《科幻洪荒,我成了云霄召唤兽》第56章 彩虹处理器 免费试读
在当今时代,芯片可以算是最先进的技术了,因为芯片的设计、生产、加工都极其复杂,涉及上千个行业,仅光刻机就涉及上百个行业。
做一个芯片,其实是无数人的共同努力,绝对不是一个公司能做到的。
方浩计划进入芯片行业,因为辉煌科技公司拥有室温超导体,可以生产世界上最先进的芯片。
超导体在芯片中的应用可以避免芯片发热的问题,因为超导体的阻抗等于零。
此外,我们可以利用超导体的约瑟夫森效应来制作新的超导体芯片,而不是半导体芯片。
约瑟夫效应就是这样。当两块超导体之间的绝缘层薄到原子大小时,将超导体放在磁场中,超导体的最大超导电流随外磁场的大小有规律地变化。
这样就可以利用磁场来控制电流,通过这个原理就可以制造出不发热的芯片。
当然,这个项目只是地球上的一个想法,还没有相关的理论出现。
在金木的次级文明中,超导体芯片是新一代芯片,比半导体芯片强大许多倍。
虽然方浩已经开始考虑超导芯片,但仍需要先制造一些半导体芯片,以积累芯片研发实力。
他需要一批半导体人才,才能研发超导芯片。
IC芯片的全称是集成电路,是将设计好的电路以堆叠的方式组合在一起。通过这种方法,可以减少连接电路所需的面积。
可见,芯片制造其实就是原子制造,精度要求非常苛刻,这也是中国无法生产CPU的原因。
芯片在结构上分为三层。
首先,晶圆层。
从IC芯片的3D剖面来看,底部是晶圆,晶圆基板在芯片中起着基础的作用。
第二,逻辑门层。
在集成电路中,晶片的上部称为逻辑门层,是整个集成电路中最重要的部分。把各种逻辑门组合在一起,就完成了一个功能齐全的ic芯片,结构非常复杂。
第三,连接层。
逻辑门上方还有一层连接层,不会有太复杂的结构。这一层的作用是将逻辑门需要连接的部分连接在一起,相当于导线。
芯片里通常有很多连接层,因为要连在一起的线太多了。如果单层不能容纳所有的线,就要多叠加几层才能达到这个目的。在这个过程中,不同层的线路会上下连接,满足布线要求。
工作原理和喷漆一样。比如你想用喷漆罐做一个精细的画,你需要把人物的盖板剪下来盖在纸上,然后把颜料均匀的喷在纸上。待油漆干透后,取下盖板,反复重复此步骤,即可完成一幅工整复杂的图形。
同理,IC通过覆盖的方式一层一层堆叠,最后形成一个神奇的芯片。
芯片在制造过程中分为四个步骤。虽然制造步骤和实际制造中使用的材料有所不同,但大体上都采用了相似的原理。
这个过程和油漆粉刷略有不同。IC制造是先漆后盖,油漆涂装是先盖后漆。
第一步,金属溅射:将使用过的金属材料均匀地撒在晶圆上,形成薄膜。
第二步,涂光刻胶:首先将光刻胶放在晶圆上,光束透过掩膜打在不需要的部分,破坏光刻胶结构,然后用化学药品洗去损坏的材料。
第三步,刻蚀工艺:用离子束刻蚀未被光刻胶保护的硅片。
第四步,去除光刻胶:使用光刻胶去除剂溶解所有剩余的光刻胶,从而完成一个工艺。
最后,许多集成电路芯片将在一个完整的晶圆上完成。然后只要把方形的IC芯片切掉,就可以送到封装厂进行封装。
芯片封装时,引线会有阻抗,这些阻抗会产生热量。方浩的计划是在制造芯片时使用超导体连接内部引线,这样可以大大减少热量。
超导体的使用可以大大降低信号传输过程中的噪声和热量,提高芯片性能,使28nm工艺的芯片性能超过世界上最先进的5nm工艺芯片,从而打开芯片市场。
一切都是一个想法!
目前,TSMC、三星、英特尔等。拥有比较高的芯片加工技术水平,其中TSMC的芯片加工能力已经达到5nM,其他公司目前可以达到7nM。
这些公司技术先进,主要是因为进入行业早,技术手段先进,经验丰富,研发投入大,在国际上没有收购技术的阻力。尤其是TSMC的创始人,可以说是和世界集成电路一起成长起来的,不仅个人技术基础好,而且对行业发展了如指掌,在业内有很高的威望和人脉,做事也很顺利。
中国最强的芯片技术公司是SMIC,它可以生产12纳米芯片。杰出的科技公司可以在SMIC大规模生产芯片。
然而,方浩不可能完全依赖SMIC。他准备自建半导体生产线,争取在芯片行业独当一面。
这不能打败方浩。如果不行,方浩可以从金木购买芯片生产线,但是地球上没有懂得操作这些设备的人,生产线的来源也是个麻烦。
集成电路设计是制造芯片的第一步。IC设计需要工程师有很强的专业能力和无数的实验。
有时候验证一个猜想需要上百个实验,每个实验需要做一个芯片,花费无数金钱,不可能一蹴而就。
目前国产CPU还没有完全自主研发设计。如果追根溯源,国产CPU的设计大致如下:
破解打磨别人的CPU,比如汉芯,获得别人的授权,在此基础上加上自己的设计,比如华为海思,获得ARM的授权后再设计自己的设计。苹果、三星、高通、联发科也是如此,但苹果和高通的二次变魔术能力更高。
直接买整套解决方案,也就是说有神威系列CPU是用来计算太湖之光的,买结构授权,然后自上而下自主设计,比如龙芯CPU。虽然不是完全自主研发设计的,但大部分都是自己的东西。
还有一个问题。芯片做出来之后,需要占领市场。更重要的是,它可以建立市场生态。作为精密元器件,芯片的性能直接影响到一个产品。如果没有100%的可靠性,市场不会购买这种芯片。
英特尔之所以成为X86架构CPU的霸主,关键原因在于其成功构建了一个X86架构的生态系统。竞争对手想另起炉灶用其他架构搞CPU,没人会买。产品卖不出去,也赚不到钱。企业只能倒闭。
这也是国产芯片需要授权的原因,而加入对方市场生态的原因是需要支付高额的授权费用。
可以说,没有专利权和许可费,欧美的高福利社会将难以为继,因为他们的大部分福利都是通过技术许可和专利来掠夺穷国的。
只要芯片加入市场生态,设计并不难。世界上最多的时候有过100多家芯片设计公司,现在优胜劣汰后有五六十家。
现在芯片厂商不超过十家,第一梯队三家:英特尔、TSMC、三星,基本形成寡头垄断格局。
国产芯片的短板不在设计、封装、测试,而在生产。
与TSMC等巨头相比,国内芯片生产工艺至少落后三代。在芯片代工生产市场,落后一代就意味着淘汰,落后三代就意味着浪费。
中国的制造商向五大设备制造商下了订单,他们在五年前才购买了该设备,五年内不会出售该设备。
方浩有完整的芯片设计图纸,在金木星球上是古董,但在这个世界上是顶尖的技术,可以大大降低芯片设计的成本,因为他的图纸是现成的。
辉煌科技要制造一款嵌入式处理器,代号辉煌一号。该芯片采用ARM架构,模仿金木星球的彩虹处理器。这是500年前著名的主控芯片,甚至超越了PC端的CPU。它的发射震惊了当时整个科技界。
有些硬件设计原理很新,比如阻抗匹配,放大参数设计等等。这个芯片比现在地球上的芯片设计技术先进100多年。
虽然有图纸,但是这些工程师需要努力学习才能把这些图纸变成现实,电路中的参数需要一一计算。
方浩并不打算将这些图纸直接发给辉煌科技,而是通过引导他们参与IC版图的设计来激励it领域的潜在人士。
在辉煌科技公司的芯片生产基地,无数工作人员辛勤工作,工作人员测试调试生产线设备。