在全球互联的技术中，半导体芯片发挥了至关重要的作用。这些微小的芯片是如何融入我们日常生活的呢？
从繁华都市到偏远乡村，一项技术正在深刻改变我们的生活与工作方式。从智能手机到支撑互联网的庞大数据中心，从电动滑板车到超音速飞机，从心脏起搏器到预测天气的超级计算机，无论是显而易见还是不为人知，这些设备的核心技术便是半导体。
半导体是现代计算的基石。晶体管，作为半导体设备，是计算机内部执行计算的微型电子开关。1947年，美国科学家首次建造了世界上第一个晶体管，此前的计算机依赖于真空管，这种设备不仅体积庞大且速度缓慢，而硅的引入则彻底改变了这一切。
用硅制成的晶体管足够小，可以集成到微芯片中，开启了一个崭新的世界：各种设备层出不穷。每年，这些设备都在不断缩小和智能化。半导体工业协会的首席执行官约翰·诺弗指出，晶体管微型化的能力使我们能够进行前所未有的工作，这一切都源于能将大型计算机集成到一块小小的芯片上。
创新的步伐也空前迅速。芯片以稳定的速度不断缩小，仿佛遵循某种规律。约五十年前，英特尔的联合创始人戈登·摩尔首次提出了这一规律，后被称为摩尔定律，预测芯片上可容纳的晶体管数量每两年便会翻一番。
摩尔定律曾经被证明是有效的，直到最近情况开始发生变化。随着晶体管缩小的努力接近物理极限，芯片的微型化速度开始放缓。早期的晶体管肉眼可见，而如今一块微芯片上可以包含数十亿个微型晶体管。这种制造业的指数级进步推动了数字革命的到来。
然而，这场伟大革命的核心元素——硅，却是一个极为低调的材料，同时也是地球上最常见的元素之一。地壳中约90%的矿物质都含有硅。这样一种普遍存在的物质，催生了遍布全球的技术，实在令人惊奇。
硅是5000亿美元芯片产业的基石，而这个产业则推动了全球科技经济的发展。如今，全球科技经济的总值约达3万亿美元。半导体产业已成为历史上最全球化的产业之一：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，装配到各种设备中，最终传递到全球用户手中。
诺弗指出：作为芯片的核心，硅在全球各地往往会流转两到三次。但即便是在这样庞大的全球网络中，我们仍能追溯到几个重要的源头。
白色黄金
高端电子产品对材料的要求极其苛刻。最纯净的硅来自石英岩，而最优质的石英岩则可以在美国北卡罗来纳州斯普鲁斯派恩附近的一个采石场找到。全球数百万的数字设备，甚至您手中的手机或桌上的笔记本电脑，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都含有来自斯普鲁斯派恩的石英，这实在令人难以置信。
斯普鲁斯派恩附近的岩石非常独特，该地区的二氧化硅含量高，杂质少。人们在这里开采宝石和云母已有几个世纪。但在过去，石英矿石并不受人重视。直到上世纪八十年代，随着半导体行业的兴起，石英的价值才瞬间提升，成为所谓的白色黄金。
目前，每吨石英的售价可高达10000美元。斯普鲁斯派恩的采矿业每年带来的收入可达3亿美元。开采出的岩石被机器和炸药从地下提取，随后送入破碎机以生产石英砂砾。这些石英砂砾再被送往加工厂，研磨成细砂，最后与水和化学物质混合，分离出硅与其他矿物。提取后的硅还需经过最后的研磨处理，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，但每年开采的硅仅有约3万吨，甚至不足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极其丰富，预计可以持续开采数十年，甚至在我们用完石英之前，整个行业可能就会经历变革。
印刷机
将硅粉转化为芯片需要将硅材料在1400℃的高温熔炉中融化，形成圆柱形的晶棒。随后，晶棒被切割成薄片，生成晶圆。在工厂中（例如纽约州的Global FoundRies），数十个矩形电路，即芯片本身，会被印刷到每一个晶圆上。由此开始，芯片将分散到世界的各个角落。
Global FoundRies的无菌室工程师克里斯·贝尔菲表示，我们实际上就像一台印刷机，为公司制造他们所需的各种电子设备。
由于芯片微小，任何尘粒或头发丝都可能损坏芯片的复杂电路。为防止微电子产品受到污染，整个车间必须保持无菌和无尘。大约六个足球场大小的区域比手术室还要干净数千倍，且用昏暗的黄色灯光照明，以防止紫外线辐射损害生产过程中使用的某些化学药品。实验室员工和工程技术人员穿着特殊的防护服，从头到脚包裹在白色安全服中，口罩和护目镜也严密佩戴，才能开始工作。
在无菌室内，大部分操作由真空密封的机器人自动完成。机器人通过悬挂的单轨道运输零部件。根据设计的不同，每个芯片的制作可能需要1000到2000个步骤。
流入工厂车间的空白晶圆，每个成本大约为数百美元。经过加工后，这些晶圆将印刷上数十亿个晶体管，届时它们的价值将是原来的百倍以上。Global FoundRies生产的芯片大多用于智能手机和被称为GPU的硬件。电子游戏、人工智能和加密货币挖掘都需要使用GPU。此外，互联设备，如健身跟踪器、智能冰箱和智能音箱等，正是我们所说的“物联网”，也在快速兴起。贝尔菲指出，人们希望将越来越多的事物连接在一起。
随后，这些制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，能为促进全球人民之间的互联做出贡献，我感到非常自豪。每当看到我们日常使用的电子设备，我都会想到我们正在研究的技术。
半导体是美国的第四大出口商品，仅次于飞机、汽车和石油。大部分收入用于研发新产品，使得半导体行业与制药行业同样成为顶尖的研究型行业。弗雷恩表示，我们正在改变行业，而这个行业将改变世界。
硅革命
随着半导体的不断小型化和成本降低，如今几乎每个人都能享受到半导体产品的便利。据估计，全球超过50亿人拥有移动设备，其中一半以上为智能手机。发展中国家也在迅速追赶。
ReSeaRch ICT AfRica是一个专注于技术政策的智库。根据该智库的调查，2007年非洲15岁及以上的人口中，使用互联网的比例仅为15%；到2017年，这一比例增长至28%。如今，在十个非洲人中大约有两人拥有智能手机。ReSeaRch ICT AfRica的安里·范·德·斯普伊表示，这一切主要归功于廉价上网设备的迅速普及。
这意味着，即使在许多偏远的农村地区，人们也能感受到这些技术带来的变化。纳纽基是东非国家肯尼亚的一个小镇，农民道格拉斯·旺加拉便是一个例子。他现在使用智能手机寻找农作物的买家。他表示：手机让我的工作变得更轻松。
在他家附近，有一条河。旺加拉和妻子格拉迪斯在河边的一片农田中种植玉米和土豆为生。在拥有智能手机之前，旺加拉出售农产品的唯一方式是将其带到市场。如果卖不掉，农产品就会变质，导致他蒙受损失。移动技术帮助他解决了这一风险。他可以在玉米或土豆成熟之前，通过分享农作物的照片与潜在买家达成交易。在收获时，买家会自己前来取货。
