CPU是普通人能接触到的人工制品的顶峰。生产CPU的高端光刻机,世界上没有一个国家能单独制造,所以集合了世界上很多国家最先进的技术成果制造的高端光刻机,可以说高科技程度与地球的产物完全不同。
此外,CPU的制造工具光刻机也是人类当今先进科技的结晶。不仅仅只有手机和电脑中有CPU,像汽车,飞机,舰船,卫星等这些设备中也有CPU,几乎如今所享受到科技带来的便捷离开了CPU就运行不了,而芯片则是众多科技的结晶。
半导体芯片生产技术涉及了材料学+化学+物理+光学+自动化等诸多领域。当然了,很多产品都可能涉及了众多领域,但大部分民用产品都不需要每一项都做到极端。而半导体芯片都需要用到各个领域最高端的天顶星技术。
半导体芯片基本都是建立在硅晶圆的基础之上的。虽然都说晶圆是沙子造的,但沙子到芯片需要动用人类所能做到的最高材料提纯技术。首先石英砂与碳粉在电炉中加热,二氧化硅被还原得到粗硅。而后与氯气反应得到四氯化硅或者三氯氢硅,这两种硅的氯化物都是液体,对于液体,我们可以采用精馏的手段来进一步提纯。最后用高纯氢气还原得到高纯硅。得到高纯硅后,还需要拉出单晶硅棒。化学反应看上去很简单,但其实对于过程设备要求极高,需要避免一切可能存在的原子级污染。
硅晶圆目前还是人类所掌握的纯度最高表面最光滑的材料,纯度能达到99.999999999%,表面能做到原子级的光滑。为提高纯度而这么大费周章的材料,我们不自然的能想到的就是是核武器用的浓缩铀。同样需要超高纯度的还有生产用的各种气体,很多纯度要达到ppb以下。
目前芯片普遍采用的是铜互联工艺,简单来说就是在蚀刻出的沟槽中填满铜,然后采用化学机械研磨将多余的铜去除,沟槽内的铜形成了互联的导线,然后化学机械研磨用来去除多余的铜。通过研磨颗粒的机械作用将表面氧化铜去掉。最终能把厚度控制在几个纳米的范围内。也就是说几个原子层的浮动范围。而这一精度却是用宏观机台来实现的。有个很不恰当的比喻,好比是开着挖掘机用微型吸管吸出整个细胞核,同时不能破坏细胞其他结构。
CPU是人类数学、物理、化学研究的最高结晶:人类可以按照自己的意志,将物质的尺度控制在7nm的宽度,或者说,50个原子的宽度,并且,实现量产。这绝对是人类有史以来最黑的黑科技,没有之一。为了实现这样的黑科技,人类历史上最伟大的灵魂直接或间接的为之做出过巨大的贡献,他们包括但不限于:阿基米德、牛顿、爱因斯坦、高斯、法拉第、麦克斯韦、焦耳、安培、普朗克、薛定谔、玻尔、海森堡、傅里叶、拉普拉斯、图灵、冯诺依曼……
CPU还有一个伟大的地方就在它能够批量化生产,能够工业化生产,能够把价格降到你我都能享受的地步。而且,一颗CPU的商业化生产,需要全球化的产业链和消费市场。它背后所代表的一切,才是人类社会的巅峰。
一颗AMD Ryzen 9 3950X,利用7nm工艺汇聚16个物理核心、IO核心和外围元器件在一个四厘米见方的PCB上,用1331根针脚跟你PC上其他部件交互。它汇聚了多少个世界上最聪明的头头脑脑的智力成果,经过全球产业链的鼎力合作,到最后在淘宝和天猫上以5800元左右的价格让你能够购买,这本身是现代化工业流水线和国际贸易的产物,这才是CPU最伟大最巅峰的东西。
CPU的作用是空前强大的。CPU作为人类的第二大脑,帮助人类完成了这件事。把CPU放在工厂的机械臂上,机器人上,CPU可以24小时不停工,不停产,不感到厌烦的工作和生产,源源不断的产出GDP。CPU解放了人脑中所不愿意承担的工作:计算和重复。当这些被解放之后,人类会把大脑更多的运用在创造和发明上。推动社会更上一个台阶。所以,CPU应该就是人类最好的发明了,是人造物的巅峰。