万向块状链蜂巢学院网上公开课还将推出“整合与创新”系列讲座，作为峰会的“龙头电影”，邀请物联网、人工智能、云计算等行业有影响力的领军人物带领大家深入挖掘这些技术与区块链的契合点，探索具体应用场景的解决方案，加速区块链的应用。添加一个小助手微信号：冯朝学园获取每周讲座的直播时间和入口。

本文是“整合与创新”系列的第一堂课。奥驰亚洲半导体事业部总监石贤帅先生分享了“新基础设施下的区块链芯片创新探索”。如果你错过了现场直播，请不要错过以下内容！

非常感谢万向集团蜂窝学院的邀请。我很高兴今晚有机会和大家分享区块链薯片的话题。今天的主题是“新基础设施下的区块链芯片创新探索”。

在当前形势下，芯片是一个非常重要的课题，国家层面对此非常重视。几天前，我看到国务院出台了新一轮的扶持政策。在这样的背景下讨论今天的话题是很有意义的。

我在芯片行业工作了近20年，主要从事大规模集成电路的设计、管理和营销。我对区块链技术也很感兴趣。我对区块链的理解是，区块链完成的是虚拟世界中的价值转移。

让我们正式进入今天的话题。

事实上，区块链和芯片都包含在新的基础设施中。一开始，整个新基础设施有七个类别：5G基站、大数据中心、交通、工业互联网、物联网网关、充电桩、人工智能，然后区块链加入了进来。

从这幅图中可以看出，芯片扮演着非常重要的角色，没有芯片，任何新的基础设施都无法归类。例如，你可以看到中央处理器和图形处理器被用于大数据中心、人工智能和区块链。现场可编程门阵列用于基站，包括人工智能和区块链。像一些传感器一样，它们也是工业互联网和物联网中非常重要的应用。

芯片实际上是所有这些行业的基石。为什么会这样？就我个人而言，我认为芯片是人类历史上非常重要和成功的技术。它如此重要的原因是它足够便宜。如何理解它？因为整个芯片的器件非常小，小到最先进的7纳米技术，它可以在一平方毫米这样小的面积上插入超过1亿个二极管。你可以计算出二极管的成本几乎为零。

在我之前参加的一次活动中，我听到一位老师说半导体技术可以再发展100年，这意味着半导体行业的人可以暂时继续发挥作用。

我的分享将遵循这三个部分：第一，芯片的设计和制造过程；第二，芯片在区块链的应用；第三，区块链在芯片行业的应用前景。

让我先介绍一下芯片设计的过程。像其他技术一样，它们最初都来自市场需求，所以一般来说，我们在市场调研之后会有市场规范，然后算法人员会将规范转换成架构设计，然后进入RTL编码，这实际上类似于软件。

让我给你举个小例子。Verilog是一种RTL语言，在下图中实现了一个简单的加法器。芯片并行执行，这意味着如果输入改变，例如，一旦x和y在这里改变，整个语句将被调用。

芯片设计和软件的区别在于，整个芯片的制造过程非常昂贵，研发成本和生产成本高达数千万美元甚至上亿美元。如果有哪怕一点点问题，都会导致繁殖。因此，有一个步骤叫做RTL模拟，这是非常重要的。现在，在这个行业中，验证工程师与设计工程师的比例大约是3，333，601。

在整个RTL模拟之后，它将进入逻辑综合、优化和扫描插入。这是什么概念？软件实际上将代码编译成汇编语言，这是硬件中的“逻辑门”，因此代码应该如图所示进行编译。事实上，最早设计芯片电路时，逻辑门是手工绘制的。可以想象，这种效率非常低。后来，当规模变大时，抽象水平提高了，我们用设计语言来设计。

这里的扫描插入意味着在制造过程中会引入一些制造问题。整个芯片制造完成后，需要测试它是否有制造问题，所以这里的测试不是功能问题。

下一步叫做形式验证，它将RTL级语言与逻辑门进行比较。在这个过程中，工具或人可能会引入一些错误，因此需要进行正式的比较来确保这两个功能是一致的。

接下来是布局后的静态时序分析。为什么会有这样的一个步骤？因为速度在设备中是绝对有限的，不可能因为延迟等原因达到无限的速度。也就是说，电路中会有一定的速度。静态时序分析是为了验证这些逻辑可以在这样的时间内完成。

计时正确后，下一步将进入布局、布线和布局阶段。这是一个布局示例。许多线路都很密集。事实上，“门”是放在硅片上的。例如，这个“门”应该放在哪里，以及那个“门”应该放在哪里，必须是特定的，这至少保证了所有的线都可以被填充到小硅片中。目前，可能有十几个金属层。在图的右下角，有一个制作精良的芯片金属层的例子。你会看到这条线像房子一样密集。

布局路线应分两个阶段：第一，总体路线应大致布局；其次，比较详细布线的阶段。简而言之，我们把逻辑放在硅片上。

在布线之后，在存在真正的延迟之后，应该再次进行静态时序分析。整个芯片设计过程可能是这样的，但实际上非常复杂。

设计完成后，进入制造阶段。制造业分为前一个过程和后一个过程。前者相当于在硅片上做一些事情，而后者是做封装和老化测试。

第一步是在应时高温炉中熔化多晶硅，并通过应时棒拉出单晶硅。下面是单晶硅棒。接下来，用金刚石刀将晶片切割成碎片，抛光，抛光，以获得非常光滑的镜面效果，然后在应时炉中氧化，其上附着一层氧化硅。然后，滴下光致抗蚀剂，然后通过旋转均匀涂覆，这包括一个非常重要的步骤：光学掩蔽板，掩蔽和蚀刻。

荷兰有一家叫ASML的公司，他的光刻机可以卖到1亿美元，这说明这个过程非常复杂，因为需要能够在硅片上雕刻5纳米和7纳米的图案。

当光线好的时候，它将被蚀刻以挖出二极管图案。在离子注入之后，形成晶片，并且抛光该晶片。下一步是做出正/负水平。因为所有的中间过程都可能引入一些制造问题，所以将使用测试器来测试晶片，以确保每个管芯的功能是好的，并且如果坏的管芯被标记，则好的管芯将被切割。

在后一个过程中，刚刚在晶圆片上看到的硅晶圆片已经被一个接一个地完成，并且它们被用金刚石刀切割成模具。我们在这里看到的只是一个简单的包装形式。随着科技的发展，包装变得非常复杂。芯片放置在引线框架上，芯片上的引脚用金线拉到引线框架上，这意味着它可以导电。外部电源和信号可以输入/输出。下一步是用树脂或陶瓷密封。外部芯片的真正硅部分非常小，只是一小块。下一步是成型，因为芯片会在系统中使用很多年，所以会做老化实验，而人工恶劣的环境会提前暴露制造过程中的缺陷。老化后，一些测试将继续筛选出坏的部分。在这些步骤之后，一些制造者会被激光击中，这就是你看到的芯片情况。

人们经常听到各种各样的术语，如SoC、FPGAs和ASIC。由于芯片规模较大，并且具有知识产权的概念，因此该芯片不是从零开始设计的，而是将与其他知识产权(如ARM)集成在一起。集成电路只是半导体工业的一部分，半导体工业可分为微处理器、逻辑集成电路和存储器。微处理器、网络控制单元和数字信号处理器都是处理器，逻辑集成电路包含专用集成电路和其它集成电路。

你会看到很多种类的芯片，比如中央处理器、图形处理器、现场可编程门阵列和专用集成电路。专用集成电路是一种特殊的集成电路。不同的是，从中央处理器到专用集成电路，灵活性越来越差，但性能和功耗会越来越好，因为专用集成电路是专门为特定领域设计的。

以下描述了芯片在区块链工业中的应用。

可信平台模块

最基本的是安全芯片，左上角是产品，包括符合金融级认证的单片机和安全芯片。一般来说，它将支持安全算法，包括ECC256、SHA256和AES256。支持真随机数发生器非常重要。该芯片可以保证随机数是真随机数，区块链的安全性基于密钥安全性。包括支持各种特征曲线、保护操作系统、抵抗外部攻击(电压减压、温度检测、光学检测、主动保护层检测、抵抗DPA/SPA)。私钥的安全性非常重要，包括确保操作在安全芯片中运行，当它存在时，存储和交易信息。

右图是一个相对完整的系统，包括安全芯片、操作系统、硬件平台等。有许多应用，例如数字资产的安全存储、智能合同应用、物联网设备的识别、身份认证等。我认为安全芯片是区块链的基石。

加速器

例如，如果由中央处理器完成，事务签名和验证将会非常低效，加快速度将非常有意义。如加速共识、加速智能契约引擎等。我看到的一个例子是区块链卸载引擎，它插在服务器上，有pcie接口和高速以太网接口，可以将签名性能提高大约5倍。

右边是区块链加速知识产权，它可以支持各种椭圆曲线，并可应用于许多应用场景。对于知识产权，它可以用于现场可编程门阵列，专用集成电路或云服务器。包括调度模块，该调度模块通过pcie向PK引擎调度操作。

最近，蚂蚁金服发布了蚂蚁金服一体机，它采用了平头阁铁铉910的risc-v内核，号称是世界上第一款硬件隐私保护解决方案，也是区块链智能合同的第一款专用处理硬件。

主要功能是密码卡(安全芯片)和区块链网络共识加速，包括智能合同处理。现在智能合同的数量不是很大，如果将来智能合同的数量变大，使用硬件来处理它们是非常有意义的。如果你看看加速数据，并行处理能力是非常强的。

玉莲介绍了一个整合云链芯片的案例，云链芯片也是安全芯片。右边是物联网的应用——物联网板。块链实现了身份识别、数据包加密和通信的结合。如今，物联网得到了广泛的应用，它是区块链在工业应用中使用的一个相对成熟的一块。

以上介绍了芯片在区块链的应用，并简要展望了区块链在芯片行业的潜在应用。

知识产权保护

知识产权资产在芯片产业和集成电路产业中扮演着非常重要的角色。知识产权数据的安全性往往是一个大问题。现在云计算在软件行业非常成熟，芯片行业的电子设计自动化工具和基于知识产权的云并不常见。如果知识产权和知识产权保护问题能够通过区块链得到解决，相信可以加速知识产权云和电子设计自动化的发展。

设计数据版本保护

在设计中会有很多版本管理，有时会有很差的版本管理，会得到错误的版本，导致制造中的大量资金浪费。区块链的哈希运算对这个块会很有帮助。

工业互联网

例如，中威公司是一家将半导体设备上市的公司，他们也在以区块链为基地研究半导体行业的工业互联网建设。基本上，他们所做的是通过区块链供应链和下游之间的合作，企业用户可以在平台上进行可信的数据交换、零件质量控制和可追溯性工作，而无需特别提及半导体，这是行业的应用。

以上大概是我今天的介绍。我希望听完讲座后，你会对芯片设计和制造有一定的概念，并可能了解芯片在区块链工业中的应用。我希望将来区块链的许多先进技术可以用于半导体工业。谢谢大家。

互动问答

问：区块链芯片和通用芯片有什么区别？

石贤帅：芯片将用于各行各业。有一些常见的芯片，如中央处理器/图形处理器，可用于许多行业。我认为区块链芯片有很多种，比如安全芯片、加密/解密、加速和为区块链定制的芯片。除此之外，没有特别的区别，从设计过程到应用也没有特别的区别。

问：5纳米现在已经量产了吗？

石贤帅：据我所知，它已经量产了，TSMC的一些客户已经生产了5纳米芯片。