| |
|
|
|
| 知识库 -> 数码 -> 为什么说 CPU 是人造物的巅峰？ -> 正文阅读 |
|
|
[数码]为什么说 CPU 是人造物的巅峰？ |
| [收藏本文] 【下载本文】 |
|
为什么说 CPU 是人造物的巅峰？ 关注问题?写回答 [img_log] 英特尔 (Intel) 中央处理器 (CPU) 图形处理器（GPU） 芯片（集成电路） CPU 设计 为什么说 CPU 是人造物的巅峰？ 圆桌收录 新年芯展望 |
|
给看个芯片内部的真实视频你就懂了，视频出自芯片工程师的真实工作（取得视频版权），不是3D动画也不是视频模拟，而是实实在在处于设计状态的芯片内部，普通人应该很难接触到。 |
|
|
0 其中每一次放大闪烁你都能依稀看到其内部复杂精细的结构，随着放大到后期你能清晰看到密集的线网，这些线网是立体的，表示它有N层，层层堆叠，这些连线的宽度是头发丝的几百分之一粗细，它们所承载的信号与时序直接构成了你所使用的任何设备的可视、可听、可操作的体验，包括你现在拿着手机看知乎，你看到的每一个字滑动的每一页，都是由它们所构建的，它们正在你手掌心高速运行。 在构建这些线网的时候是用中性粒子轰击金属板，金属原子一个个的散落在芯片上从而堆叠出一层薄如蝉翼的金属，再通过复杂的工艺将其固化并刻蚀出想要的连接关系；上下线网之间的绝缘层厚度是纳米级的氧化物，它们负责让上下层金属不至于短路；线网接口是数十万数百万甚至数亿的量级，其中错一个，整个芯片失效。线网下面是集成晶体管器件，用于消费电子的功耗很低，进而额定电压也很低，所以沟道氧化物必须控制在几十个氧原子的厚度，还要保证其不发生量子隧穿等失效机制，并在-50到120温度范围内正常工作，但超薄氧化物又带来了晶体管栅极与其衬底电容增大的弊端，这个电容在现实世界中小到跟不存在一样，甚至在芯片级的微观层面也是一个非常小的量级，但正是这个极小的电容却直接决定了上亿晶体管的开启速度，进而决定了你打开微信地球画面的持续时间，也决定了你滑动手机的顺滑程度，同时决定了你玩游戏的帧率，还决定了你打开视频解码缓冲的时间，总之，一切与运算速度有关的性能都直接受它影响。常人很难想象，一个纳米级的多晶硅栅与其纳米级的表面沟道之间的微乎其微的电容甚至影响的是整个人类现代文明，我们文明的基石居然是构建在如此微观层面又如此微乎其微的某个参数之上，而芯片的巅峰在于：类似需要解决的参数还有很多很多。 #其实芯片制造难度和反常识程度是高于芯片设计的，所以我在本篇中主要讲的是制造层面的问题# 追加一点 多晶硅和氧化物还必须要足够纯净以保证其阈值电压不飘逸，这种纯净早已超越材料学的范畴，因为连它们表面积累的电荷多寡都涉及到是否受到“污染”，如果电荷多了工程师还要想办法去除，它们对阈值电压的影响在低功耗的今天已经成为芯片的重中之重，因为它将直接跳过控制电压自主开启沟道或在通电过程中处于临界开启状态，带来的危害是波形不稳定和时序混乱以及漏电，体现在终端上是直接死掉，用人话说就是你明明打开的是个美女，看到的却是大叔。而一颗芯片里有上亿个类似需要关注的结构，它们都需要做到统一的标准，甚至还要对个别进行阈值调整注入，在硅表面纳米深度进行精确的杂质浓度控制，这种浓度的差异是以原子数量来衡量的（你能想象量化原子数量吗）而且还要保证它们不会影响到周围的微观器件，依靠这种表面浓度差，工程师可以精确调整反型电压，正是这些上亿被精确控制的晶体管在精确电压下开启和关闭抑或输入输出漂亮的波形你才能享受现代社会带来的便利，你的每一次扫码和点击退出以及视频音频出色的展现后背都是这些晶体管在有序工作的结果，你的一个不经意操作可能就牵动了上亿微观器件的动作，你打开每一个APP其实都命令了无数晶体管的开启和截止，其中在几纳秒之间，无数反型沟道在半导体中形成和恢复，无数电子在人类设置的迷魂阵中按我们想要的结果精确的来来回回。 芯片其实就是一个迷宫，这个迷宫岔路上亿，但出口只有几十个，这对工程学来说无异于在微观层面构建一座纽约市，还要保证这座城市有序运转，不该进的不能进，不该出的不能出，内部“治安”还要得到完美保障，每一条“道路”和每一栋“房子”要经得起数千亿次使用而不出问题，一块合格的芯片是没有维修性的，因为它的寿命不在于你有多频繁的使用，而是来自基础物理的限制，量子力学的限制，它在传统消费品层面的意义几乎是“用不坏”的，当然，芯片也是没有山寨可言的，特别是CPU，你买到的每一颗都是绝对的正品，因为想要它出功能你必须把上述所有条件都满足，这导致你山寨的成本远高于自己重新设计，且这个地球上能做的也屈指可数，且没有任何一个国家能独立做出一颗CPU，也包括美国，因为所有关键技术都分散在少数几个国家手里，比如日本几乎垄断了光刻胶技术，它对刻蚀精度至关重要 连美国也得叫声爹。所以任何一个国家都不能集齐全套，为了不受制于人，中国正在做这件事：集齐全套。但，路漫漫其修远兮……这真是人造物的巅峰。 芯片的制造其实上文都是一些泛泛之谈，普通人要靠字面去具象它还是很难的，甚至不是电子专业的人可能连某些术语都听不懂，但电阻这种东西我想读过高中的都懂吧？芯片中的电阻长度只有头发丝直径那么长，宽度会更小，这种规格的电阻其实都算大的，比较老的工艺是靠在这么小的区域内参杂，形成参杂区之后它就是一个简单的电阻，完了还要在两头打孔，打完孔还要用难熔金属填补这个孔洞用来连接金属导线，这种填补还要考虑各向同性和各向异性化学沉积，这还没完，你还得考虑电阻两头的电压差，以及两头对于隔离岛的电压差，这个隔离岛只比电阻大一点，压差一旦大了便会形成隔离岛调制效应，造成阻值剧烈变化，电路将失效，而这一切都发生在头发丝断面那么大的区域内，你甚至觉得连测试它都是天方夜谭，但这却是芯片中最简单的结构了，因为电阻是非常单纯的无源器件，就像给你一套高等数学题中的加法一样简单，而这一切还是90年代的老技术......新技术还涉及量子力学、光学修正、材料学、化学、物理、微电子、统计学等等领域的最前沿，只为在纳米尺度造一个小小的电阻。 短耗尽区将发生量子效应，它描述一个粒子同时存在于A点和B点，到底在哪由概率决定，这种概率由波函数描述，某些特定二极管的反偏就是由这种效应所驱动，而二极管隔离是芯片的基础中的基础，几乎存在于每一个器件的周围，它们的大小都能在头发丝断面上放进几个，这些东西光理论都能摸到尖端科学的金字塔顶，更别说它还要与制造业相结合了，这都不是几个高精尖的数控技术能填补的空洞，它简直就是个天坑，这个坑深到什么程度？几乎是人类所掌握的科学的尽头，芯片中很多很多现象我们至今都无法给出合理的解释，只知道现象和规律，所以我们利用这种规律先把产品造出来，我们先用着，但它背后的原理其实都还是盲区，就像古人知道太阳运行的规律而造出日晷一样，它能用，能为我们的生活服务，但为什么？为什么它这样运行？为什么有春夏秋冬？一概不知，古人可不知道什么天体物理学。最前沿的芯片就是这样，它是在探索的路上应用，或在应用的路上探索，因为二者相互依存，没有应用的资本注入就没有探索的资金支持，这是个很简单的逻辑，而基础理论研究是巨花钱的，光有市场驱动而没有国家支持是注定不行的，甚至很多基础理论连市场都没有，因为它在可预见的中短期都是“没什么卵用”的科技，比如美国投入的引力波研究，现在没什么应用前景但它很可能就是未来某个逆天技术的前置科技。所以科技要发展需要持之以恒的投入，这种投入还长期看不到回报，但是一旦回报将使整个国家乃至人类带入另一个世代。没经历技术的苦行，哪饮得到科学的醍醐？ 1948年贝尔实验室发明了晶体管，在这之前他们“烧”的钱都是看似无用的；1958年德州仪器的普通工程师基尔比突发奇想，他把贝尔实验室的晶体管刻在了硅片上，他说他当时制造的更多是娱乐效果，因为这种器件几乎等于没用，性能很差，德州仪器是当时唯一一个愿意为他烧钱把全部工作时间用于这看似很“娱乐”的工作中的，后来这一天被定义为集成电路的诞生之日，微电子技术的概念也在这位20多岁的工程师头脑中渐渐萌生，而在他之前，其实已经有很多资金砸在了一种被称之为“半导体集成”的奇怪东西上了，当时没人能遇见今天的现状，也没人能遇见他们砸的钱会发酵成某种基石的存在，他们想的最好情况是拿到某种类似“曼哈顿计划”的军方项目，将自己的产品用于五十一区或别的什么奇怪东西上，也许他们想造的是Frankenstein，谁知道呢？即便仙童公司也一样，他们的科技传奇毫不亚于乔布斯在车库成立苹果，那8位风华正茂的“叛逆”从照相技术中奠基了现代集成电路批量生产的基石，他们当时在想：如果能集成十个晶体管，那为什么不能集成一百个，一千个，一万个，十万个呢？这些灵光一闪的瞬间其实已经载入史册，他们成就了“硅谷”的字面意义，也成就了“硅谷”在今天的象征意义，那是对科技的执着和对一成不变的叛逆。 5.26追加，讲点更深层次的 ========================= |
|
|
这是一个反相器（非门）的芯片剖面图，它的结构非常简单，它拥有多晶硅输入和金属输出，上端器件做在P型硼离子衬底中，下端器件做在N型磷离子井中。它的功能也很简单，电位控制门源偏置使反型沟道在门下开启与关闭，在数字逻辑中表现为进来0吐出1，反之亦然。这是所有代码的基础，所有数字信号都会经过无数个这种的结构，它高速吞吐的电平信号构成了黑客帝国封面中的01瀑布，你看到的，听到的，所操控的，一切信号，本质上都是被数字化的01电平，它可以构成一幅画，也可以吟成一首歌，它无所不能，甚至有人担心它会进化出意识，我们现在想让它拥有意识，这是人工智能的终极目标，而这一切，都离不开上图这种立体结构，任何一颗CPU中都有数十万数百万个它，它是芯片中最简单的门。 但即便是最简单的门上也潜伏有最复杂的杀手，它就是“闩锁”（latch)。上图中至少还藏着两个寄生器件，一个纵向三极管，一个横向三极管，他们首尾相连形成反馈回路，任何电位超过电源地的浪涌信号都可能触发它，任何磷离子井与硼离子衬底发生反向击穿都会使其增益大于1，从而开启这个回路，这个回路一旦开启，就等效于电源地短路，瞬间的大电流能让整个芯片烧糊，冒烟。美军在海湾战争之前开发的电子战武器就是利用高能脉冲远程触发敌军芯片中的“闩锁”（它之所以叫闩锁，是因为它能让门电压失效，有如门上横一根闩木，导致控制信号无法控制芯片，一旦触发马上锁死）让敌军整个电子系统全部瘫痪，雷达停转、屏幕黑屏、电脑死机，甚至飞在空中的导弹也会掉下来，因为导弹里也有大量芯片，总之，任何有芯片参与的设备都会瘫痪，这也是电子的东西在当时普遍不被认可的原因，特别是军方，还是更相信钢铁洪流和机械铁拳。由于美军自己也被这种隐患吓到了，万一哪天敌军也对我进行电子战呢？所以老美茅和盾都要发展，于是蓝宝石芯片就横空出世了，它与普通芯片的最大不同是它做在蓝宝石上的，它从根本上杜绝了“闩锁”的发生，因为它压根就不是二极管隔离，而是现在已经烂大街的介质隔离，芯片里器件与器件之间是百分之百绝缘的，这在当时是极度豪奢的做法，所以成本限制了它的发展，它几乎全部是军用的，早期的三叉戟和民兵等老美核导弹一定是用的这类芯片。 后来随着芯片工艺制成的不断精进以及复杂电子环境下的民用等需求，IBM发明了民用级的介质隔离芯片，简称SOI（Silicon-On-Insulator）它能使芯片内部器件间实现绝对绝缘，后来摩托罗拉和德州仪器持续跟进，致使美军在电子战中对敌处于降维打击的上帝视角（因为敌人拿不到他的先进芯片），那时候介质隔离芯片几乎都是特殊用途，包括军用和复杂环境下的民用，而现在它早已经是大部分中高端芯片的标配了，现在SOI联盟由IBM、TI、AMD、NVIDIA等公司领导，他们充当了“规则制定者”的角色，唯独没有因特尔，因他觉得SOI固有的一些缺点并不适合民用级CPU，比如造价高昂，在巨额出货量的前提下会体现得尤为突出；且民用CPU也不会面临战争级的辐照，所以他们继续使用成本更低工艺更简单的二极管隔离。 后来随着芯片制成越来越小，另一个杀手如期而至——ESD（Electro-Static Discharge静电释放），它的威力在于它几乎是一门玄学，就像闪电的轨迹一样让人琢磨不定，如今所有芯片内部都有专门设计的ESD保护模块，但即便如此，还是有很多ESD失效案例发生在重重保护和众目睽睽之下，有如白天闹鬼。ESD事件对芯片来说是最为致命的，所以德州仪器很早就开始设计专门的、可靠的ESD保护电路，它对设计者的要求极高，因为不仅要有极大的泄放能力，还要把尺寸压到最小，这在当时只能通过从一次次流片和一次次失败中总结经验，再把经验换成成果，最终他们研发出了最为经典的ESD模块，说它经典，是因为至今它都是全世界的通用标准，不管你多先进，你都是在它的框架下设计的，这种模块其实就是一个简单的MOS管，它通过栅接地（或电源）保证在电路正常工作的时候它关闭，而当ESD来的时候再触发它的寄生三极管泄放大电流，后来这群神人居然想到了上文说的“闩锁”，他们利用闩锁的锁死特性和大电流泄放能力开发出了SCR（Silicon Controlled Rectifier可控硅整流器）这个器件比较复杂，但它却是目前全世界单位电流密度泄放能力最强的保护模块，你能想象这东西在芯片里只有一粒灰尘大小却能让芯片承受8000V的电击吗？（你家里用的是220V交流）有它没它的芯片是云泥之别，其可靠性和耐操性简直不可同日而语，而这是几十年前美国发明的，他们如果要收费，芯片中的任何地方都绕不过他们的专利，甚至像芯片级SCR这种东西，至今在国内都几乎没有，你要用还得找台积电给你元件库，而美国一颗94年的军用芯片SCR已是标配。 各位，有个观念一定要先摆正，老美在芯片领域是远远远远领先我们的，大部分现在已成行业规则的东西都是他们制定的，芯片架构，工艺流程也是他们发明的，不要相信公众号上打鸡血的东西，写那种文章和信那种文章的人基本上对芯片一无所知。摆正了姿态才能不卑不亢的追赶，别活在梦里，我们远没有那么强大。 |
|
搬运一个Global Fundries的宣传视频吧，虽然年份有点久远，但从单晶硅到光刻封装的流程是差不多的，比图片文字更生动震撼一点。 |
|
|
0 这视频在油管上一直都没人做汉化字幕，后来在台湾大学网课上找到了字幕版。 |
|
突然多了这么多赞，实在有些诚惶诚恐，这个回答写的实在对不起这么多赞，基本是东一榔头西一棒槌。仅仅是从部分加工工艺角度考虑的问题。毕竟半导体工艺是科学界与工业界几十年智慧和经验的结晶，不是三言两语能描述的。 以下是原回答 ——————————————————————————— 我觉得题设需要加一个约束词，CPU是普通人能接触到的人造物巅峰。因为不好比较航空发动机，氢弹等等科技品到底哪一个科技含量更高，毕竟跨了领域，制造难点各不相同。 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。粗略地举几个例子: 首先说材料提纯。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。 SiO2 + 2C → Si + 2CO↑ Si + 2Cl2 → SiCl4 SiCl4 + 2H2 → Si +HCl 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，我能想到另一个是核武器用的浓缩铀。 https://b23.tv/av6086886?b23.tv/av6086886 目前国内应该还不能生产芯片用的12寸晶圆，所用的晶圆都是日本进口，也就是说，如果现在日本禁止向中国出口晶圆，国内的fab都要停工。上海新晟现在应该可以生产半导体机台用的控挡片了，现在全力攻克国产晶圆。有意思的是，上海新晟的创立人之一是中芯国际的创始人张汝京，而他从上海新晟辞职后，又去青岛创立了芯恩半导体。谈中国晶圆产业，张汝京是一个值得浓墨重彩的人物: https://3g.163.com/news/article_cambrian/F7JLUSE20511RIVP.html?isFromOtherWeb=true 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。去年日本对韩国进行制裁，其中很重要的一项就是停止供应氟化氢等高纯气体。氟化氢大家都能生产，但能用到芯片生产级别的气体基本都在本子的掌握中。不得不佩服霓虹国的轴，这种轴劲用在半导体材料生产上实在是太适合了。https://www.iyiou.com/p/110110.html 然后是光刻，知乎er比较喜欢韬光刻机的话题，仿佛一旦拿到最先进的光刻机咱们的芯片技术就会突飞猛进。其实并不是这样。国内的晶圆厂除了没有EUV以外，所用的光刻机跟台积电并没有什么差距。差距主要都是在技术经验积累不够。并且EUV现在也还不是台积电的生产主力。光刻技术具体能实现的精度我就不必多说了，知乎有很多相关回答。https://www.zhihu.com/answer/801699800 目前芯片普遍采用的是铜互联工艺。是用PVD＋ECP(电镀)工艺，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，这项技术又被成为大马士革技术，跟大马士革刀的制造异曲同工。电镀时晶圆的转速/入水角度/温度等细节都影响铜层的形貌厚度。然后化学机械研磨用来去除多余的铜。首先研磨液中的氧化剂与铜反应，形成几个原子层厚度的氧化铜。然后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。做个不恰当的对比，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。 晶圆流程中测量厚度的单位是?，1? ＝ 0.1纳米。 fab里要杜绝一切可能的污染。fab里的工程师需要穿着防尘服＋口罩＋手套，避免可能的灰尘。写字用的纸需要无尘纸。甚至偶尔用到的Mark笔都有要求，某厂就出现过墨水含氯的Mark笔污染晶圆的事件。 水平所限，只能粗略写写，还望海涵。。。 |
|
扯个比较题外的东西 差分机 |
|
|
英国科学家巴贝奇在1819年设计出来，在1822年就做出了可动模型，他想借助精密的机械齿轮传动，蒸汽机为动力，用齿轮的排列存储数据。他和现代计算机的关系，不亚于世界上第一台连弩和电磁步枪。 为此绘制了2000张组装图个50000多张零件图。但是在巴贝奇有生之年，受制于当时的工业水平，地表最强的工业国举国之力也没有把分析机完整的制造出来。如果分析机能在当时被制造出来，凭借其运算力，现代计算机可能会提早100年出现。 但是巴贝奇此时已经意识到了差分机的巨大潜力，假以时日一定可以制造出更巨大运算更快的机器！这只是时间问题！他的理念过于超前，远远超越了他那个时代的工业水准，他甚至想像出了未来的模样。人类文明获得了堪比神赐的恐怖运算力，扶摇直上一飞冲天。他甚至想穿越到未来百年后看看世界的模样，就算是只看几分钟然后马上死去也值了。如果他能穿越到现在，你把随便一台智能手机，PC摆在他的面前，并且只需要告诉他人类如何用半导体实现了他的差分机，并且运算力是差分机的千万亿倍，然后带他逛逛现在的世界，他一定会泪如雨下，兴奋到大脑颤抖说不出话。 不知道你们不能理解巴贝奇的心情，如果放在现代人身上，大概就是，可控核聚变取得了重大技术突破，实现已经变成了可能，人类已经进入天堂模式和星辰大海的倒计时，但是你有生之年是看不到了，而且这个重大突破是你贡献的，不知道你愿不愿意用生命去换几分钟一窥未来的机会。 还有一个艺术概念叫蒸汽朋克。是人类科技发展的另一条世界线。差分机在那个时候就被成功制造出来，人类工业获得了长足的进步，用愈加复杂的物理机械结构实现运算。计算机提前100年出现，同时审美停留在了维多利亚时期，保留了华丽复杂的特点。于是我们看到了蒸气朋克那巨大的机械飞空艇，裸露在外的传动齿轮和蒸汽管道，看似原始却暗藏黑科技，能做到人类现在都做不到的各种机械。 |
|
|
|
|
|
这是沸腾于齿轮上的浪漫，是精密运算结构与机械美学的完美结合。是能让理科生原地高潮的完美设计。因为他在用最物理的，最直观的方式给你展示着运算过程。 回到正题，很多人之所以觉得CPU平平无奇，一方面是价格问题，另一方面是因为他的运算过程，对于普通人真的不够直观，你无法想象到一个指甲盖大小的金属片层层叠叠的暗藏了多少“齿轮”。上亿“齿轮”的超大规模集成电路需要怎么样的智慧才能让他们协调一致且数年数十年不出大的故障。 不需要全部CPU，只需要其中的冰山一角的一角，做成物理机械结构，放在你的面前，你就会明白这个东西有多复杂。而这样复杂的东西，在这个小小的金属片里还有上亿个。 |
|
如果把超大规模的芯片打开，会发现其内部结构的复杂程度堪比一座大型的城市，如下图所示。以苹果 M1 Ultra芯片为例，内部集成了1140亿晶体管，拥有20个CPU核心、64个GPU核心和32个NPU核心（尽管现在很多处理器芯片，包括高通骁龙、苹果M系列等都属于SoC芯片，但人们仍然习惯称他们为CPU）。作为对比，超一线城市上海人口“仅为”2500万左右，和M1 Ultra芯片的晶体管数目相比还是太少了。 把CPU和城市作类比，其中的控制及协调模块可以类比为政府及协调部门、电源模块相当于供电部门、内部的走线相当于街道，而其中一个有一个的小模块可以看做是小区、工业区、大学城等。但和城市不同的是，这些复杂的功能模块都要集成在指甲大小的芯片中，并且实现大规模的量产，实现算力普惠，这一切的一切，没有众多前沿学科技术的支撑是无法完成的。 |
|
|
芯片内部微观结构示意图 可以进一步从CPU诞生的几个细微之处来体味一下，为什么说CPU是人造物的巅峰。第一个是在制作晶圆的时候，要进行硅提纯。首先将沙石原料放入一个电弧炉中，在高温下发生还原反应得到冶金级硅，然后将粉碎的冶金级硅与气态的氯化氢反应，生成液态的硅烷，最后通过蒸馏和化学还原工艺，得到了高纯度的单晶硅，其纯度要达到99.999999999%，即11个9，才符合晶圆制作的标准。作为对比，市面上所宣传的999或9999足金首饰，在晶圆级别的硅面前，杂质还是太多了。 第二个细节是薄薄的高端芯片中，居然有上百层电路。在晶圆上经过一次镀膜、涂胶、曝光、显影、除胶等步骤，便可形成一层电路。如果把一层电路比作一层楼，那么芯片内部到处都是摩天大楼，颇为壮观！只不过芯片内部的“大楼”层高只有几纳米，如下图所示。 |
|
|
芯片内部尺寸 第三个细节是CPU是微观的艺术，是跳跃在原子尺度上的浪漫，它的精密程度以及它数十年如一日的准确运算，即便是人类最天才的大脑，在它的面前都只能俯首称臣。它的复杂性、巧妙性、逻辑性都处在人类所能理解的巅峰！ 如果未来有一天，人类要通过一件物品向宇宙展示自己的科技实力，我不会选择航空发动机，也不会选择航母，而是选择一颗芯片。速度和庞大在宇宙中并不起眼，而方寸之间的芯片内部，随处都在诉说着这个星球上的智慧和文明。 |
|
引一位知乎用户的回答。 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。 50个原子宽度!这是何等可怕的概念? 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…… |
|
放一张图吧，这是intel于2016年推出的skylake i7 cpu的核心图 |
|
|
完整分辨率tif图片网盘自取 链接： https://pan.baidu.com/s/1PY6aktCHmpRX_qvlbMCt2w 提取码：lg6q 从宏观层面你就大致可以看出cpu中的四个核心以及对应的cache，12个eu，内存控制器与pci-e控制器所对于的部分。 而这些，是人类运用科技，用激光在纳米级尺度上，一个晶体管一个晶体管，一个逻辑门一个逻辑门地刻出来的。 一种现代工艺的美感。为人类的伟大科技感到赞叹。 |
|
不如看大佬的答案： 芯片里面有几千万的晶体管是怎么实现的？1.1 万赞同 · 707 评论回答 |
|
|
硅、金属在人的力量下排布组合成一块具备逻辑能力的芯片，小小的体积下布置了数十亿晶体管，更妙的是这些晶体管在我们的输入下完成人力无法匹及的计算。这是机械美学无法做到的。 CPU的每个制造阶段，都依赖于很多顶级学科的精尖内容。更别提架构设计所消耗的人类智力，每个地方展开讲都能写个综述，你说CPU能不能算人造物的巅峰？ |
|
为什么我要强答这个话题?哈哈，当然是因为当年找foundry朋友搞的漂亮图不能浪费了啊！ 来来来，请欣赏系列文章：CMOS工艺。 宇文青霜：CMOS Process Flow (一)572 赞同 · 49 评论文章 |
|
|
宇文青霜：CMOS Process Flow (二) 深注入三阱齐聚义，薄氧化栅极显神通112 赞同 · 21 评论文章 |
|
|
|
宇文青霜：CMOS Process Flow (三)源漏极隔离轻掺杂，稀金属融合重硅化122 赞同 · 15 评论文章 |
|
|
|
宇文青霜：CMOS Process Flow (四)过孔侵蚀电解质，金属横跨变通途66 赞同 · 12 评论文章 |
|
|
|
宇文青霜：CMOS Process Flow (五)路漫漫吾尚需求索78 赞同 · 6 评论文章 |
|
|
|
|
以新冠病毒为代表的病毒，其整体尺寸一般在30-80nm。 而Intel长期被人嘲讽”已经落后“的工艺制程为14nm。 而以14nm作为最小设计尺寸（很不严谨的说法，但可以这么粗略理解）的晶体管，在一枚小小的CPU中有几十亿到几百亿个，与全人类数量在同一个量级上。 同时，需要小白注意的是，这些晶体管不是通过物理或化学反应批量生成的重复物（如一滴水中有几十亿个水分子），而是每一个都有特定设计以及明确功能的实体，他们是一个个被画出来并精确地制造在硅晶圆上的。 当然，最应让人感到震撼的是，在无数科学家与工程师的努力下，在波澜壮阔的人类产业链合作之下，这个人造物的巅峰，仅以最低几角钱最高不过几千元的价格，就能来到你的手上。 （3月23日补充：已删除） （补充2：cpu价格不超过几千块确实只是针对大部分，面对3990x这样的怪兽，我只能流下贫穷的泪水（我也好想数框框T_T）） （补充3：开头和病毒的对比，不是说cpu和病毒比的复杂性如何，而是说明cpu的基本构件真的很小。cpu的设计上的复杂性估计比不上任何一种生物啦，但是题目讨论的是人造物） （补充4：已删除） （3月27日补充： 1.删除了与对口罩防病毒能力有关的所有表述，本着对评论负责的态度说明一下：早一些的口罩相关的批评指正是正确的，我原回答存在主观臆测和表述过于笼统的问题；添加了说明后，仍有一些人指出口罩的问题，这让我怀疑我的补充并不能起到应有的效果，故删除。 2.再次强调，比病毒尺寸小≠比病毒复杂 ）【最后一次修改答案，本次修改后如不涉及原则性问题，将不会做任何修改补充】 |
|
其实，如果将巅峰理解为高精尖，那CPU其实离真正的巅峰还有一定距离。NASA研究所里那么多黑科技都等着呢。 但是，CPU牛逼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。 |
|
家里有几台年纪挺大的破电脑。我妈让我修修看，看能不能救活一台用来看电视。我手里拿着那几块电脑的cpu(羿龙2)，你猜这玩意值多少钱？我去咸鱼看了看20一个，还得给人家包邮。 Cpu这么美的一个东西，集成度如此之高的一个产品，竟然比大白菜还便宜。就尼玛离谱。 补:本篇已经从工业生产问题转化为了经济学问题，欢迎大佬评论区讨论，我已经将论点充足的评论顶置。 |
|
跟酱香型科技比起来如何？ |
|
|
|
|
再补一个，苹果A8。 |
|
|
0 |
|
|
0 来自Intel网站 |
|
其他答主已经把CPU产品的精密性和壮阔性说得很充分了，图例视频都有，很完美。 我就从CPU对于行业驱动的角度来谈谈它为什么是巅峰之作（至少是之一）吧。 先说说集成电路行业 行业里讨论最多的便是集成电路这玩意是怎么想出来的，绝对的天外飞仙之举，甚至认为是从UFO上面得到的灵感，反正硅是被称为上帝的恩赐。 如果说计算机，电子管开创了我们所处的信息时代，那么集成电路就引领及推动了时代的飞跃，它的发展将房子般大小的计算机压缩成了能揣进挎包的笔记本，把一年工资才能买的计算机变成了一个月工资便能随便买的产物，变成了真正的生产力工具，推动着时代飞速向前，从1962年第一块集成电路的应用到现在也就60年不到。 集成电路之与信息时代，就等同于工业时代的蒸汽机和交流电，属于引领并推动了时代发展的产物，半导体工业是集物理，化学，数学，光线，材料等现代科学之大成的产物。 |
|
|
集成电路产业略图 因为“功耗墙”的原因 ，CPU的性能其实在2006年以前就已经到达了频率的上限，直到现在不超频也也很难见到单核超过5G的CPU，所以主要的前进方向还是架构的优化与创新之上，将CPU逐渐从过去的专用集成电路过渡到片上系统之上，由此带来了对工艺，设计等多方面的进步。 对工艺的驱动： CPU是芯片这个种类繁多的名录下的一种，对大多数的芯片来说，比如一颗能卖几万甚至数十万人民币的工业级，军用级专用集成电路，如ADI, TI, ST等巨头的高速高精度AD/DA，锁相环，频率合成器，传感器等等，其实用350nm,180nm就可以满足要求了，完全没必要追求什么10nm, 7nm, 5nm，他们的工艺线调校及研发是为提高产品的模拟性能而存在的，而不是为要提高集成度服务的，所以对于工艺线的研发并不是特别激进，他们不把每一代制程压榨到极限是不会轻易推进的。 而做CPU就不一样了，必须要走在工艺研发的最前沿，很多突破性的技术，比如从70年代 intel的8080第一次将cmos技术商用量产开始，到深亚微米的起点130nm/90nm节点用到的low-k dielectric, 40nm/45nm出现的HKMG技术（High-k Metal Gate），8层+金属堆叠技术,22nm节点出现的金属线双重/多重曝光技术，14nm开始的Finfet技术，锗硅高迁移率沟道，再到未来3nm节点要用的GAA管技术，可以说都是被CPU竞争引发出来的研发需求给逼出来的， intel, TSMC,Samsung等厂商完成了这些技术从实验室到量产的转化，从而再促进新的研发驱动，形成很好的良性循环。。 |
|
|
MOS管的演化（图自三星） |
|
|
多层金属堆叠技术及双重曝光技术（图自台积电）对设计的推动： CPU不仅仅是单纯的逻辑电路，尤其是到了移动互联网时代，PC/手机处理器已经逐渐的系统化，集成了大量的IP，GPU以及多种多媒体数模混合信号/模拟/RF IP，比如锁相环，AD/DA,USB,CODEC, SerDes, PA，存储器等等，这些当年本来需要集成在PCB板(如电脑主板）上形成系统的模拟芯片，现在被集成到了同一块芯片之上，组成了片上系统（SOC，System on Chip），也带动了并大大促进了模拟电路设计往纳米向的发展。 （PC/服务器处理器主打高性能，手机处理器主打多功能，低功耗，所以从架构上看，PC要相对简单一些。但设计难度来讲，PC/服务器 处理器可能更高。） 多个电压域，频率域的小系统集成在了指甲盖大小的芯片之上，还能实现低功耗及完美兼容， 这些现在看来并不瞩目的东西，在10多年前的业内看来，很多都是不可能实现的东西。 |
|
|
Intel skylake 架构 |
|
|
Apple A11 架构 |
|
|
电路板级系统 到 片上系统（System on chip） SOC的局限性在于，所有的IP必须要同一个制程，片上整合的研究于是带来了封装的进步，比如3D封装，可以将不同制程下生产的，不同厂家生产的芯片封装到一个管壳之内, 这就是SIP技术（System in package）（注意，这个不是PCB板），还有在未来几年会特别火的chiplet(可以理解为SIP的进一步微观化）。。。 |
|
|
Applewatch SIP解剖图 |
|
|
Chiplet CPU对集成电路而言，就是王冠上的那颗明珠。 最后， 集成电路的飞跃又驱动了全行业的革命，物联网的应用，使得19世纪造的工业设备插上21世纪科技的翅膀也不再是梦想，让其在200年后依然能成为了工业2.0时代中的一员。 众所周知，集成电路的发展目前已经到达了一个瓶颈，也许这个瓶颈会持续很久，但回望人类历史，始终坚信，极限对于人类而言，就是用来超越的，一切瓶颈的突破都只是时间问题，未来可期。 （写得匆忙，后面慢慢修正。谢谢。） |
|
二战时期，有外星飞船出故障了，系泊在蓝星。 外星人想修复飞船，发现没有那么小的芯片。 于是外星人让蓝星人一代又一代地研发集成电路，逼着蓝星的集成电路向微型化发展，目标是0.1纳米。因为芯片越小，加速到光速，所需的能量就越小。 别看一年年进展那么快，其实都是蓝星人的over倒计时。 等到最后那一天，蓝星人的任务完成了，外星人就要鸟尽弓藏、兔死犭 |
|
造一个cpu，需要顶尖的化学、材料学、物理学、电子信息、数学、机械自动化、计算机科学等领域的人才。 这个回答我删改了很多次，然后发现无论是原理还是工艺，都不是用篇幅不大的文字就能完整呈现的。 原理部分，cpu内的最小单位是晶体管，要了解晶体管的原理和性质，需要学习一门叫做半导体器件物理的课，一个短沟道MOS管的物理模型是很复杂的，要理解其物理原理首先得学习统计物理和半导体物理。然后人们将晶体管组合成具有各种功能的“电路模块”(比如电流源、差分放大电路、门电路等)，再然后将门电路组合成触发器，再将触发器组合成加法器、寄存器等基本结构，从这些基本结构到cpu这个庞大的系统，中间还有很长的路要走，不过这就是我的知识盲区了。网上也很少看到能从原子、电子讲到芯片系统的完整科普，这个知识面太庞大了。还有很麻烦的一个问题： |
|
|
工艺部分，首先要将沙子提纯，如果我没记错应该是11个9的级别？也就是99.999999999%。地球上最纯的物质可能都在半导体行业了。。。。然后要让这些硅结成单晶，结晶要非常完整，结晶之后切割成一片一片的晶圆，每片晶圆大约200多微米厚，晶圆尺寸越大厚度也会略有提升。然后将晶圆送入半导体工厂，大家都知道光刻机难造，但很多人不知道其它步骤也很难，光刻的步骤在百度百科上有介绍，不难理解，感兴趣可以去看一看。稍微说一点点内容吧。为了让纯硅变成晶体管，需要向晶圆里掺杂特定杂质，一立方厘米物质大概有10的24次方数量级的原子，而掺杂的浓度可以低到10的10次方数量级，对于7nm的尺寸，掺杂的原子数量几乎可以数个数了，那么如果进行掺杂时杂质分布有一点点不均匀，就很可能导致某些晶体管的掺杂浓度过高或过低。再看貌似最简单的一步，清洗，清洗需要的去离子水同样对纯度要求非常高，比制药公司的要求还高，一般需要进口，清洗还需要用到高纯度氢氟酸，之前韩国和日本闹矛盾的时候，日本对韩国的制裁方法就包括不向韩国出口高纯度氢氟酸。生产cpu需要反复进行光刻，从晶圆到cpu需要经历数百道工序，假如每道工序的良品率是99.9%，可以估算一下数百道工序后良品率还剩多少。整个芯片的工厂都要保持极高的洁净度，整个那么大的一个工厂，洁净度要求和大型手术的手术室一样，光刻区域洁净度要求更高，人员进出一次比隔离病房还要麻烦许多。非常干净的办公区域大约单位体积内数百万个微粒，芯片工厂不能超过10个，光刻区域可能要求小于1。一个晶圆加工工厂的建设成本高达数百亿。晶圆加工完成后还需要进行封装、测试等步骤，emmmm这又属于知识盲区了。 cpu制造出来就结束了吗？当然没有，如果没有配套的操作系统、高级语言，全世界能找出多少人会用？ 如果想要自己去了解一些芯片的知识，可以从这些关键词入手：能带、PN结、MOSFET、短沟道效应、恒场等比例缩小原则、门电路、触发器、ASIC设计、单晶硅、光刻、离子注入、高K介质、EUV工艺、DUV工艺、瑞利判据。 |
|
刘慈欣的《三体》中，三体人的人体cpu。原文在下方，有兴趣可以看一下，没兴趣直接收起。 简述一下，三千万大军所做到的，一小块芯片能做的更快更好，这难道不是人造物的巅峰？ 往外看宇宙，越看越简单，往内看细胞，越看越复杂。自然是我们要追求的最高境界，而cpu可以看成是伟大的进步。 当我们把cpu做的越来越精密，变得更小更快，可以与细胞所媲美时，这应该可以算极致了。 这也可以看成是利用自然的巅峰，当我们可以取代自然时，那时的场景我无法想象。 "所以，伟大的皇帝，您的帝国还要发展!"冯?诺伊曼不失时机地说，"如果掌握了太阳运规律 ，你就能充分利用每一个恒纪元，同时避免乱纪元带来的损失，这样发展速度比西洋要快得多。请你 相信我们，我们是学者，只要能用三定律和微积分准确预测太阳的运行，不在乎谁征服统治世界。" "朕当然需要预测太阳的运行，但你们让我集结三千万大军，至少要首先向朕演示一下这种计算如何进 行吧？" “陛下，请给我三个士兵，我将为您演示。"冯?诺伊曼兴奋起来。 "三个?只要三个吗，朕可以轻易给你三千个。"秦始皇用不信任的目光扫视着着冯?诺伊曼。 伟大的陛下，您刚提到东方人在科学思维上的缺陷，就是因为你们没有意识到，复杂的宇宙万物其实 是由最简单的单元构成的。我只要三个，陛下。" 秦始皇挥手召来了三名士兵，他们都很年轻，与秦国的其他士兵一样，一举一动像听从命令的机器。 "我不知道你们的名字，"冯?诺伊曼拍拍前两个士兵的肩，"你们两个负责信号输入，就叫‘入1’、 ‘入2’吧，"他又指指最后一名士兵，"你，负责信号输出，就叫 ‘出’吧，”他伸手拨动三名士兵 ，"这样，站成一个三角形，出是顶端，入l和入2是底边，" "哼，你让他们成楔形攻击队形不就行了?"秦始皇轻蔑地看着冯?诺伊曼。 牛顿不知从什么地方掏出六面小旗，三白三黑，冯?诺伊曼接过来分给三名士兵，每人一白一黑，说: 白色代表0，黑色代表1。好，现在听我说，出，你转身着着入1和入2，如果他们都举黑旗，你就举黑 旗，其他的情况你都举白旗，这种情况有三种:入1白，入2黑;入1黑，入2白;入1、入2都是白。" "我觉得你应该换个颜色，白旗代表投降。"奏始皇说。 兴奋中的冯?诺伊曼没有理睬皇帝，对三名士兵大声命令:"现在开始运行!入1入2，你们每人随意举旗 ，好，举!好，再举!举!" 入1和入2同时举了三次旗，第一次是黑黑，第二次是白黑，第三次是黑白。出都进行了正确反应，分 别举起了一次黑和两次白。 "很好，运行正确，陛下，您的士兵很聪明!" “这事儿傻瓜都会，你能告诉朕，他们在干什么吗?"秦始皇一脸困惑地问。 "这三个人组成了一个计算系统的部件，是门部件的一种，叫‘与门'。"冯?诺伊曼说完停了一会儿， 好让皇帝理解。 秦始皇面无表情地说：“朕是够郁闷的，好，继续。” 冯?诺伊曼转向排成三角阵的三名士兵:"我们构建下一个部件。你，出，只要看到入1和入2中有一个 人举黑旗，你就举黑旗，这种情况有三种组合黑黑、白黑、黑白，剩下的一种情况一一白白，你就举 白旗。明白了吗?好孩子，你其聪明，门部件的正确运行你是关键，好好干，皇帝会奖赏你的!下面开 始运行:举!好，再举!再举!好极了，运行正常，陛下，这个门部件叫或门。" 然后，冯?诺伊曼又用三名士兵构建了与非门、或非门、异或门、同或门和三态门，最后只用两名士 兵构建了最简单的非门，出总是举与入颜色相反的旗。 冯?诺伊曼对皇帝鞠躬说:"现在、陛下，所有的门部件都已演示完毕，这很简单不是吗?任何三名士兵 经过一小时的训练就可以掌握。" "他们不需要学更多的东西了吗?"秦始皇问。 "不需要，我们组建一千万个这样的门部件，再将这些部件组合成一个系统，这个系统就能进行我们所 需要的运算，解出那些预测太阳运行的微分方程。这个系统，我们把它叫做……嗯，叫做……" "计算机。"汪淼说。 “啊一一好!"冯，诺伊曼对汪淼竖起一根指头，“计算机，这个名字好，整个系统实际上就是一部庞 大的机器，是有史以来最复杂的机器!" 游戏时间加快，三个月过去了。 秦始皇、牛顿、冯?诺伊曼和汪淼站在金字塔顶部的平台上，这个平台与汪淼和墨子相遇时的很相似 ，架设着大量的天文观测仪器，其中有一部分是欧洲近代的设备。在他们下方，三千万秦国军队宏伟 的方阵铺展在大地上，这是一个边长六公里的正方形。在初升的太阳下，方阵凝固了似的纹丝不动， 仿佛一张由三千万个兵马俑构成的巨毯，但飞翔的鸟群误入这巨毯上空时，立刻感到了下方浓重的杀 气，鸟群顿时大乱，惊慌混乱地散开或绕行。汪淼在心里算了算，如果全人类站成这样一个方阵，面 积也不过是上海浦东大小，比起它表现的力量，这方阵更显示了文明的脆弱。 "陛下，您的军队其是举世无双，这么短的时间，就完成了如此复杂的训练。"冯?诺伊曼对秦始皇赞 叹道。 "虽然整体上复杂，但每个士兵要做的很简单，比起以前为粉碎马其顿方阵进行的训练来，这算不了什 么。"秦始皇按着长剑剑柄说。 “上帝也保佑，连着两个这样长的恒纪元。"牛顿说。 "即使是乱纪元，朕的军队也照样训练，以后，他们也会在乱纪元完成你们的计算。"秦始皇骄傲地扫 视着方阵说。 "那么，请陛下发出您伟大的号令吧! ”冯?诺伊曼用激动得发颤的声音说。 秦始皇点点头，一名卫士奔跑过来，握住皇帝的剑柄向后退了几步，抽出了那柄皇帝本人无法抽出的 青铜长剑，然后上前跪下将剑呈给皇帝，秦始皇对着长空扬起长剑，高声喊造: “成计算机队列!" 金字塔四角的四尊青铜大鼎同时轰地燃烧起来，站满了金字塔面向方阵一面坡墙的士兵用宏大的合唱 将始皇帝的号令传诵下去: "成计算机队列！" 下面的大地上，方阵均匀的色彩开始出现扰动，复杂精细的回路结构浮现出来，并渐渐充满了整个方 阵，十分钟后，大地上出现了一块三十六平方公里的计算机主板。 冯?诺伊曼指着下方巨大的人列回路开始介绍:“陛下，我们把这台计算机命名为‘秦一号’。请看， 那里，中心部分，是CPU，是计算机的核心计算元件，由您最精锐的五个军团构成，对照这张图您可以 看到里面的加法器、寄存器、堆栈存贮器;外围整齐的部分是内存，构建这部分时我们发现人手不够， 好在这部分每个单元的动作最简单，就训练每个士兵拿多种颜色的旗帜，组合起来后，一个人就能同 时完成最初二十个人的操作，这就使内存容量达到了运行‘秦1.0'操作系统的最低要求;你再看那条贯 穿整个阵列的通道，还有那些在通道上待命的轻骑兵，那是BUS，系统总线，负贵在整个系统间传递信 息。” "总线结构是个伟大的发明，新的插件，最大可由十个军团构成，能够快捷地挂接到总线上运行，这使 得‘秦一号’的硬件扩展和升级十分便利;再看最远处那一边，可能要用望远镜才能看清，那是外存， 我们又用了哥白尼起的名字，叫它‘硬盘'，那是由三百万名文化程度较高的人构成，您上次坑儒时把 他们留下是对了，他们每个人手中都有一个记录本和笔，负责记录运算结果，当然，他们最大的工作 量还是作为虚拟内存，存贮中间运算结果，运算速度的瓶颈就在他们那里。这儿，离我们最近的地方 ，是显示阵列，能显示计算机运行的主要状态参数。" 冯?诺伊曼和牛顿搬来一个一人多高的大纸卷，在秦始皇面前展开来，当纸卷展到尽头时，汪淼一阵 头皮发紧，但他想象中的匕首井没有出现，面前只有一张写满符号的大纸，那些符号都是蝇头大小， 密密麻麻，看上去与下面的计算机阵列一样令人头晕目眩。 "陛下，这是就我们开发的‘秦1.0’版操作系统，计算软件将在它上面运行。陛下您看”冯，诺伊曼 指指下面的人列计算机，"这阵列是硬件，而这张纸上写的是软件，硬件和软件，就如同琴和乐谱的关 系。"说着他和牛顿又展开了一张同样大小的纸，"陛下，这就是用数值法解那一组微分方程的软件， 将天文观测得到的三个太阳在某一时间断面的运动矢量输入，它的运行就能为我们预测以后任一时刻 太阳的运行状态。我们这次计算，将对以后两年太阳的运行做出完整预测，每组预测值的时间间隔为 一百二十小时。” 秦始皇点点头:"那就开始吧。" 冯?诺伊曼双手过顶，庄严地喊遣:"奉圣上御旨，计算机启动!系统自检!" 在金字塔的中部，一排旗手用旗语发出指令，一时间，下面大地上三千万人构成的巨型主板仿佛液化 了，充满了细密的粼粼波光，那是儿千万面小旗在挥动。在靠近金字塔底部的显示阵列中，一务由无 数面绿色大旗构成的进度条在延伸着，标示着自检的进度。十分钟后，进度条走到了头。 “自检完成!引导程序运行!操作系统加载!! ” 下面，贯穿人列计算机的系统总线上的轻骑兵快速运动起来，总线立刻变成了一条湍急的河流，这河 流沿途又分成无数条细小的支流，渗入到各个模块阵列之中。很快，黑白旗的涟漪演化成汹涌的浪潮 ，激荡在整块主板上。中央的CPU区激荡最为剧烈，像一片燃烧的火药。突然，仿佛火药燃尽，CPU区 的扰动渐渐平静下来，最后竟完全静止了，以它为圆心，这静止向各个方向飞快扩散开来，像快速封 冻的海面，最后整块主板大部分静止了，其间只有一些零星的死循环在以不变的节奏没有生气地闪动 着，显示阵列中出现了闪动的红色。 "系统锁死!"一名信号官高喊。故障原因很快查清，是CPU状态寄存器中的一个门电路运行出错。 "系统重新热启动!"冯?诺伊曼胸有戒竹地命令道。 “慢! ”牛顿挥手制止了信号官，转身一脸阴毒地对秦始皇说，"陛下，为了系统的稳定运行，对故障 率较高的部件应核采取一些维修措施。" 秦始皇拄着长剑说:"更换出错部件，组成那个部件的所有兵卒，斩!以后故障照此办理。” 冯?诺伊曼厌恶地看了牛顿一眼，看着一组利剑出鞘的骑兵冲进主板，"维修"了故障部件后，重新发 布了热启动命令。这次启动十分顺利，二十分钟后，三体世界的冯?诺伊曼结构人列计算机在"秦1.0" 操作系统下进入运行状态。 "启动太阳轨道计算软件‘Tree-Body 1.0’!”牛顿声嘶力竭地发令，“启动计算主控!加载差分模块! 加载有限元模块!加载谱方法模块……调入初始条件参数!计算启动!! ” 主板上波光粼粼，显示阵列上的各色标志此起彼伏地闪动，人列计算机开始了漫长的计算。 “真是很有意思。”秦始皇手指壮观的计算机说，"每个人如此简单的行为，竟产生了如此复杂的大东 西!欧洲人骂肤独裁暴政，扼杀了社会的创造力，其实在严格纪律约束下的大量的人，合为一个整体后 也能产生伟大的智慧。" "伟大的始皇帝，这是机器的机械运行，不是智慧。这些普通卑贱的人都是一个个0，只有在最前面加 上您这样一个1，他们的整体才有意义。"牛顿带着奉承的微笑说。 "恶心的哲学。"冯?诺伊曼瞥了牛顿一眼说，"如果到时候，按你的理论和数学模型计算出的结果与预 测不符，你我可就连零都不是了。" "对，那时你们可其的什么都不是了!"秦始皇说着，拂袖而去。 时光飞逝，人列计算机运行了一年零四个月，除去程序的调试时间，实际计算时间约一年两个月，这 期间，只因乱纪元过分恶劣的气候中断过两次，但计算机存贮了中断现场数据，都成功地从断点恢复 了运行。当秦始皇和欧洲学者们再次登上金字塔顶部时，第一阶段的计算已经完成，这批结果数据， 精确地描述了以后两年太阳运行的轨道状况。 这是一个寒冷的黎明，彻夜照耀着巨大主板的无数火炬己经熄灭，计算机完成后，‘秦1.0’进入待机 状态，主板表面汹涌的浪涛变成了平静的微波。 |
|
在硅片上做一个二极管都要挖槽刻蚀掺杂等等反反复复添加好几层，一个指甲盖大小的芯片上有几十亿个这样的玩意儿。 每一个二极管做出来还要联合其他的二极管执行不同的功能。 要知道第一个二极管诞生距现在也就不过一百来年，如今芯片的复杂度和精密性真的令人怀疑这玩意儿真的是人设计出来的。 尤其是，这玩意还能量产，谁都能买到。 |
|
谢邀。 1，因为CPU除了没有独立的思考能力之外，几乎是人类制造的第二大脑。 为什么这么说？ 我们可以假想一个问题：赤道穿过了地球上的哪些国家？ 此时你的脑子里是不是会出现一张世界地图，然后一条线（赤道），从左到右依次开始想：巴西、加蓬、刚果（布）、印度尼西亚、瑙鲁......... 而这个计算过程放在CPU上无疑会更快。 CPU帮助人类解决了生活总绝大多数需要去“计算”的问题，并且在长达几十年的发展过程中计算能力不断提升。有的计算过程人脑可能需要几天，几个月的计算时间，在CPU眼里，就是一瞬间的事情，比如说圆周率：3.1415926.......... 2，使用成本降低。 CPU的价格在几十年的发展过程中，成本已经降低到了一个普通人完全可以接受的状态。 在传播学上有一个观点：工具是作为人的外在器官存在的。CPU无疑就担起了这一职责。 CPU作为普通人外在器官的拓展，更大的拓展了人的认知范围，一定程度上说赋予了每个人创造了能力。而不再把这个事情垄断在个别人或者企业手里。 从统计学上来说，样本数量的扩大就意味着会出现更多可能的结果。 所以把创造下放到群众级别，无疑比一个天才科学家创造出来的东西更多。 3，CPU的作用是空前强大的。 CPU作为工具的一部分，其生产力是传统工具的数万倍。 这就解释了为什么计算机时代下，人类社会近100年的发展，比此前的2000年都要更快，就是得益于CPU这样的计算载体出现。 我们都知道数学和物理几乎是这个世界的基础，CPU从架构和工艺上来说，就更加体现了这一点，因为人类要把上亿个晶体纳米管放在指甲盖大的一个“容器”里。就需要对每一寸作出最精确的排布。 4，CPU做了人类不愿意做的工作 我们所有人都讨厌流水线的工作。 讨厌一成不变，毫无挑战，机械性的重复。 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的产生是给了人类社会一个量子发动机，以光速的方式走上文明的顶峰。 所以，CPU应该就是人类最好的发明了，是人造物的巅峰。 |
|
|
| [收藏本文] 【下载本文】 |
| 上一篇文章 下一篇文章 查看所有文章 |
|
|
|
|
娱乐生活:
电影票房
娱乐圈
娱乐
弱智
火研
中华城市
印度
仙家
六爻
佛门
风水
古钱币交流专用
钓鱼
双色球
航空母舰
网球
乒乓球
中国女排
足球
nba
中超
跑步
象棋
体操
戒色
上海男科
80后
足球: 曼城 利物浦队 托特纳姆热刺 皇家马德里 尤文图斯 罗马 拉齐奥 米兰 里昂 巴黎圣日尔曼 曼联 |
| 网站联系: qq:121756557 email:121756557@qq.com 知识库 |