为什么有人说CPU是人造物的巅峰？

说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年还在上CCTV，你的名字会出现在99％的教材中，逢高考数理化必考你，诗歌小说舞蹈说的都是你，什么大V、明星、富豪在你面前都不敢大声喘气，你的老家说成为爱国教育基地，你家祖坟会成为风水宝地，甚至你出生时有金龙从天而降的传说流传千年，从此以后，美国再敢说什么，直接把你的名字搬出来，胜过千言万语。

当然，这些都是臆想，唯一的的目的就是我想说，CPU是目前人类智慧及技术所能制造的最顶端的时代产物，CPU让人类文明发生跨越，是人类的第二个大脑。

如果说印刷术的发明，让人类活得像个人，那么光刻CPU的发明，将人类推到了神的位置。

对于普通人来说，要说清楚CPU或者是芯片的制造，无疑是“纸上谈兵”，很难以用语言来表述，当然，我也说清，因为CPU涉及到物理学、材料学、光学、量子力学、微电子、统计学等人类最前沿的知识科学。

CPU制造的技术流程：是人类所创造体积最小，工艺最为复杂的物体

众所周知，半导体产业中使用最多的是硅元素，而硅也是制作集成电路的最优秀的原材料，CPU制作的原材料也是硅元素。

网上有很多CPU的生产流程，为了方便大家能看得懂，借鉴国外小伙手工打造CPU的流程图。

1、这位小伙子在野外捡了一块石头，然后把石头弄成粉末。

2，因为石头的主要成份就是二氧化硅，碳酸钙等，石头弄成粉末后，你就得到了纯度高达98%的二氧化硅，但是，这时的二氧化硅并不是单晶硅，因为平均每100万个硅原子中就有有一个杂质原子。

3、进行提纯，将二氧化硅加热到1600-1800℃，使其成为固定形态的单晶硅，学名电子级硅，继续用氯化氢进行提纯，使其纯度成为达到99.99%的多晶硅，然后继续这个工作，直到获得99.9999999%多晶硅金属。

4、把你得到的多晶硅锭放入坩埚中，将其加热到1424.85摄氏度，取一点单晶硅放入熔化后的硅液中，然后，慢慢地拉动单晶硅，一边拉一边冷却，你就会得到一个“锥柱体”。

5、使用金刚石锯，将这个“锥柱体”的硅锭进行切片，通常是1mm厚的圆片，你就得到了晶圆。一般工厂里生产的晶圆直径越大，说明技术越好。Intel当初使用的晶圆尺寸有2英寸/50毫米。

6、买一瓶光刻胶，又称光致抗蚀剂倒在硅晶圆上，是光刻工艺中用来抗腐蚀的涂层材料，相当于“防晒霜”作用，把光刻胶对晶圆表面进行清洗和抛光。

7、用一块有电路图案的光刻石英掩模，并向这块光刻石照一束激光，电路图案就会被刻到晶圆上。

8、光刻以后，在光刻胶的影响下，被光遮罩产生的阴影部分会使硅晶圆表面形成化学变化，出现高低不平的状态，用酸来腐蚀掉，直到得到有“晶体管”的“晶圆”。

其实这个过程，并非如此简单，在英特尔的生产流程中，光刻机还要进入纳米级制作晶体管，一个针头上就能放下大约3000万个晶体管。还要注入光刻胶，并以超过30万千米每小时的离子流速度进行电场加速，改变硅的导电性。这才算真正意义上的“晶体管”。

9、进行“晶圆”切片，切成一块块的硅模具，然后电镀一层硫酸铜，将铜离子沉积在到晶体管上，形成一个薄薄的铜层，随后进行抛光。

10、导线连接，不同晶体管之间形成复合互连金属层，六个晶体管的组合，大约500纳米，完成之后，芯片虽然看起来很光滑，其实里面可能包含有20多层的复杂电路，如同高架桥一样。

这一工作做完，芯片就基本上制作完成，剩下就是复杂的检测工作，最后刻下LOGO，打包进入市场。

需要说明的是，从一块石头到一块CUP，国外不伙虽然展示的细节并不多，但一块高端的CPU并非如此简单，从第9步开始，他使用的是传统锡焊连接方式，最后功能怎么样，不得而知，毕竟光刻机不是随便什么人都能有的。

一块指甲盖大小的芯片，上面却有数公里的导线，几千万甚至上亿根晶体管，光氧化、光刻、离子注入这些都不是小技术。普通人更是无法理解，1纳米差不多是1/100000的头发丝的空间里是怎么做到能放这么多东西的。

从这方面来说，CPU的制作不仅仅是人类掌握了光电的秘密，从更深层的意义上说，几十亿年来，人类对光的理解都是看不见摸不着，而如今人类却可以把光当做刻刀，为自己所用，这是人类所跨出的一大步，而这一步可能还只是开头。

所以，把一颗石头变得会思考，CPU绝对是人类技术上的巅峰创造，人类实现了从无到有，从有到无限的大的新可能，为人类未来创造新物质，甚至新生命提供了核心动力。

CPU制造的知识难点：是集人类之大成

毫不夸张的说，没有任何一个国家能独立做出一颗CPU。因为CPU制作中的每一步都需要不同难点，而这些难点甚至无法给出合理的解释。

光刻，光刻机类似激光打印机，只不过光刻印的不是纸，而是电子元件。采用的镜头，高达2米，直径1米，甚至更大，ASML光刻机的精密程度达到100纳米，而头发丝的直径是30000-50000纳米。然而光刻机被荷兰掌握，几千万美元一台，还要排队。

很难想象，一个纳米级表面沟道里，有着影响整个人类现代文明的产物。

光刻胶：光刻胶就像是防晒霜，没有抹防晒霜的地方会被晒到，作为光刻工艺中用来抗腐蚀的涂层材料，它对刻蚀精度至关重要 ，一步出了岔子，直接报废。而这个东西，目前被日本所垄断，美国人都没办法。

离子膜：CPU内部线路层层叠加，又只有头发丝的几百分之一大小，金属原子要一个个的散落在十万数百万甚至数亿的量级的线路上，形成一层层的导电层，厚度变化要控制在几个埃之内，可以想象多精密。

研磨：导电层弄完了，厚度不一致的膜，还要磨掉，有多难让离子附上去，就有多难磨掉。

注入：注入是整个芯片制作过程中最为关键的一步，电荷多寡需要设计出不同的电压器件，注入的剂量，角度，这些外界更无从所得，这个步骤里不同离子还要分开，避免污染。

量测：纳米级的东西，不像毫米，每一个部位的厚度，宽度，直径，都是要控制。

设计：CPU内部就像一个缩小版的城市，每一个“道路”，每一栋“房子”，都要经过起上万亿次使用而不出问题，而它们还要控制上头发丝的几百分一的大小，还要连接金属导线。

另外：生产CPU的机器，每一台都的耗电量就是上百万瓦，相当于一个小型发电站，台积电就因为用电问题和台湾当局有过协商，而且一个制作芯片的厂家，从机器到工程师到生产工人，前前后后花花费上百亿的资金。

这些都是CPU或者芯片制造过程中要解决的难题，不是光靠精密的数控技术就能解决的，有来自基础物理的限制，有量子力学的限制，甚至有来自人类想象力的限制。

在芯片制作领域依然有许多人类无法解释的现象，只知道可以做出来，但并不能用目前的知识来分析来解释，就像古人知道火能干什么，但并不知道如何产生火一样。

就比如：静电释放（ESD），随着芯片越来越小，芯片内部的静电释放如同闪电一样，让人无法预测，虽然如今的芯片都有设计的ESD保护模块，但是依然有大量ESD失效的案例发生。

人们的解决办法就是，先用着，用着用着就懂了，以后再来探索，一直都是人类在求知上的逻辑，这也是为什么说理论来实践是相互依存的关系。

为什么说CPU是人造物的巅峰？

在过去200年里，人类最重要的发明是什么？

蒸汽机？电灯？火箭？原子弹？这些可能都不是，是晶体管，这个小东西让三个人获得诺贝尔物理学奖，被誉为“20世纪最伟大的发明”。

1948年，贝尔实验室发明了晶体管，但他们并没有想到，他们能成就了“硅谷”，成就现代计算机。从而有了“一个人干几个人的活”这种事发生。

一生二，二生三，三生万物，晶体管的出现为集成电路、芯片的产生奠定了基础。而CPU让电路能够计算，更重要的是存储和记忆，这两个只有生物只有的功能。

值得一提的是：CPU目前的发展过程和地球生命的诞生很相似。

地球在37亿年前就诞生生命，在这部分时间里，地球处于单细胞微生物的时代，直到人类的诞生后，一世纪以前，电的发明，让人类学会了发射无线电信号。

也是在这个时期，人类发明了原始的CPU，这时的CPU就像一个单细胞生物，无法发送无线电信号，也不能跟别的生物交谈，只以进行快在速的搬运和计算，受人类这个物种支配。但是，在未来了？

总有一句话说，人类是外星文明创造的实验品，那么现在的CPU在未来是否能成为现在的“人类”？

这是很让人细思极恐的一件事，却足以说明CPU的强大，当然，目前的CPU还远远不够。

摩尔定律告诉我们，当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

一个硅原子直径大约只是0.2纳米，那么，以后更小的晶体管器件必定会生产，那么整个行业，整个人类社会，将会有更多改变和未知数。

所以，无论是从技术层面，还是人类所掌握的知识层来来说，CPU地目前，乃至将来，都是人造物的巅峰，除非未来量子领域出现更优良的替代品。

写在最后：

CPU的出现，改变了人们的生活习惯，也为加速了人类探索宇宙，寻求知识的速度，未来的芯片将会越来越小，需要的技术越来越难以理解。

所幸的是，在半导体领域我国虽然起步晚，但也做得非常出色，摆正了姿态，将来拥有自己的芯片，迟早的事。