為什麼有人說CPU是人造物的巅峰？

說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年還在上CCTV，你的名字會出現在99％的教材中，逢高考數理化必考你，詩歌小說舞蹈說的都是你，什麼大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，你家祖墳會成為風水寶地，甚至你出生時有金龍從天而降的傳說流傳千年，從此以後，美國再敢說什麼，直接把你的名字搬出來，勝過千言萬語。

當然，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所能制造的最頂端的時代産物，CPU讓人類文明發生跨越，是人類的第二個大腦。

如果說印刷術的發明，讓人類活得像個人，那麼光刻CPU的發明，将人類推到了神的位置。

對于普通人來說，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，當然，我也說清，因為CPU涉及到物理學、材料學、光學、量子力學、微電子、統計學等人類最前沿的知識科學。

衆所周知，半導體産業中使用最多的是矽元素，而矽也是制作集成電路的最優秀的原材料，CPU制作的原材料也是矽元素。

網上有很多CPU的生産流程，為了方便大家能看得懂，借鑒國外小夥手工打造CPU的流程圖。

1、這位小夥子在野外撿了一塊石頭，然後把石頭弄成粉末。

2，因為石頭的主要成份就是二氧化矽，碳酸鈣等，石頭弄成粉末後，你就得到了純度高達98%的二氧化矽，但是，這時的二氧化矽并不是單晶矽，因為平均每100萬個矽原子中就有有一個雜質原子。

3、進行提純，将二氧化矽加熱到1600-1800℃，使其成為固定形态的單晶矽，學名電子級矽，繼續用氯化氫進行提純，使其純度成為達到99.99%的多晶矽，然後繼續這個工作，直到獲得99.9999999%多晶矽金屬。

4、把你得到的多晶矽錠放入坩埚中，将其加熱到1424.85攝氏度，取一點單晶矽放入熔化後的矽液中，然後，慢慢地拉動單晶矽，一邊拉一邊冷卻，你就會得到一個“錐柱體”。

5、使用金剛石鋸，将這個“錐柱體”的矽錠進行切片，通常是1mm厚的圓片，你就得到了晶圓。一般工廠裡生産的晶圓直徑越大，說明技術越好。Intel當初使用的晶圓尺寸有2英寸/50毫米。

6、買一瓶光刻膠，又稱光緻抗蝕劑倒在矽晶圓上，是光刻工藝中用來抗腐蝕的塗層材料，相當于“防曬霜”作用，把光刻膠對晶圓表面進行清洗和抛光。

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，電路圖案就會被刻到晶圓上。

8、光刻以後，在光刻膠的影響下，被光遮罩産生的陰影部分會使矽晶圓表面形成化學變化，出現高低不平的狀态，用酸來腐蝕掉，直到得到有“晶體管”的“晶圓”。

其實這個過程，并非如此簡單，在英特爾的生産流程中，光刻機還要進入納米級制作晶體管，一個針頭上就能放下大約3000萬個晶體管。還要注入光刻膠，并以超過30萬千米每小時的離子流速度進行電場加速，改變矽的導電性。這才算真正意義上的“晶體管”。

9、進行“晶圓”切片，切成一塊塊的矽模具，然後電鍍一層硫酸銅，将銅離子沉積在到晶體管上，形成一個薄薄的銅層，随後進行抛光。

10、導線連接，不同晶體管之間形成複合互連金屬層，六個晶體管的組合，大約500納米，完成之後，芯片雖然看起來很光滑，其實裡面可能包含有20多層的複雜電路，如同高架橋一樣。

這一工作做完，芯片就基本上制作完成，剩下就是複雜的檢測工作，最後刻下LOGO，打包進入市場。

需要說明的是，從一塊石頭到一塊CUP，國外不夥雖然展示的細節并不多，但一塊高端的CPU并非如此簡單，從第9步開始，他使用的是傳統錫焊連接方式，最後功能怎麼樣，不得而知，畢竟光刻機不是随便什麼人都能有的。

一塊指甲蓋大小的芯片，上面卻有數公裡的導線，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。普通人更是無法理解，1納米差不多是1/100000的頭發絲的空間裡是怎麼做到能放這麼多東西的。

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，人類對光的理解都是看不見摸不着，而如今人類卻可以把光當做刻刀，為自己所用，這是人類所跨出的一大步，而這一步可能還隻是開頭。

所以，把一顆石頭變得會思考，CPU絕對是人類技術上的巅峰創造，人類實現了從無到有，從有到無限的大的新可能，為人類未來創造新物質，甚至新生命提供了核心動力。

毫不誇張的說，沒有任何一個國家能獨立做出一顆CPU。因為CPU制作中的每一步都需要不同難點，而這些難點甚至無法給出合理的解釋。

光刻，光刻機類似激光打印機，隻不過光刻印的不是紙，而是電子元件。采用的鏡頭，高達2米，直徑1米，甚至更大，ASML光刻機的精密程度達到100納米，而頭發絲的直徑是30000-50000納米。然而光刻機被荷蘭掌握，幾千萬美元一台，還要排隊。

很難想象，一個納米級表面溝道裡，有着影響整個人類現代文明的産物。

光刻膠：光刻膠就像是防曬霜，沒有抹防曬霜的地方會被曬到，作為光刻工藝中用來抗腐蝕的塗層材料，它對刻蝕精度至關重要 ，一步出了岔子，直接報廢。而這個東西，目前被日本所壟斷，美國人都沒辦法。

離子膜：CPU内部線路層層疊加，又隻有頭發絲的幾百分之一大小，金屬原子要一個個的散落在十萬數百萬甚至數億的量級的線路上，形成一層層的導電層，厚度變化要控制在幾個埃之内，可以想象多精密。

研磨：導電層弄完了，厚度不一緻的膜，還要磨掉，有多難讓離子附上去，就有多難磨掉。

注入：注入是整個芯片制作過程中最為關鍵的一步，電荷多寡需要設計出不同的電壓器件，注入的劑量，角度，這些外界更無從所得，這個步驟裡不同離子還要分開，避免污染。

量測：納米級的東西，不像毫米，每一個部位的厚度，寬度，直徑，都是要控制。

設計：CPU内部就像一個縮小版的城市，每一個“道路”，每一棟“房子”，都要經過起上萬億次使用而不出問題，而它們還要控制上頭發絲的幾百分一的大小，還要連接金屬導線。

另外：生産CPU的機器，每一台都的耗電量就是上百萬瓦，相當于一個小型發電站，台積電就因為用電問題和台灣當局有過協商，而且一個制作芯片的廠家，從機器到工程師到生産工人，前前後後花花費上百億的資金。

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

在芯片制作領域依然有許多人類無法解釋的現象，隻知道可以做出來，但并不能用目前的知識來分析來解釋，就像古人知道火能幹什麼，但并不知道如何産生火一樣。

就比如：靜電釋放（ESD），随着芯片越來越小，芯片内部的靜電釋放如同閃電一樣，讓人無法預測，雖然如今的芯片都有設計的ESD保護模塊，但是依然有大量ESD失效的案例發生。

人們的解決辦法就是，先用着，用着用着就懂了，以後再來探索，一直都是人類在求知上的邏輯，這也是為什麼說理論來實踐是相互依存的關系。

在過去200年裡，人類最重要的發明是什麼？

蒸汽機？電燈？火箭？原子彈？這些可能都不是，是晶體管，這個小東西讓三個人獲得諾貝爾物理學獎，被譽為“20世紀最偉大的發明”。

1948年，貝爾實驗室發明了晶體管，但他們并沒有想到，他們能成就了“矽谷”，成就現代計算機。從而有了“一個人幹幾個人的活”這種事發生。

一生二，二生三，三生萬物，晶體管的出現為集成電路、芯片的産生奠定了基礎。而CPU讓電路能夠計算，更重要的是存儲和記憶，這兩個隻有生物隻有的功能。

值得一提的是：CPU目前的發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，在這部分時間裡，地球處于單細胞微生物的時代，直到人類的誕生後，一世紀以前，電的發明，讓人類學會了發射無線電信号。

也是在這個時期，人類發明了原始的CPU，這時的CPU就像一個單細胞生物，無法發送無線電信号，也不能跟别的生物交談，隻以進行快在速的搬運和計算，受人類這個物種支配。但是，在未來了？

總有一句話說，人類是外星文明創造的實驗品，那麼現在的CPU在未來是否能成為現在的“人類”？

這是很讓人細思極恐的一件事，卻足以說明CPU的強大，當然，目前的CPU還遠遠不夠。

摩爾定律告訴我們，當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也将提升一倍。

一個矽原子直徑大約隻是0.2納米，那麼，以後更小的晶體管器件必定會生産，那麼整個行業，整個人類社會，将會有更多改變和未知數。

所以，無論是從技術層面，還是人類所掌握的知識層來來說，CPU地目前，乃至将來，都是人造物的巅峰，除非未來量子領域出現更優良的替代品。

寫在最後：

CPU的出現，改變了人們的生活習慣，也為加速了人類探索宇宙，尋求知識的速度，未來的芯片将會越來越小，需要的技術越來越難以理解。

所幸的是，在半導體領域我國雖然起步晚，但也做得非常出色，擺正了姿态，将來擁有自己的芯片，遲早的事。