如何把一块石头变成CPU？国外小伙称自己将解决全球芯片荒

大数据文摘授权转载自AI科技大本营

作者 | 吴彤  编辑 | 青暮

CPU是拿什么做的？

答案只有一个字：

硅从哪里来？

行了，就两个重点：岩石、高温。

国外的一个小伙看后马上踏上了自己制造CPU的旅程。

小伙夸下海口，我能用石头做！

从一颗石头开始制作CPU，想法来自小伙对时代的思考：为什随着高科技不断涌现，我们却失去了创造事物的能力？

但是CPU被称为“世界上唯一无法山寨的东西”，制造过程代表当今世界科技发展的最高水平，制造过程包含选取原料沙子(石英)、提纯成硅锭、晶圆、光刻、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、等级测试等基本步骤，真能被复刻出来？

且不论现在的纳米级CPU，只要小伙能造出来，我就敬上一声大佬！

但是到底是怎么做的呢，似乎他真的想把我们教会。

第一步、从捡石头开始。

第二步、砸石头。

第三步、不停地砸，终于你将拥有一份 98% 浓度的二氧化硅。

这还不够，还要提纯，只有当硅被纯化到纯度为99.9999999％时，它才真正现出原形。

这是99.9%纯度的二氧化硅，看上去像酸奶质地。

再纯！再纯！纯至99.9999999%的多晶硅金属，变成了一块银晃晃的东西--硅锭。

但此时的硅锭还是多晶态形式，变成单晶态才能用。

下一步就是将多晶硅锭放入坩埚中，将硅锭加热至 1698 °K。

随后，小伙取出一颗单晶“种子”，把它浸到熔融硅的大桶中。

在这个过程中，多晶硅体围着这颗单晶种生长，直到形成一个几近完美的单晶硅。简直就是“先富带动后富”的典型啊！

随后慢慢把晶体拉出来，等待冷却后，一个纯硅单晶出炉！当当当当~

看这摆盘！

第一阶段-- 硅提纯收工！开始第二阶段：切割芯片基座--晶圆

所谓的“切割晶圆”也就是从单晶硅棒上切割下一片事先确定规格的硅晶片，并将其划分成多个细小的区域，每个区域都将成为一个CPU的内核。一般来说，晶圆切得越薄，相同量的硅材料能够制造的CPU成品就越多。

切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕，已经能清晰地照出猫咪的样子！

那么现在，就有了最原始的新切割硅片。

之后再选择性地用硼、磷或者其他掺杂剂掺杂。

小伙表示，为了省钱，打算再开一条生产线，在火柴上发挥想象力。

接下来，将开始最精细的第三阶段：光刻

先在晶圆上涂上光阻(Photoresist)剂，然后取一个带有所需电路图案的铬蚀刻石英掩模，用激光束照射，将电路图案投射到晶圆上。

此时，光罩产生的阴影位置将控制光刻胶在硅片表面发生化学变化的位置，当然，这取决于使用的是正性还是负性光阻剂。

然后，倒上显影液。等待一会后再酸蚀晶片的暴露部分。

尽管小伙的步骤相当简单，但是光刻的工作属于芯片制造中最关键的一环！一言以蔽之，光刻目的即改变晶圆的区域导电状态！

其中，蚀刻技术把对光的应用推向了极限。蚀刻使用的是波长很短的紫外光并配合很大的镜头。短波长的光将透过这些石英遮罩的孔照在光敏抗蚀膜上，使之曝光。接下来停止光照并移除遮罩，使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗蚀膜，以及在下面紧贴着抗蚀膜的一层硅。

然后，曝光的硅将被原子轰击，使得暴露的硅基片局部掺杂，从而改变这些区域的导电状态，以制造出N井或P井，结合上面制造的基片，CPU的门电路就完成了。

这些工作完成后，就是无数次的重复操作：同质外延、异质外延、伪外延、扩散掺杂、铜互连层、化学机械抛光、光刻胶应用、酸蚀刻和光掩模曝光，从而在晶片上建立所需的特征。

也就是长这样--

光打过去，光线在穿过芯片内的透明氧化层时发生薄膜干涉和衍射，你看到的晶圆上的图案，就来自嵌入芯片内的金属互连层上的光反射。此时的晶圆还会闪耀着五彩斑斓的彩虹色，意味着现在你得到了一个完整的硅片！

要知道，CPU的所有魔法就发生在硅芯片表面的这层薄层中！厚度仅为微米量级，但其本身由许多纳米量级的更小薄层组成。

然后，开始了第四阶段：封装

这些未封装的硅片，要先定位硅芯片上的焊盘，并连接键合线。

这些小点就是电线连接点

然后，使用粘合线或焊锡球，在芯片封装上的引脚和硅片上的焊盘之间搭好“电气连接”。

终于，一块可以使用的CPU制做完成！

显然，制造一块现代 CPU 的过程要比小伙演示的更复杂。其中有许多精密技术小伙甚至没提到，比如光阻剂和显影液的化学成分、浓度、在晶圆上构建特征的方式等等。

这些都是大公司专利，不可能在 HackerNews 、Reddit 或者YouTube上搜得到。

但小伙说到，虽然业余爱好者不太可能自己造出尖端的纳米级芯片，但微米级的还是可行的。YouTube上另一小伙Sam Zeloof 确实试过。

YouTube地址：https://www.youtube.com/c/SamZeloof/videos

最后，小伙不忘提醒大家，视频中的“光刻胶”和“显影剂”只是彩色道具，真化学品可是相当危险，普通房子做实验室根本不行，还得以安全第一。

视频结束，虽然小伙只是演示了一遍芯片制造流程，但还是要尊称一声大佬！因为在芯片之外，我们确实还有很多想要求解的问题：为什么随着高科技不断涌现，我们却失去了创造事物的能力？

但似乎，我们并没有失去创造力，而是变得更加急功近利。伴随着数字化生存，信息供给远远超过信息需求，人们渴求更快、更全面、更准确地处理信息，“使用力”渐渐比“创造力”更加“有用”。

走向创造，意味着与时代大流背道。

此时，问及“是我们失去了创造能力”，还是“CPU剥夺了我们的创造能力”？你会如何作答？

参考资料：

https://blog.robertelder.org/how-to-make-a-cpu/

https://blog.robertelder.org/how-small-is-a-cpu/

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