为什么有人说CPU是人造物的巅峰?

莫宁_Morning


CPU是不是人造物的巅峰这个我不知道,我知道的是就目前来说从制造的工艺复杂度来说,在民用这个级别可以说是没有一个能够和CPU的复杂度能比较了,要说这是民用级别的造物巅峰是真的一点也不为过。废话不多说先放几张图看看。

上面这种图就是在特殊机器下透视的出来的结果,可以非常清晰的看见CPU内部的层状结构,越往下线宽越窄,越靠近器件层。这可是放大了几千倍才能看到的结果,你就想一下,在一个针尖大小的面积按照现在工艺可以放下3000个左右的mos管,可想而知这是一种多么复杂惊人的工艺水准,再来看下截面图

以上界面图是CPU的和讯截面图,大概有十层,其中最下层为器件层,即是MOSFET晶体管。而这些晶体管基本都是纳米级别的,想一想要在比指甲盖大的芯片上封装几亿个晶体管并且还要将这几亿个晶体管用铜线连接起来你就想想这是一个多么可怕的过程。先来看看我们人类是如何将自己的智慧去解决这么复杂的一项工程的。

CPU制作原理

按照CPU的制作工作原理,从沙子原料(石英)、硅锭、晶圆、光刻(平版印刷)、蚀刻、离子注入、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试与切割、核心封装、等级测试、这系列的过程只是一个大的过程,要是在细分其中的小工艺整个工艺过程都在几百个。

1.首先你的要熔炼硅,做成一个纯度达到99.99999%的硅锭,相当于一百万个硅原子中最多只能掺杂一个杂质,然后通过切割的方式会得到一个晶圆,也就是单个硅晶片。

但是你要看到的是下图当中的硅晶片其中有一个技术就是抛光,别说其他的技术就是这个抛光技术世界上也就那么几个国家能够掌握,其中我国也不具备。

2.下面即使光刻胶说白了就是在硅晶片上涂抹一层光刻胶,但是这个涂抹是非常有技术的,是非常薄的一层薄膜这个技术也是比较难掌握的。

3.光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下,变得可溶,期间发生的化学反应类似按下机械相机快门那一刻胶片的变化。掩模上印着预先设计好的电路图案,紫外线透过它照在光刻胶层上,就会形成微处理器的每一层电路图案。

4.使用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分,而剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。

5.紧接着就是粒子注入。也就是掺杂制作出PN节。有了这一步基本上一个mos管大概样的样子就形成了。

6.。在绝缘材(品红色)上蚀刻出三个孔洞,并填充铜,以便和其它晶体管互连。

最终在通过磨平将上面一层的铜层磨掉,一个真正的mos管就制作成功了。

7.在绝缘材(品红色)上蚀刻出三个孔洞,并填充铜,以便和其它晶体管互连。

8.然后再把各个晶体管连接起来,大约500纳米。在不同晶体管之间形成复合互连金属层,具体布局取决于相应处理器所需要的不同功能性。芯片表面看起来异常平滑,但事实上可能包含复杂的电路,放大之后可以看到极其复杂的电路网络,形如未来派的多层高速公路系统。

以上的步骤只是个大概的流程,其中一些流程要反复的光刻和蚀刻,还有线路的连接要反复的基层互相之间一层一层进行连接。可见这是一个多复杂的过程,可怕的是每个MOS管都是纳米级别的,小到只能显微镜可能才能看见。

工艺多复杂

上面只是涉及到了很小一部分的生产工艺过程,先不说里面的涉及到的制作技术,就说生产制造的设备光刻机这个永久的话题,目前来说靠一个国家的力量是难以突破的。AMSL能够造出这样的怪物机器也是集成了多个国家的技术以及各种专利,是好多个巨头公司联合投资才搞出来的一种顶尖设备,单靠任何一个国家的技术储备都无法实现。

就是其中各种几个原子层厚度的工艺技术也不是谁都能随便搞定的。

因此不论是从工艺的复杂度和各种制造的复杂度来说,CPU简直就是目前人类在极小制造业的巅峰之作,也是民用级别里面的巅峰产物,可以说是目前聚集了人类的各种学科范畴的顶尖理论研究成果的产物。


程序小崔


CPU之所以被称之为人造物的巅峰,是因为生产CPU的高端光刻机是世界上任何一个国家无法单独制造出来的,集合了世界上多个国家最先进的技术成果一起制造出来的高端光刻机,其高科技程度可以说完全不似地球产物。

量产光刻机生产企业全球只有三家

荷兰的ASML,日本的尼康和佳能是全球量产光刻机的厂家,其中ASML生产高端光刻机,尼康和佳能主攻低端市场。中国也已经有了自己的光刻机产品,但是与高端光刻机差距较大。



ASML的光刻机产品由德国提供机械工艺,美国提供光源,德国蔡司提供镜头,欧美技术支撑为背景,可以说是整个世界上最先进的技术成果,包括三星,台积电,英特尔,中芯国际等全球大型芯片生产企业都主要购买ASML的产品。

基本上高端光刻机市场被ASML垄断,英特尔为了避免ASML一家独大,一直在扶持尼康,尼康在中高端光刻机市场的份额也在逐渐加大。

CPU是如何制造出来的呢?

大家都知道CPU是由沙子为原材料制造出来的,沙子在地球上的资源是非常多的,为什么CPU还卖那么贵呢?



主要在于生产CPU过程十分复杂,需要先将沙子提炼成硅,再将硅进行处理提纯并最终达到99.9999%的纯度,然后制造成单晶硅锭,将其进行切割成片,然后进行研磨直至达到无缺陷的表层,这个就完成了基本的硅晶片。

对硅晶片表层刷光刻胶,使用紫外线对其进行曝光,曝光后进行显影溶胶,使用化学药剂按设计电路进行腐蚀刻,清除多余光刻胶,反复重复过程最终得晶体管,将离子注入清楚杂质,经过清理和绝缘处理,开始构建各晶体管之间的电路,基本上晶圆完整生产过程大致就是这样。



完成后还需要对晶圆进行切割,测试,装片和封装,完成后进行测试,优质的为高端CPU,劣质的为低端CPU,所以市场上高中低端CPU,其实都是一块晶圆中生产出来的。

总的来说,CPU确实可以称之为现今人造物的巅峰,但是科技是在不断发展之中,也许不久将来会有新的科技产品超越CPU。

以上仅个人浅见,欢迎指正探讨,如果你喜欢我的回答,请点赞,谢谢!


电脑优分享


这个有点武断了!人类一直在创造巅峰,又在一次次的冲破巅峰。比如最近我国就利用量子纠缠技术创造了墨子号,实现了量子领域的通信,这不是一个巅峰吗?就好比前不久谷歌首次发布量子计算机实现的量子运算规模,不都是一次次的在冲破巅峰吗?CPU只能代表一个时代的产物,并不是巅峰。人类没有巅峰,因为人类永远都在探索的路上。


科学异术家


巅峰是我们共同抗衡的起点,所谓翻过这做山,就是我们在心里搏击的根源。


七章法之di


CPU其实是个系统工程,不是单一科技产品,每个环节要求都很高,都有科技含量,你看那个国家有能力完全不与人合作作出高质量的芯片的?


抽筋到天明


因为cpu普通路边小黑作仿山寨不出来。


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