芯片這東西聽著很高端很硬核，其實拆開來看內(nèi)部是由一個一個我們平時所熟知的電路模塊組成的，有的電路模塊負(fù)責(zé)計算，有的電路負(fù)責(zé)存儲，有的電路用來抑制從電插頭傳過來的噪聲好為下一級電路提供一個很干凈的電源，等等等等。如果我們再拆開看一個一個電路模塊的話，會發(fā)現(xiàn)是由一個一個的晶體管來組成的。每次我看一些科普文章來講述芯片的時候，總是會從 PN結(jié)講起講到晶體管再講到電路再講到芯片，說實話，我只想翻個大白眼。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，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。

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

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

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)我們在控制端口，也就是晶體管的把手上加上一點電壓時候，我們發(fā)現(xiàn)電流出口處沒有電流，再加大點電壓，有一點微弱電流，再加大一點，電流變大了些，再加大一點控制端口的電壓，電流更大了，一直加到電流不能再大為止，此時如果我們繼續(xù)加大電壓，電流也不會再大了，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)動同樣的角度，那么兩個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)計上，如果我用同樣的晶體管加載同樣的控制電壓，同時提供同樣的電源，那么可以預(yù)見的是兩個管子里會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。我第一次聽到這個名字的時候感覺特別美，它就好像鏡子一樣復(fù)制出來一個一模一樣的電流。

在擰水龍頭的時候，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)動一個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)為這個水龍頭可以憑借很小的轉(zhuǎn)動角度就能調(diào)動很大的水流呢。如果我們用一個參數(shù)來形容這種調(diào)動能力，我們就可以用流出來的水流比上把手轉(zhuǎn)動的角度。這個數(shù)值越大就越說明這個水龍頭越能放大我們的轉(zhuǎn)動。在晶體管上有一個同樣的參數(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。

有的時候，水龍頭上的把手?jǐn)Q的不緊，做工不好，會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)過的時間就越少，對比晶體管就是電流經(jīng)過的距離越短，消耗的時間就越少，其結(jié)果就是計算的速度會變快。

水龍頭小，對于同樣個數(shù)水龍頭組成的水路系統(tǒng)，耗費的水量就比大一點的水龍頭要少一點。對應(yīng)到晶體管上，耗費的電量就會變少。在當(dāng)前電池技術(shù)沒有重大突破的環(huán)境下，我這里少耗一點電，那里少耗一點電，零零總總加起來，就能讓我的手機或者電腦能多待機一兩個小時，這樣的手機和電腦在市場上就會更有競爭力。

假設(shè)一塊鐵在市場的價格是1塊錢，那么我把水龍頭做的小一點，細(xì)一點，短一點，這樣一塊鐵就可以做出很多個水龍頭。如果我能把一塊鐵做出1000個水龍頭，這樣我每個的成本就是1厘錢。隔壁老王一塊鐵只能做出100個水龍頭，他的成本就是每個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，因為工藝領(lǐng)先一點，將帶來的是芯片功耗，面積和性能的領(lǐng)先，放在手機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，同時我的耗電更少，兩項一加，我能待機一周，而你的手機只能待機三天，這樣的手機誰不喜歡呢。同時因為大規(guī)模出貨所帶來的量產(chǎn)還能攤薄每個芯片的成本，其結(jié)果就是讓競爭對手感到絕望，從而退出市場。