為什么有人說CPU是人造物的巔峰?

CPU是不是人造物的巔峰這個我不知道,我知道的是就目前來說從制造的工藝復雜度來說,在民用這個級別可以說是沒有一個能夠和CPU的復雜度能比較了,要說這是民用級別的造物巔峰是真的一點也不為過。廢話不多說先放幾張圖看看。

上面這種圖就是在特殊機器下透視的出來的結果,可以非常清晰的看見CPU內部的層狀結構,越往下線寬越窄,越靠近器件層。這可是放大了幾千倍才能看到的結果,你就想一下,在一個針尖大小的面積按照現在工藝可以放下3000個左右的mos管,可想而知這是一種多么復雜驚人的工藝水準,再來看下截面圖

以上界面圖是CPU的和訊截面圖,大概有十層,其中最下層為器件層,即是MOSFET晶體管。而這些晶體管基本都是納米級別的,想一想要在比指甲蓋大的芯片上封裝幾億個晶體管并且還要將這幾億個晶體管用銅線連接起來你就想想這是一個多么可怕的過程。先來看看我們人類是如何將自己的智慧去解決這么復雜的一項工程的。

CPU制作原理

按照CPU的制作工作原理,從沙子原料(石英)、硅錠、晶圓、光刻(平版印刷)、蝕刻、離子注入、金屬沉積、金屬層、互連、晶圓測試與切割、核心封裝、等級測試、這系列的過程只是一個大的過程,要是在細分其中的小工藝整個工藝過程都在幾百個。

1.首先你的要熔煉硅,做成一個純度達到99.99999%的硅錠,相當于一百萬個硅原子中最多只能摻雜一個雜質,然后通過切割的方式會得到一個晶圓,也就是單個硅晶片。

但是你要看到的是下圖當中的硅晶片其中有一個技術就是拋光,別說其他的技術就是這個拋光技術世界上也就那么幾個國家能夠掌握,其中大陸也不具備。

2.下面即使光刻膠說白了就是在硅晶片上涂抹一層光刻膠,但是這個涂抹是非常有技術的,是非常薄的一層薄膜這個技術也是比較難掌握的。

3.光刻膠層隨后透過掩模(Mask)被曝光在紫外線(UV)之下,變得可溶,期間發生的化學反應類似按下機械相機快門那一刻膠片的變化。掩模上印著預先設計好的電路圖案,紫外線透過它照在光刻膠層上,就會形成微處理器的每一層電路圖案。

4.使用化學物質溶解掉暴露出來的晶圓部分,而剩下的光刻膠保護著不應該蝕刻的部分。

5.緊接著就是粒子注入。也就是摻雜制作出PN節。有了這一步基本上一個mos管大概樣的樣子就形成了。

6.。在絕緣材(品紅色)上蝕刻出三個孔洞,并填充銅,以便和其它晶體管互連。

最終在通過磨平將上面一層的銅層磨掉,一個真正的mos管就制作成功了。

7.在絕緣材(品紅色)上蝕刻出三個孔洞,并填充銅,以便和其它晶體管互連。

8.然后再把各個晶體管連接起來,大約500納米。在不同晶體管之間形成復合互連金屬層,具體布局取決于相應處理器所需要的不同功能性。芯片表面看起來異常平滑,但事實上可能包含復雜的電路,放大之后可以看到極其復雜的電路網路,形如未來派的多層高速公路系統。

以上的步驟只是個大概的流程,其中一些流程要反復的光刻和蝕刻,還有線路的連接要反復的基層互相之間一層一層進行連接。可見這是一個多復雜的過程,可怕的是每個MOS管都是納米級別的,小到只能顯微鏡可能才能看見。

工藝多復雜

上面只是涉及到了很小一部分的生產工藝過程,先不說里面的涉及到的制作技術,就說生產制造的設備光刻機這個永久的話題,目前來說靠一個國家的力量是難以突破的。AMSL能夠造出這樣的怪物機器也是集成了多個國家的技術以及各種專利,是好多個巨頭公司聯合投資才搞出來的一種頂尖設備,單靠任何一個國家的技術儲備都無法實現。

就是其中各種幾個原子層厚度的工藝技術也不是誰都能隨便搞定的。

因此不論是從工藝的復雜度和各種制造的復雜度來說,CPU簡直就是目前人類在極小制造業的巔峰之作,也是民用級別里面的巔峰產物,可以說是目前聚集了人類的各種學科范疇的頂尖理論研究成果的產物。

50 条回复 A文章作者 M管理員
  1. 其實,芯片賣的好便宜啊?

  2. 這玩意可能在你們外行人眼中,顯得巧奪天工,神乎其技!其實在我們內行人眼中,也是一臉懵逼。。。

  3. 不要神化cpu,大陸沒有的都是神,被人卡脖子的項目都是圣!大陸的水稻能養活全大陸人不是技術嗎?

  4. 那么小零件是怎么裝上去的。

  5. 我們都28納米了,他們才5納米,我們領先他 23納米,華為萬歲

  6. 很好奇,芯片是怎么對人類的指令做出判斷的,

  7. 搞什么芯片,還是房地產賺錢,壟斷省事

  8. 其實CPU的構造很簡單,加工CPU的工藝原理上也很簡單,就是要做到的精度非常高,整體比較來講,還是戰斗機的發動機更難,就一個葉片來講,在上千度高溫條件下,葉片每立方厘米上承擔上噸的離心力,加工精度要求不比CPU差,大陸研發的只能正常運行幾百小時,俄羅斯上千小時,美國的達到了5000千小時以上,這個差距有點大

  9. 茅臺酒的釀造技術,是我們民族的基石,全人類科學技術的巔峰和智慧的結晶!是我們打敗美帝國主義的壓倒性武器!是人類歷史發展的方向盤!

  10. 也就移動設備罷了,軍用芯片70納米足矣,再說大陸不是不能造芯片,只是性能好壞而已,國家的心思都在軍工上,乘波體之類的東西才是難度最大的,這東西不是好壞的問題,而是沒有超級風洞群你根本弄不出來,沒有好芯片死不了人,沒有大殺器你則會被別人奴役