芯片這東西聽著很高端很硬核，其實(shí)拆開來看內(nèi)部是由一個(gè)一個(gè)我們平時(shí)所熟知的電路模塊組成的，有的電路模塊負(fù)責(zé)計(jì)算，有的電路負(fù)責(zé)存儲(chǔ)，有的電路用來抑制從電插頭傳過來的噪聲好為下一級(jí)電路提供一個(gè)很干凈的電源，等等等等。如果我們?cè)俨痖_看一個(gè)一個(gè)電路模塊的話，會(huì)發(fā)現(xiàn)是由一個(gè)一個(gè)的晶體管來組成的。每次我看一些科普文章來講述芯片的時(shí)候，總是會(huì)從 PN結(jié)講起講到晶體管再講到電路再講到芯片，說實(shí)話，我只想翻個(gè)大白眼。PN結(jié)這玩意的確是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，但凡上過個(gè)數(shù)字電路模擬電路的學(xué)生都是從PN結(jié)開始接觸晶體管的，但是在描述晶體管的行為時(shí)，我認(rèn)為用水龍頭來比喻，比從PN結(jié)開始講述原理要更加形象一點(diǎn)。

我們現(xiàn)在芯片里面用的晶體管一般叫做MOS管，就好像一個(gè)水龍頭，一個(gè)口進(jìn)水，一個(gè)口出水，一個(gè)控制水流能流多大的把手；MOS管也一樣，可以理解成為一個(gè)端口是用來電流流入的，一個(gè)端口是用來電流流出的，一個(gè)端口是用來控制電流流多大的把手，只不過這個(gè)把手不是由手來擰的，而是是由加在這個(gè)端口控制電壓大小來決定的。

當(dāng)我們剛開始輕輕地?cái)Q水龍頭的時(shí)候，水龍頭的把手發(fā)生了一點(diǎn)點(diǎn)角度的變化，但是沒有水流流出，我們?cè)贁Q一點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)出水口開始有水一滴一滴地向下掉，再擰一點(diǎn)，水滴變成了細(xì)細(xì)的水流，再擰一點(diǎn)，水流漸漸變大，再稍微用力擰一點(diǎn)，水流變得更大，一直擰，直到水流變得最大，此時(shí)我們還可以再擰一擰，但是水流不會(huì)再變大了。

晶體管也是如此，我們把電流源接在晶體管的電流入口上。當(dāng)我們?cè)诳刂贫丝?，也就是晶體管的把手上加上一點(diǎn)電壓時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)電流出口處沒有電流，再加大點(diǎn)電壓，有一點(diǎn)微弱電流，再加大一點(diǎn)，電流變大了些，再加大一點(diǎn)控制端口的電壓，電流更大了，一直加到電流不能再大為止，此時(shí)如果我們繼續(xù)加大電壓，電流也不會(huì)再大了，就好像水龍頭已經(jīng)開到最大了一樣似的。

如果我用兩個(gè)同樣的水龍頭接到同樣的水泵上，先擰左邊的，再在右邊的水龍頭上轉(zhuǎn)動(dòng)同樣的角度，那么兩個(gè)水龍頭里流出的水必然是一樣大的，這就好像把這左邊水龍頭里面的水流復(fù)制到了右邊水龍頭里一樣。在晶體管搭建的電路設(shè)計(jì)上，如果我用同樣的晶體管加載同樣的控制電壓，同時(shí)提供同樣的電源，那么可以預(yù)見的是兩個(gè)管子里會(huì)流過同樣大小的電流。這種結(jié)構(gòu)叫做電流鏡，英文名叫做current mirror。我第一次聽到這個(gè)名字的時(shí)候感覺特別美，它就好像鏡子一樣復(fù)制出來一個(gè)一模一樣的電流。

在擰水龍頭的時(shí)候，我們可以觀察把手的角度變化與水流變化之間的關(guān)系。如果我只需要轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)很小的角度就能讓水龍頭流出很大的水流的話，那么我是不是就可以認(rèn)為這個(gè)水龍頭可以憑借很小的轉(zhuǎn)動(dòng)角度就能調(diào)動(dòng)很大的水流呢。如果我們用一個(gè)參數(shù)來形容這種調(diào)動(dòng)能力，我們就可以用流出來的水流比上把手轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。這個(gè)數(shù)值越大就越說明這個(gè)水龍頭越能放大我們的轉(zhuǎn)動(dòng)。在晶體管上有一個(gè)同樣的參數(shù)叫做跨導(dǎo)，就是用來描述控制電壓能夠放大多大電流的能力。

有的時(shí)候，水龍頭上的把手?jǐn)Q的不緊，做工不好，會(huì)有水偷偷的從把手那里流出去。晶體管也一樣，如果控制端的氧化層做的很薄，會(huì)有電流偷偷的從控制端口流出去，這種情況我們管它叫做漏電。

我們常常聽見的什么5納米，7納米，如果用水龍頭來描述的話，就是入水口到出水口的距離，比如10厘米，5厘米。入水口到出水口的距離越短，水經(jīng)過的時(shí)間就越少，對(duì)比晶體管就是電流經(jīng)過的距離越短，消耗的時(shí)間就越少，其結(jié)果就是計(jì)算的速度會(huì)變快。

水龍頭小，對(duì)于同樣個(gè)數(shù)水龍頭組成的水路系統(tǒng)，耗費(fèi)的水量就比大一點(diǎn)的水龍頭要少一點(diǎn)。對(duì)應(yīng)到晶體管上，耗費(fèi)的電量就會(huì)變少。在當(dāng)前電池技術(shù)沒有重大突破的環(huán)境下，我這里少耗一點(diǎn)電，那里少耗一點(diǎn)電，零零總總加起來，就能讓我的手機(jī)或者電腦能多待機(jī)一兩個(gè)小時(shí)，這樣的手機(jī)和電腦在市場(chǎng)上就會(huì)更有競(jìng)爭(zhēng)力。

假設(shè)一塊鐵在市場(chǎng)的價(jià)格是1塊錢，那么我把水龍頭做的小一點(diǎn)，細(xì)一點(diǎn)，短一點(diǎn)，這樣一塊鐵就可以做出很多個(gè)水龍頭。如果我能把一塊鐵做出1000個(gè)水龍頭，這樣我每個(gè)的成本就是1厘錢。隔壁老王一塊鐵只能做出100個(gè)水龍頭，他的成本就是每個(gè)1分錢。這種情況下我賣5厘錢我依然有得賺，而老王敢這么賣那就只能虧本了。

這也就是為什么基本上所有半導(dǎo)體公司都在追求摩爾定律，都在追趕著更小尺寸的工藝，因?yàn)楣に囶I(lǐng)先一點(diǎn)，將帶來的是芯片功耗，面積和性能的領(lǐng)先，放在手機(jī)上就是我的芯片性能更好，面積更小，這樣可以塞下更大的電池，同時(shí)我的耗電更少，兩項(xiàng)一加，我能待機(jī)一周，而你的手機(jī)只能待機(jī)三天，這樣的手機(jī)誰不喜歡呢。同時(shí)因?yàn)榇笠?guī)模出貨所帶來的量產(chǎn)還能攤薄每個(gè)芯片的成本，其結(jié)果就是讓競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手感到絕望，從而退出市場(chǎng)。