CPU，人造物巔峰？

說到cpu，我們並不陌生，但今天我聽到有人說cpu是人類製造的巔峰，我一開始還不信，一個小小的cpu，而且我的手機、電腦裡不都有嗎?它怎麼就成了人類製造的巔峰了?這小傢伙兒還成了精了？

但我看了資料之後就服了，我默默地獻上了我的膝蓋，首先拿長期被人嘲諷工藝製程已經落後的英特爾來說，14nm。那我們來找一個比較對象，近期十分熱門的新冠病毒來說，以新冠病毒為代表的病毒，其整體尺寸一般在30到80納米。而以14納米作為最小設計尺寸的電晶體。在一枚小小的CPU中有幾十億到幾百億個，與全人類數量在一個量級上。而且這些電晶體不是通過物理或化學反應批量生成的重複物。而是每一個都有特定設計以及明確功能的實體。他們是一個個被畫出來並精確的製造在矽晶圓上的。但如此精妙的東西不是有很多嗎？為什麼他被稱之為人類製造的巔峰？最讓人震撼的是在無數科學家與工程師的努力下，在波瀾壯闊的全人類產業鏈的共同合作下，這個人造物的巔峰。

其實。如果可以通過觀察設備看到其內部構造。你就能清晰地看到密集的線網，這些線網並不是一個平面，而是立體的。表示有n多層，這些連線的寬度僅僅是頭髮絲的幾1%粗細，他們所承載的信號與時序直接構成了你所使用的任何設備的。可是信息可聽信息一直咳以及可操作的體驗，包括你現在拿著手機看今日頭條，你看到的每一個字滑動的每一頁都是由他們所構建的。他們正在你手心中高速的運行，在構建這些線網的時候，用中線粒子轟擊金屬版金屬原子一個個的散落在晶片上，從而堆疊出一層薄如蟬翼的金屬。再通過複雜的工藝將其固化並刻蝕出想要的連接關係。上下聯線之間的絕緣層厚度是納米級的氧化物，他們負責讓上下層金屬不至於短路，聯網接口數是數10萬。數百萬甚至數億的量級，其中錯一個整個晶片失效。線網下面是集成電晶體，夠器件用於消費電子的功耗很低，進而額定電壓也很低，所以，勾到氧化物必須控制在幾十個元氧原子的厚度，還要保證其不發生量子隧穿等失效機構，並在負50°到120℃溫度範圍內正常工作。但超氧化物超薄氧化物又帶來了電晶體柵極與其寸的電容增大的弊端，這個電容在現實世界中小到跟不存在一樣，甚至在晶片級的微觀層面也是一個非常小的量級，但正是這個極小的電容卻直接決定了上億電晶體的開啟速度。進而決定了你打開微信地球畫面的持續時間也決定了你滑動手機的順滑程度，同時決定了你玩兒遊戲時所關於的幀率，還決定了你打開視頻解碼緩衝的時間。總之一切與運算速度有關的性能都直接受他影響，常人很難想像。一個納米級的多晶矽柵與其納米級的表面溝道之間的微乎其微。

晶片其實就是一個迷宮，這個迷宮岔路上億，但出口只有幾十個，這對工程學來說無異於在微觀層面構建一座城市，還要保證這座城市有序運轉，每一條道路每一棟房子都要經得起數千一詞使用而不出問題。一塊兒合格的晶片是沒有維修性的機，不能進行維修，因此它的壽命不在於你有多頻繁的使用。而是來自基礎物理的限制量子力學的限制他在傳統消費品起絨面意義幾乎是用不壞的當然晶片也是沒有山寨可言的特別是cpu你買到的麼因為想要他出功能，你必須把上述條件都滿足，這導致你山寨的成本遠遠高出自己，重新設計寫這個地球能做的也屈指可數，寫沒有任何一個國家能獨立做出一顆CPU，也包括美國。因為所有關鍵技術都分散在少數幾個國家手裡，而新技術還半導體晶片生產技術涉及了材料學，化學物理。光學自動化等諸多領域，很多產品都可能涉及諸多領域，但大部分民用產品都不需要每一項都做到極端，而半導體晶片都需要。用到各個領域最高端的技術，比如說材料提純半導體晶片，基本都是建立在矽晶圓的基礎之上的。雖然說晶圓是沙子到的，但沙子到晶片需要動用人類所能做到的最高材料提純技術。首先石英砂與碳粉在電路中加熱二氧化矽被還原得到粗矽，而後與氯氣反應得到四氯化矽或三氯氫矽，這兩種矽的氯化物都是液體。這與液體我們可以採用精餾的手段機來進一步加工，最後用高純氫氣還原得到高純矽，得到高純矽後還需要拉出單晶矽棒。化學反應看上去很簡單，但其實對於過程設備要求極高，需要避免一切存在的原子及汙染。所以矽晶圓達到了人類所掌握的純度最高，表面的光滑的材料。純度可以達到99.9999999%，還有生產用的各種氣體很多純度要達到ppb。去年日本對韓國進行制裁，其中很重要的一項就是停止供應氟化氫等高純氣體 ,氟化氫大家都能生產，但用到晶片生產級別的氣體都是在日本人的掌握中。然後光刻。大家印象中一旦拿到最先進的光刻機，我國的晶片技術就會突飛猛進，但事實並非如此，國內的圓晶廠 所用的光刻機跟臺積電的並沒有什麼差距，差距主要是在技術其實，如果將高精尖作為評判是否為巔峰的標準，那CPU其實離真正的巔峰還有一定距離。但是CPU厲害的地方就在於它能夠批量化生產，能夠工業化生產。並且能把價格降到任何人都能享用的地步，而且一喝CPU的商業化生產需要全球化的產業鏈和消費市場。他背後的一切才是人類社會的巔峰。

總之，CPU是人類數學物理化學研究的最高結晶，人類可以按照自己的意志將物質的尺寸控制在。七納米的寬度，或者說大約50個原子的寬度，並且可以實現量產。為了這樣的成就，人類歷史上很多偉大的人都為之。直接或間接地做過貢獻，比如牛頓，愛因斯坦，法拉第，波爾福利。馮諾依曼圖零安培等等等