聚热点 juredian

为什么有人说CPU是人造物的巅峰?

说人造物的巅峰都小了,如果你能搞出CPU,你活着上CCTV,老了扶着上CCTV,死了100年还在上CCTV,你的名字会出现在99%的教材中,逢高考数理化必考你,诗歌小说舞蹈说的都是你,什么大V、明星、富豪在你面前都不敢大声喘气,你的老家说成为爱国教育基地,你家祖坟会成为风水宝地,甚至你出生时有金龙从天而降的传说流传千年,从此以后,美国再敢说什么,直接把你的名字搬出来,胜过千言万语。

当然,这些都是臆想,唯一的的目的就是我想说,CPU是目前人类智慧及技术所能制造的最顶端的时代产物,CPU让人类文明发生跨越,是人类的第二个大脑。

如果说印刷术的发明,让人类活得像个人,那么光刻CPU的发明,将人类推到了神的位置。

对于普通人来说,要说清楚CPU或者是芯片的制造,无疑是“纸上谈兵”,很难以用语言来表述,当然,我也说清,因为CPU涉及到物理学、材料学、光学、量子力学、微电子、统计学等人类最前沿的知识科学。

CPU制造的技术流程:是人类所创造体积最小,工艺最为复杂的物体

众所周知,半导体产业中使用最多的是硅元素,而硅也是制作集成电路的最优秀的原材料,CPU制作的原材料也是硅元素。

网上有很多CPU的生产流程,为了方便大家能看得懂,借鉴国外小伙手工打造CPU的流程图。

1、这位小伙子在野外捡了一块石头,然后把石头弄成粉末。

2,因为石头的主要成份就是二氧化硅,碳酸钙等,石头弄成粉末后,你就得到了纯度高达98%的二氧化硅,但是,这时的二氧化硅并不是单晶硅,因为平均每100万个硅原子中就有有一个杂质原子。

3、进行提纯,将二氧化硅加热到1600-1800℃,使其成为固定形态的单晶硅,学名电子级硅,继续用氯化氢进行提纯,使其纯度成为达到99.99%的多晶硅,然后继续这个工作,直到获得99.9999999%多晶硅金属。

4、把你得到的多晶硅锭放入坩埚中,将其加热到1424.85摄氏度,取一点单晶硅放入熔化后的硅液中,然后,慢慢地拉动单晶硅,一边拉一边冷却,你就会得到一个“锥柱体”。

5、使用金刚石锯,将这个“锥柱体”的硅锭进行切片,通常是1mm厚的圆片,你就得到了晶圆。一般工厂里生产的晶圆直径越大,说明技术越好。Intel当初使用的晶圆尺寸有2英寸/50毫米。

6、买一瓶光刻胶,又称光致抗蚀剂倒在硅晶圆上,是光刻工艺中用来抗腐蚀的涂层材料,相当于“防晒霜”作用,把光刻胶对晶圆表面进行清洗和抛光。

7、用一块有电路图案的光刻石英掩模,并向这块光刻石照一束激光,电路图案就会被刻到晶圆上。

8、光刻以后,在光刻胶的影响下,被光遮罩产生的阴影部分会使硅晶圆表面形成化学变化,出现高低不平的状态,用酸来腐蚀掉,直到得到有“晶体管”的“晶圆”。

其实这个过程,并非如此简单,在英特尔的生产流程中,光刻机还要进入纳米级制作晶体管,一个针头上就能放下大约3000万个晶体管。还要注入光刻胶,并以超过30万千米每小时的离子流速度进行电场加速,改变硅的导电性。这才算真正意义上的“晶体管”。

9、进行“晶圆”切片,切成一块块的硅模具,然后电镀一层硫酸铜,将铜离子沉积在到晶体管上,形成一个薄薄的铜层,随后进行抛光。

10、导线连接,不同晶体管之间形成复合互连金属层,六个晶体管的组合,大约500纳米,完成之后,芯片虽然看起来很光滑,其实里面可能包含有20多层的复杂电路,如同高架桥一样。

这一工作做完,芯片就基本上制作完成,剩下就是复杂的检测工作,最后刻下LOGO,打包进入市场。

需要说明的是,从一块石头到一块CUP,国外不伙虽然展示的细节并不多,但一块高端的CPU并非如此简单,从第9步开始,他使用的是传统锡焊连接方式,最后功能怎么样,不得而知,毕竟光刻机不是随便什么人都能有的。

一块指甲盖大小的芯片,上面却有数公里的导线,几千万甚至上亿根晶体管,光氧化、光刻、离子注入这些都不是小技术。普通人更是无法理解,1纳米差不多是1/100000的头发丝的空间里是怎么做到能放这么多东西的。

从这方面来说,CPU的制作不仅仅是人类掌握了光电的秘密,从更深层的意义上说,几十亿年来,人类对光的理解都是看不见摸不着,而如今人类却可以把光当做刻刀,为自己所用,这是人类所跨出的一大步,而这一步可能还只是开头。

所以,把一颗石头变得会思考,CPU绝对是人类技术上的巅峰创造,人类实现了从无到有,从有到无限的大的新可能,为人类未来创造新物质,甚至新生命提供了核心动力。

CPU制造的知识难点:是集人类之大成

毫不夸张的说,没有任何一个国家能独立做出一颗CPU。因为CPU制作中的每一步都需要不同难点,而这些难点甚至无法给出合理的解释。

光刻,光刻机类似激光打印机,只不过光刻印的不是纸,而是电子元件。采用的镜头,高达2米,直径1米,甚至更大,ASML光刻机的精密程度达到100纳米,而头发丝的直径是30000-50000纳米。然而光刻机被荷兰掌握,几千万美元一台,还要排队。

很难想象,一个纳米级表面沟道里,有着影响整个人类现代文明的产物。

光刻胶:光刻胶就像是防晒霜,没有抹防晒霜的地方会被晒到,作为光刻工艺中用来抗腐蚀的涂层材料,它对刻蚀精度至关重要 ,一步出了岔子,直接报废。而这个东西,目前被日本所垄断,美国人都没办法。

离子膜:CPU内部线路层层叠加,又只有头发丝的几百分之一大小,金属原子要一个个的散落在十万数百万甚至数亿的量级的线路上,形成一层层的导电层,厚度变化要控制在几个埃之内,可以想象多精密。

研磨:导电层弄完了,厚度不一致的膜,还要磨掉,有多难让离子附上去,就有多难磨掉。

注入:注入是整个芯片制作过程中最为关键的一步,电荷多寡需要设计出不同的电压器件,注入的剂量,角度,这些外界更无从所得,这个步骤里不同离子还要分开,避免污染。

量测:纳米级的东西,不像毫米,每一个部位的厚度,宽度,直径,都是要控制。

设计:CPU内部就像一个缩小版的城市,每一个“道路”,每一栋“房子”,都要经过起上万亿次使用而不出问题,而它们还要控制上头发丝的几百分一的大小,还要连接金属导线。

另外:生产CPU的机器,每一台都的耗电量就是上百万瓦,相当于一个小型发电站,台积电就因为用电问题和台湾当局有过协商,而且一个制作芯片的厂家,从机器到工程师到生产工人,前前后后花花费上百亿的资金。

这些都是CPU或者芯片制造过程中要解决的难题,不是光靠精密的数控技术就能解决的,有来自基础物理的限制,有量子力学的限制,甚至有来自人类想象力的限制。

在芯片制作领域依然有许多人类无法解释的现象,只知道可以做出来,但并不能用目前的知识来分析来解释,就像古人知道火能干什么,但并不知道如何产生火一样。

就比如:静电释放(ESD),随着芯片越来越小,芯片内部的静电释放如同闪电一样,让人无法预测,虽然如今的芯片都有设计的ESD保护模块,但是依然有大量ESD失效的案例发生。

人们的解决办法就是,先用着,用着用着就懂了,以后再来探索,一直都是人类在求知上的逻辑,这也是为什么说理论来实践是相互依存的关系。

为什么说CPU是人造物的巅峰?

在过去200年里,人类最重要的发明是什么?

蒸汽机?电灯?火箭?原子弹?这些可能都不是,是晶体管,这个小东西让三个人获得诺贝尔物理学奖,被誉为“20世纪最伟大的发明”。

1948年,贝尔实验室发明了晶体管,但他们并没有想到,他们能成就了“硅谷”,成就现代计算机。从而有了“一个人干几个人的活”这种事发生。

一生二,二生三,三生万物,晶体管的出现为集成电路、芯片的产生奠定了基础。而CPU让电路能够计算,更重要的是存储和记忆,这两个只有生物只有的功能。

值得一提的是:CPU目前的发展过程和地球生命的诞生很相似。

地球在37亿年前就诞生生命,在这部分时间里,地球处于单细胞微生物的时代,直到人类的诞生后,一世纪以前,电的发明,让人类学会了发射无线电信号。

也是在这个时期,人类发明了原始的CPU,这时的CPU就像一个单细胞生物,无法发送无线电信号,也不能跟别的生物交谈,只以进行快在速的搬运和计算,受人类这个物种支配。但是,在未来了?

总有一句话说,人类是外星文明创造的实验品,那么现在的CPU在未来是否能成为现在的“人类”?

这是很让人细思极恐的一件事,却足以说明CPU的强大,当然,目前的CPU还远远不够。

摩尔定律告诉我们,当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。

一个硅原子直径大约只是0.2纳米,那么,以后更小的晶体管器件必定会生产,那么整个行业,整个人类社会,将会有更多改变和未知数。

所以,无论是从技术层面,还是人类所掌握的知识层来来说,CPU地目前,乃至将来,都是人造物的巅峰,除非未来量子领域出现更优良的替代品。

写在最后:

CPU的出现,改变了人们的生活习惯,也为加速了人类探索宇宙,寻求知识的速度,未来的芯片将会越来越小,需要的技术越来越难以理解。

所幸的是,在半导体领域我国虽然起步晚,但也做得非常出色,摆正了姿态,将来拥有自己的芯片,迟早的事。

搜索建议:
热博

 美丽的龙潭山小学作文

美丽的龙潭山小学作文无论在学习、工作或是生活中,大家都有写作文的经历,对作文很是熟悉吧,作文要求篇章结构完整,一定要避免无结尾作文的出现。那么,怎么去写作文呢?...(展开)