黄色灯光，以防止紫外线辐射损害生产过程中使用的某些化学药品。实验室的工作人员和工程技术人员穿戴特殊的防护服，全身包裹在白色安全服中，口罩和护目镜也佩戴得非常严密，才能开始工作。
在无尘室内，大多数操作由真空密封的机器人自动完成。悬挂在屋顶的单轨道负责在机器人之间运送零部件。根据设计的不同，每个芯片的制作可能需要1000到2000个步骤。
进入工厂的空白晶圆，每个成本约为几百美元。完成后，这些晶圆上将印刷上数十亿个晶体管，价值将是原来的百倍以上。Global FoundRies制造的芯片大多用于智能手机或被称为GPU的硬件。电子游戏、人工智能以及加密货币挖掘都依赖于GPU。而涵盖健身追踪器、智能冰箱和智能音箱的物联网设备，则是另一个正在快速发展的终端产品系列。贝尔菲表示：“人们希望将越来越多的东西在任何时间都互联在一起。”
接下来，这些制造完成的晶圆将被送往通常位于海外的电子制造商。Global FoundRies的中央工程总监伊莎贝尔·弗雷恩表示，她为能够促进全球人民之间的互联感到自豪。“每当我看到我们每天使用的电子设备，我都会想到我们正在研究的技术。”
半导体是美国第四大出口商品，仅次于飞机、汽车和石油。大部分收入用于开发新产品，使得半导体行业与制药行业一样，成为顶尖研究型行业。弗雷恩指出：“我们正在改变这个行业，而这个行业将改变世界。”
随着半导体的不断微型化和降价，几乎每个人都能接触到半导体产品。据估计，全球超过50亿人拥有移动设备，其中一半以上是智能手机。发展中国家也在快速追赶。
ReSeaRch ICT AfRica是一家专注于技术政策的智库。根据该智库的调查，2007年，15岁及以上人口中使用互联网的比例为15%；到2017年，这一比例增至28%。如今，约每十个非洲人中就有两个拥有智能手机。
