为什么有人说“CPU是人造物的巅峰”？

[导读]“CPU是人造物的巅峰”这样说其实并不准确，应该说“CPU是普通人能够接触到的人造物巅峰”。因为不好与航空发动机、生物技术等比较那一个技术含量更高，毕竟是跨领域，难点各不相同。芯片的本质是将大规模的集成电路小型化小到可谓在头发丝上建造万丈高楼，在方寸之间建造一座微缩的大型城市。我...

“CPU是人造物的巅峰”这样说其实并不准确，应该说“CPU是普通人能够接触到的人造物巅峰”。因为不好与航空发动机、生物技术等比较那一个技术含量更高，毕竟是跨领域，难点各不相同。

芯片的本质是将大规模的集成电路小型化

小到可谓在头发丝上建造万丈高楼，在方寸之间建造一座微缩的大型城市。

我们通常所说10nm、7nm、5nm的芯片中的纳米（nm）是指晶体管栅极的长度。1纳米相当于4倍原子大小，是一根头发丝直径的10万分之一，比单个细菌（5微米）长度还要小得多。

能工巧匠通过手工操作的最小尺度大概是在1粒米上刻字。当然，超高精度的机床，加工精度能够达到0.01-0.001微米（μm）。

这就意味着，通过双手和普通的工具很难达到纳米级的尺度。在纳米级的尺度上建高楼大厦，同时要使晶体管、铜导线及其他材料泾渭分明，就需要使用特殊的刻刀，用光来做刻刀。

光刻的原理其实特别简单，就像我们在沙滩晒太阳，阳光能够照射到的皮肤呈现一种状态，而阳光不能照射到的皮肤呈现另一种状态。

芯片的制造原理

芯片想要做的越小，在单位面积内容纳更多的晶体管来实现更多的功能同时降低能耗，使用更短波长的光源是最直接的手段。

芯片的图纸设计好后，会制作成一层层的光罩（芯片是由几十层电路构成，一层一个光罩）。然后让光透过光罩射到晶圆上，被光罩上的电路图挡住找不到光的部分留下，而被光照到的空余部分的感光材料会被化学腐蚀反应分解出去（或用等离子体轰击晶圆表面的方式去除没有被光覆盖的位置），电路就会被刻在晶圆上了。

再通过离子注入把杂质离子轰进半导体晶格中，使晶格中的原子排列混乱或变成非晶区。将离子注入后的半导体放在一定温度下进行加热，恢复晶体的结构、消除缺陷，从而激活半导体材料的不同电学性能。

再通过气相沉积、电镀的方式形成金属连线或绝缘层。

物理气相沉积用于形成各种金属层，连通不同的器件和电路，以便进行逻辑和模拟计算。
化学气相沉积用于形成不同金属层之间的绝缘层。
电镀用于生长铜连线金属层。

已经制作好的晶圆在经过化学腐蚀、机械研磨相结合的方式对晶圆表面进行磨抛，实现表面平坦化。然后再进行切片、封装、检测就做成了一块完整的芯片。

在整个芯片制造过程中的极限难度

在整个芯片制造过程中难度并不在于“如何制备高纯度硅？”、“如何画芯片电路图？”、“如何制作光刻胶？”、“繁琐的工序”等，极限难度在于如何将电路刻画到晶圆上，同时又保持晶体管和电路的泾渭分明，并且在纳米的尺度上保持多层光刻电路的对齐。

这就是为什么AMSL的EUV坐在光刻机的巅峰，一枝独秀形成高端光刻机市场的绝对垄断地位。

为了控制光刻机精度的EUV光刻机系统采用极紫光作为光源，拥有10万个零件、4万个螺栓、3千条电线、2公里长软管，绝大多数零件都是集全人类智慧大成的产物，如：美国的光栅、德国的镜头、瑞典的轴承、法国的阀件等。每台EUV造价达1亿美元，重达180吨，每次运输要动用40个货柜、20辆卡车，每次运输需要3架次货机才能运完，安装调试也需要一年的时间。所以注定了ASML的EUV一年最高产量只有30部。