作者：魏少军
清华大学集成电路学院教授
授权转载自公众号“格致论道讲坛”（ID：SELFtalks）
目前 ， 芯片已经成为一个非常热的话题 。 那什么是芯片呢？其实我们每天都在接触芯片 ， 大部分时间都在和芯片做交互 ， 但是我们看不见它 ， 我们看到的只是一个整机 。
例如 ， 我们很多人都在用手机 。 如果我们离开手机 ， 甚至不知道如何与别人交互 ， 也不知道怎样查信息 。 但当我们拿到手机时却看不到任何的芯片 ， 因为芯片在里面 。

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Iphone6手机部件及其电路板上的集成电路
手机里面有若干个电路板 ， 电路板上有一些小小的黑色方块 ， 我们称这些方块为集成电路 。 正是这些数量众多的集成电路 ， 赋予了手机极其复杂的功能 。

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整机机柜（左）和电路板上的集成电路（右）
我们日常生活中还会接触一些整机的机柜 。 当我们打开机柜之后 ， 可以看到里面一块块的电路板 。 电路板上这些黑色的小方块就是集成电路 。

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集成电路（左）和芯片（右）
集成电路就是我们所说的芯片的学名 。 不过 ， 集成电路和芯片还是略有一点差别 。 我们把左图中集成电路的黑色封装材料去掉之后 ， 才能看到右图中真正的芯片 。
芯片是在半导体材料上构建的一个复杂的电路系统 。 晶体管是组成芯片的基本器件 。 晶体管很小 ， 我们人类还无法用肉眼去观察它内部的工作原理 ， 只能通过外部测试来推算它是如何工作的 。

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晶体管的符号（上）和基本工作原理（下）
为了讲清晶体管的工作原理 ， 我举一个简单的例子 。 我们知道水电站都有大坝 ， 大坝上有闸门 ， 大坝里面有发电机 。 当闸门打开时 ， 水流冲下来促使发电机发电 。 通常在闸门上有一个功率较小的电动机 ， 用来控制闸门的关闭和打开 ， 从而控制大坝里面发电机的发电 。 与发电机的功率相比 ， 电动机的功率较小 ， 用小功率的电动机控制这个闸门的开关 ， 就可以让发电机发电 。 在水流最大的时候 ， 发电机的发电量最大 。 因此它就起到了放大作用 。
当闸门全部打开时 ， 发电机的发电量达到最大 ， 我们用1来表示 。 当闸门全关上 ， 没有水流时 ， 发电机不发电 ， 我们用0来表示 。 借助这样的方式 ， 我们实现了晶体管的基本原理 。
晶体管有各种各样的型号 ， 分别由不同的材料组成 ， 例如双极型的晶体管和金属氧化物半导体（MOS）的晶体管 。 上图中列出了几种晶体管的符号 ， 今后大家如果看到这些符号 ， 就可以知道这是晶体管 。
晶体管只有70多年的历史 。 在晶体管出现之前 ， 我们用的是电子管 ， 它是个真空管 。