說人造物的巔峰都小了，如果你能搞出CPU，你活著上CCTV，老了扶著上CCTV，死了100年還在上CCTV，你的名字會(huì)出現(xiàn)在99％的教材中，逢高考數(shù)理化必考你，詩歌小說舞蹈說的都是你，什么大V、明星、富豪在你面前都不敢大聲喘氣，你的老家說成為愛國教育基地，你家祖墳會(huì)成為風(fēng)水寶地，甚至你出生時(shí)有金龍從天而降的傳說流傳千年，從此以后，美國再敢說什么，直接把你的名字搬出來，勝過千言萬語。

當(dāng)然，這些都是臆想，唯一的的目的就是我想說，CPU是目前人類智慧及技術(shù)所能制造的最頂端的時(shí)代產(chǎn)物，CPU讓人類文明發(fā)生跨越，是人類的第二個(gè)大腦。

如果說印刷術(shù)的發(fā)明，讓人類活得像個(gè)人，那么光刻CPU的發(fā)明，將人類推到了神的位置。

對(duì)于普通人來說，要說清楚CPU或者是芯片的制造，無疑是“紙上談兵”，很難以用語言來表述，當(dāng)然，我也說清，因?yàn)镃PU涉及到物理學(xué)、材料學(xué)、光學(xué)、量子力學(xué)、微電子、統(tǒng)計(jì)學(xué)等人類最前沿的知識(shí)科學(xué)。

CPU制造的技術(shù)流程：是人類所創(chuàng)造體積最小，工藝最為復(fù)雜的物體

眾所周知，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中使用最多的是硅元素，而硅也是制作集成電路的最優(yōu)秀的原材料，CPU制作的原材料也是硅元素。

網(wǎng)上有很多CPU的生產(chǎn)流程，為了方便大家能看得懂，借鑒國外小伙手工打造CPU的流程圖。

1、這位小伙子在野外撿了一塊石頭，然后把石頭弄成粉末。

2，因?yàn)槭^的主要成份就是二氧化硅，碳酸鈣等，石頭弄成粉末后，你就得到了純度高達(dá)98%的二氧化硅，但是，這時(shí)的二氧化硅并不是單晶硅，因?yàn)槠骄?00萬個(gè)硅原子中就有有一個(gè)雜質(zhì)原子。

3、進(jìn)行提純，將二氧化硅加熱到1600-1800℃，使其成為固定形態(tài)的單晶硅，學(xué)名電子級(jí)硅，繼續(xù)用氯化氫進(jìn)行提純，使其純度成為達(dá)到99.99%的多晶硅，然后繼續(xù)這個(gè)工作，直到獲得99.9999999%多晶硅金屬。

4、把你得到的多晶硅錠放入坩堝中，將其加熱到1424.85攝氏度，取一點(diǎn)單晶硅放入熔化后的硅液中，然后，慢慢地拉動(dòng)單晶硅，一邊拉一邊冷卻，你就會(huì)得到一個(gè)“錐柱體”。

5、使用金剛石鋸，將這個(gè)“錐柱體”的硅錠進(jìn)行切片，通常是1mm厚的圓片，你就得到了晶圓。一般工廠里生產(chǎn)的晶圓直徑越大，說明技術(shù)越好。Intel當(dāng)初使用的晶圓尺寸有2英寸/50毫米。

6、買一瓶光刻膠，又稱光致抗蝕劑倒在硅晶圓上，是光刻工藝中用來抗腐蝕的涂層材料，相當(dāng)于“防曬霜”作用，把光刻膠對(duì)晶圓表面進(jìn)行清洗和拋光。

7、用一塊有電路圖案的光刻石英掩模，并向這塊光刻石照一束激光，電路圖案就會(huì)被刻到晶圓上。

8、光刻以后，在光刻膠的影響下，被光遮罩產(chǎn)生的陰影部分會(huì)使硅晶圓表面形成化學(xué)變化，出現(xiàn)高低不平的狀態(tài)，用酸來腐蝕掉，直到得到有“晶體管”的“晶圓”。

其實(shí)這個(gè)過程，并非如此簡單，在英特爾的生產(chǎn)流程中，光刻機(jī)還要進(jìn)入納米級(jí)制作晶體管，一個(gè)針頭上就能放下大約3000萬個(gè)晶體管。還要注入光刻膠，并以超過30萬千米每小時(shí)的離子流速度進(jìn)行電場加速，改變硅的導(dǎo)電性。這才算真正意義上的“晶體管”。

9、進(jìn)行“晶圓”切片，切成一塊塊的硅模具，然后電鍍一層硫酸銅，將銅離子沉積在到晶體管上，形成一個(gè)薄薄的銅層，隨后進(jìn)行拋光。

10、導(dǎo)線連接，不同晶體管之間形成復(fù)合互連金屬層，六個(gè)晶體管的組合，大約500納米，完成之后，芯片雖然看起來很光滑，其實(shí)里面可能包含有20多層的復(fù)雜電路，如同高架橋一樣。

這一工作做完，芯片就基本上制作完成，剩下就是復(fù)雜的檢測(cè)工作，最后刻下LOGO，打包進(jìn)入市場。

需要說明的是，從一塊石頭到一塊CUP，國外不伙雖然展示的細(xì)節(jié)并不多，但一塊高端的CPU并非如此簡單，從第9步開始，他使用的是傳統(tǒng)錫焊連接方式，最后功能怎么樣，不得而知，畢竟光刻機(jī)不是隨便什么人都能有的。

一塊指甲蓋大小的芯片，上面卻有數(shù)公里的導(dǎo)線，幾千萬甚至上億根晶體管，光氧化、光刻、離子注入這些都不是小技術(shù)。普通人更是無法理解，1納米差不多是1/100000的頭發(fā)絲的空間里是怎么做到能放這么多東西的。

從這方面來說，CPU的制作不僅僅是人類掌握了光電的秘密，從更深層的意義上說，幾十億年來，人類對(duì)光的理解都是看不見摸不著，而如今人類卻可以把光當(dāng)做刻刀，為自己所用，這是人類所跨出的一大步，而這一步可能還只是開頭。

所以，把一顆石頭變得會(huì)思考，CPU絕對(duì)是人類技術(shù)上的巔峰創(chuàng)造，人類實(shí)現(xiàn)了從無到有，從有到無限的大的新可能，為人類未來創(chuàng)造新物質(zhì)，甚至新生命提供了核心動(dòng)力。

CPU制造的知識(shí)難點(diǎn)：是集人類之大成

毫不夸張的說，沒有任何一個(gè)國家能獨(dú)立做出一顆CPU。因?yàn)镃PU制作中的每一步都需要不同難點(diǎn)，而這些難點(diǎn)甚至無法給出合理的解釋。

光刻，光刻機(jī)類似激光打印機(jī)，只不過光刻印的不是紙，而是電子元件。采用的鏡頭，高達(dá)2米，直徑1米，甚至更大，ASML光刻機(jī)的精密程度達(dá)到100納米，而頭發(fā)絲的直徑是30000-50000納米。然而光刻機(jī)被荷蘭掌握，幾千萬美元一臺(tái)，還要排隊(duì)。

很難想象，一個(gè)納米級(jí)表面溝道里，有著影響整個(gè)人類現(xiàn)代文明的產(chǎn)物。

光刻膠：光刻膠就像是防曬霜，沒有抹防曬霜的地方會(huì)被曬到，作為光刻工藝中用來抗腐蝕的涂層材料，它對(duì)刻蝕精度至關(guān)重要 ，一步出了岔子，直接報(bào)廢。而這個(gè)東西，目前被日本所壟斷，美國人都沒辦法。

離子膜：CPU內(nèi)部線路層層疊加，又只有頭發(fā)絲的幾百分之一大小，金屬原子要一個(gè)個(gè)的散落在十萬數(shù)百萬甚至數(shù)億的量級(jí)的線路上，形成一層層的導(dǎo)電層，厚度變化要控制在幾個(gè)埃之內(nèi)，可以想象多精密。

研磨：導(dǎo)電層弄完了，厚度不一致的膜，還要磨掉，有多難讓離子附上去，就有多難磨掉。

注入：注入是整個(gè)芯片制作過程中最為關(guān)鍵的一步，電荷多寡需要設(shè)計(jì)出不同的電壓器件，注入的劑量，角度，這些外界更無從所得，這個(gè)步驟里不同離子還要分開，避免污染。

量測(cè)：納米級(jí)的東西，不像毫米，每一個(gè)部位的厚度，寬度，直徑，都是要控制。

設(shè)計(jì)：CPU內(nèi)部就像一個(gè)縮小版的城市，每一個(gè)“道路”，每一棟“房子”，都要經(jīng)過起上萬億次使用而不出問題，而它們還要控制上頭發(fā)絲的幾百分一的大小，還要連接金屬導(dǎo)線。

另外：生產(chǎn)CPU的機(jī)器，每一臺(tái)都的耗電量就是上百萬瓦，相當(dāng)于一個(gè)小型發(fā)電站，臺(tái)積電就因?yàn)橛秒妴栴}和臺(tái)灣當(dāng)局有過協(xié)商，而且一個(gè)制作芯片的廠家，從機(jī)器到工程師到生產(chǎn)工人，前前后后花花費(fèi)上百億的資金。

這些都是CPU或者芯片制造過程中要解決的難題，不是光靠精密的數(shù)控技術(shù)就能解決的，有來自基礎(chǔ)物理的限制，有量子力學(xué)的限制，甚至有來自人類想象力的限制。

在芯片制作領(lǐng)域依然有許多人類無法解釋的現(xiàn)象，只知道可以做出來，但并不能用目前的知識(shí)來分析來解釋，就像古人知道火能干什么，但并不知道如何產(chǎn)生火一樣。

就比如：靜電釋放（ESD），隨著芯片越來越小，芯片內(nèi)部的靜電釋放如同閃電一樣，讓人無法預(yù)測(cè)，雖然如今的芯片都有設(shè)計(jì)的ESD保護(hù)模塊，但是依然有大量ESD失效的案例發(fā)生。

人們的解決辦法就是，先用著，用著用著就懂了，以后再來探索，一直都是人類在求知上的邏輯，這也是為什么說理論來實(shí)踐是相互依存的關(guān)系。

為什么說CPU是人造物的巔峰？

在過去200年里，人類最重要的發(fā)明是什么？

蒸汽機(jī)？電燈？火箭？原子彈？這些可能都不是，是晶體管，這個(gè)小東西讓三個(gè)人獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，被譽(yù)為“20世紀(jì)最偉大的發(fā)明”。

1948年，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管，但他們并沒有想到，他們能成就了“硅谷”，成就現(xiàn)代計(jì)算機(jī)。從而有了“一個(gè)人干幾個(gè)人的活”這種事發(fā)生。

一生二，二生三，三生萬物，晶體管的出現(xiàn)為集成電路、芯片的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。而CPU讓電路能夠計(jì)算，更重要的是存儲(chǔ)和記憶，這兩個(gè)只有生物只有的功能。

值得一提的是：CPU目前的發(fā)展過程和地球生命的誕生很相似。

地球在37億年前就誕生生命，在這部分時(shí)間里，地球處于單細(xì)胞微生物的時(shí)代，直到人類的誕生后，一世紀(jì)以前，電的發(fā)明，讓人類學(xué)會(huì)了發(fā)射無線電信號(hào)。

也是在這個(gè)時(shí)期，人類發(fā)明了原始的CPU，這時(shí)的CPU就像一個(gè)單細(xì)胞生物，無法發(fā)送無線電信號(hào)，也不能跟別的生物交談，只以進(jìn)行快在速的搬運(yùn)和計(jì)算，受人類這個(gè)物種支配。但是，在未來了？

總有一句話說，人類是外星文明創(chuàng)造的實(shí)驗(yàn)品，那么現(xiàn)在的CPU在未來是否能成為現(xiàn)在的“人類”？

這是很讓人細(xì)思極恐的一件事，卻足以說明CPU的強(qiáng)大，當(dāng)然，目前的CPU還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

摩爾定律告訴我們，當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。

一個(gè)硅原子直徑大約只是0.2納米，那么，以后更小的晶體管器件必定會(huì)生產(chǎn)，那么整個(gè)行業(yè)，整個(gè)人類社會(huì)，將會(huì)有更多改變和未知數(shù)。

所以，無論是從技術(shù)層面，還是人類所掌握的知識(shí)層來來說，CPU地目前，乃至將來，都是人造物的巔峰，除非未來量子領(lǐng)域出現(xiàn)更優(yōu)良的替代品。

寫在最后：

CPU的出現(xiàn)，改變了人們的生活習(xí)慣，也為加速了人類探索宇宙，尋求知識(shí)的速度，未來的芯片將會(huì)越來越小，需要的技術(shù)越來越難以理解。

所幸的是，在半導(dǎo)體領(lǐng)域我國雖然起步晚，但也做得非常出色，擺正了姿態(tài)，將來擁有自己的芯片，遲早的事。