CPU是人造物的巔峰，這樣說并不準確，應(yīng)該說CPU是普通人能夠接觸到的人造物巔峰。因為不好與航空發(fā)動機、生物技術(shù)等比較那一個技術(shù)含量更高，畢竟是跨領(lǐng)域，難點各不相同。

芯片的本質(zhì)是將大規(guī)模的集成電路小型化

小到可謂在頭發(fā)絲上建造萬丈高樓，在方寸之間建造一座微縮的大型城市。

我們通常所說10nm、7nm、5nm的芯片中的納米（nm）是指晶體管柵極的長度。1納米相當于4倍原子大小，是一根頭發(fā)絲直徑的10萬分之一，比單個細菌（5微米）長度還要小得多。

能工巧匠通過手工操作的最小尺度大概是在1粒米上刻字。當然超高精度的機床，加工精度能夠達到0.01-0.001微米（μm）。

這就意味著通過雙手和普通的工具很難達到納米級的尺度。在納米級的尺度上建高樓大廈，同時要使晶體管、銅導(dǎo)線及其他材料涇渭分明，就需要使用特殊的刻刀，用光來做刻刀。

光刻的原理其實特別簡單，就像我們在沙灘曬太陽，陽光能夠照射到的皮膚呈現(xiàn)一種狀態(tài)，而陽光不能照射到的皮膚呈現(xiàn)另一種狀態(tài)。

芯片的制造原理

芯片想要做的越小，在單位面積內(nèi)容納更多的晶體管來實現(xiàn)更多的功能同時降低能耗，使用更短波長的光源是最直接的手段。

芯片的圖紙設(shè)計好后，會制作成一層層的光罩（芯片是由幾十層電路構(gòu)成，一層一個光罩）。然后讓光透過光罩射到晶圓上，被光罩上的電路圖擋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會被化學(xué)腐蝕反應(yīng)分解出去（或用等離子體轟擊晶圓表面的方式去除沒有被光覆蓋的位置），電路就會被刻在晶圓上了。

再通過離子注入把雜質(zhì)離子轟進半導(dǎo)體晶格中，使晶格中的原子排列混亂或變成非晶區(qū)。將離子注入后的半導(dǎo)體放在一定溫度下進行加熱，恢復(fù)晶體的結(jié)構(gòu)、消除缺陷，從而激活半導(dǎo)體材料的不同電學(xué)性能。

再通過氣相沉積、電鍍的方式形成金屬連線或絕緣層。

• 物理氣相沉積用于形成各種金屬層，連通不同的器件和電路，以便進行邏輯和模擬計算。
• 化學(xué)氣相沉積用于形成不同金屬層之間的絕緣層。
• 電鍍用于生長銅連線金屬層。

已經(jīng)制作好的晶圓在經(jīng)過化學(xué)腐蝕、機械研磨相結(jié)合的方式對晶圓表面進行磨拋，實現(xiàn)表面平坦化。然后再進行切片、封裝、檢測就做成了一塊完整的芯片。

在整個芯片制造過程中的極限難度

在整個芯片制造過程中難度并不在于“如何制備高純度硅？”、“如何畫芯片電路圖？”、“如何制作光刻膠？”、“繁瑣的工序”等，極限難度在于如何將電路刻畫到晶圓上，同時又保持晶體管和電路的涇渭分明，并且在納米的尺度上保持多層光刻電路的對齊。

這就是為什么AMSL的EUV坐在光刻機的巔峰，一枝獨秀形成高端光刻機市場的絕對壟斷地位。

為了控制光刻機精度的EUV光刻機系統(tǒng)采用極紫光作為光源，擁有10萬個零件、4萬個螺栓、3千條電線、2公里長軟管，絕大多數(shù)零件都是集全人類智慧大成的產(chǎn)物，如：美國的光柵、德國的鏡頭、瑞典的軸承、法國的閥件等。每臺EUV造價達1億美元，重達180噸，每次運輸要動用40個貨柜、20輛卡車，每次運輸需要3架次貨機才能運完，安裝調(diào)試也需要一年的時間。所以注定了ASML的EUV一年最高產(chǎn)量只有30部。

光刻機的原理雖然簡單，但要能制造出7nm、5nm芯片的光刻機難度可以想象，就算給你全部的零件和圖紙也很難調(diào)試到可用的精度。

這并不是一個普通人能夠仰望的高度，甚至是一個國家難以仰望的高度。好在我國早已布局芯片產(chǎn)業(yè)，雖然存在技術(shù)代差，但這種技術(shù)代差在不斷縮小，也并不是所有的芯片都需要做小，目前7nm、5nm芯片也僅僅用于手機。

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CPU之所以被稱之為人造物的巔峰，是因為生產(chǎn)CPU的高端光刻機是世界上任何一個國家無法單獨制造出來的，集合了世界上多個國家最先進的技術(shù)成果一起制造出來的高端光刻機，其高科技程度可以說完全不似地球產(chǎn)物。

量產(chǎn)光刻機生產(chǎn)企業(yè)全球只有三家

荷蘭的ASML，日本的尼康和佳能是全球量產(chǎn)光刻機的廠家，其中ASML生產(chǎn)高端光刻機，尼康和佳能主攻低端市場。中國也已經(jīng)有了自己的光刻機產(chǎn)品，但是與高端光刻機差距較大。

ASML的光刻機產(chǎn)品由德國提供機械工藝，美國提供光源，德國蔡司提供鏡頭，歐美技術(shù)支撐為背景，可以說是整個世界上最先進的技術(shù)成果，包括三星，臺積電，英特爾，中芯國際等全球大型芯片生產(chǎn)企業(yè)都主要購買ASML的產(chǎn)品。

基本上高端光刻機市場被ASML壟斷，英特爾為了避免ASML一家獨大，一直在扶持尼康，尼康在中高端光刻機市場的份額也在逐漸加大。

CPU是如何制造出來的呢？

大家都知道CPU是由沙子為原材料制造出來的，沙子在地球上的資源是非常多的，為什么CPU還賣那么貴呢？

主要在于生產(chǎn)CPU過程十分復(fù)雜，需要先將沙子提煉成硅，再將硅進行處理提純并最終達到99.9999%的純度，然后制造成單晶硅錠，將其進行切割成片，然后進行研磨直至達到無缺陷的表層，這個就完成了基本的硅晶片。

對硅晶片表層刷光刻膠，使用紫外線對其進行曝光，曝光后進行顯影溶膠，使用化學(xué)藥劑按設(shè)計電路進行腐蝕刻，清除多余光刻膠，反復(fù)重復(fù)過程最終得晶體管，將離子注入清楚雜質(zhì)，經(jīng)過清理和絕緣處理，開始構(gòu)建各晶體管之間的電路，基本上晶圓完整生產(chǎn)過程大致就是這樣。

完成后還需要對晶圓進行切割，測試，裝片和封裝，完成后進行測試，優(yōu)質(zhì)的為高端CPU，劣質(zhì)的為低端CPU，所以市場上高中低端CPU，其實都是一塊晶圓中生產(chǎn)出來的。

總的來說，CPU確實可以稱之為現(xiàn)今人造物的巔峰，但是科技是在不斷發(fā)展之中，也許不久將來會有新的科技產(chǎn)品超越CPU。

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CPU是不是人造物的巔峰這個我不知道，我知道的是就目前來說從制造的工藝復(fù)雜度來說，在民用這個級別可以說是沒有一個能夠和CPU的復(fù)雜度能比較了，要說這是民用級別的造物巔峰是真的一點也不為過。廢話不多說先放幾張圖看看。

上面這種圖就是在特殊機器下透視的出來的結(jié)果，可以非常清晰的看見CPU內(nèi)部的層狀結(jié)構(gòu)，越往下線寬越窄，越靠近器件層。這可是放大了幾千倍才能看到的結(jié)果，你就想一下，在一個針尖大小的面積按照現(xiàn)在工藝可以放下3000個左右的mos管，可想而知這是一種多么復(fù)雜驚人的工藝水準，再來看下截面圖

以上界面圖是CPU的和訊截面圖，大概有十層，其中最下層為器件層，即是MOSFET晶體管。而這些晶體管基本都是納米級別的，想一想要在比指甲蓋大的芯片上封裝幾億個晶體管并且還要將這幾億個晶體管用銅線連接起來你就想想這是一個多么可怕的過程。先來看看我們?nèi)祟愂侨绾螌⒆约旱闹腔廴ソ鉀Q這么復(fù)雜的一項工程的。

CPU制作原理

按照CPU的制作工作原理，從沙子原料(石英)、硅錠、晶圓、光刻(平版印刷)、蝕刻、離子注入、金屬沉積、金屬層、互連、晶圓測試與切割、核心封裝、等級測試、這系列的過程只是一個大的過程，要是在細分其中的小工藝整個工藝過程都在幾百個。

1.首先你的要熔煉硅，做成一個純度達到99.99999%的硅錠，相當于一百萬個硅原子中最多只能摻雜一個雜質(zhì)，然后通過切割的方式會得到一個晶圓，也就是單個硅晶片。

但是你要看到的是下圖當中的硅晶片其中有一個技術(shù)就是拋光，別說其他的技術(shù)就是這個拋光技術(shù)世界上也就那么幾個國家能夠掌握，其中我國也不具備。

2.下面即使光刻膠說白了就是在硅晶片上涂抹一層光刻膠，但是這個涂抹是非常有技術(shù)的，是非常薄的一層薄膜這個技術(shù)也是比較難掌握的。

3.光刻膠層隨后透過掩模(Mask)被曝光在紫外線(UV)之下，變得可溶，期間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)類似按下機械相機快門那一刻膠片的變化。掩模上印著預(yù)先設(shè)計好的電路圖案，紫外線透過它照在光刻膠層上，就會形成微處理器的每一層電路圖案。

4.使用化學(xué)物質(zhì)溶解掉暴露出來的晶圓部分，而剩下的光刻膠保護著不應(yīng)該蝕刻的部分。

5.緊接著就是粒子注入。也就是摻雜制作出PN節(jié)。有了這一步基本上一個mos管大概樣的樣子就形成了。

6.。在絕緣材(品紅色)上蝕刻出三個孔洞，并填充銅，以便和其它晶體管互連。

最終在通過磨平將上面一層的銅層磨掉，一個真正的mos管就制作成功了。

7.在絕緣材(品紅色)上蝕刻出三個孔洞，并填充銅，以便和其它晶體管互連。

8.然后再把各個晶體管連接起來，大約500納米。在不同晶體管之間形成復(fù)合互連金屬層，具體布局取決于相應(yīng)處理器所需要的不同功能性。芯片表面看起來異常平滑，但事實上可能包含復(fù)雜的電路，放大之后可以看到極其復(fù)雜的電路網(wǎng)絡(luò)，形如未來派的多層高速公路系統(tǒng)。

以上的步驟只是個大概的流程，其中一些流程要反復(fù)的光刻和蝕刻，還有線路的連接要反復(fù)的基層互相之間一層一層進行連接�？梢娺@是一個多復(fù)雜的過程，可怕的是每個MOS管都是納米級別的，小到只能顯微鏡可能才能看見。

工藝多復(fù)雜

上面只是涉及到了很小一部分的生產(chǎn)工藝過程，先不說里面的涉及到的制作技術(shù)，就說生產(chǎn)制造的設(shè)備光刻機這個永久的話題，目前來說靠一個國家的力量是難以突破的。AMSL能夠造出這樣的怪物機器也是集成了多個國家的技術(shù)以及各種專利，是好多個巨頭公司聯(lián)合投資才搞出來的一種頂尖設(shè)備，單靠任何一個國家的技術(shù)儲備都無法實現(xiàn)。

就是其中各種幾個原子層厚度的工藝技術(shù)也不是誰都能隨便搞定的。

因此不論是從工藝的復(fù)雜度和各種制造的復(fù)雜度來說，CPU簡直就是目前人類在極小制造業(yè)的巔峰之作，也是民用級別里面的巔峰產(chǎn)物，可以說是目前聚集了人類的各種學(xué)科范疇的頂尖理論研究成果的產(chǎn)物。

這個有點武斷了！人類一直在創(chuàng)造巔峰，又在一次次的沖破巔峰。比如最近我國就利用量子糾纏技術(shù)創(chuàng)造了墨子號，實現(xiàn)了量子領(lǐng)域的通信，這不是一個巔峰嗎？就好比前不久谷歌首次發(fā)布量子計算機實現(xiàn)的量子運算規(guī)模，不都是一次次的在沖破巔峰嗎？CPU只能代表一個時代的產(chǎn)物，并不是巔峰。人類沒有巔峰，因為人類永遠都在探索的路上。

這種說法主要來自于生產(chǎn)CPU的光刻機是世界上多個國家的產(chǎn)物。生產(chǎn)CPU不難，但是生產(chǎn)CPU的光刻機很難制造。目前來看，沒有任何一個國家能單獨生產(chǎn)出光刻機。而且即便是集合了全球多個國家的技術(shù)與科技，量產(chǎn)光刻機的生產(chǎn)企業(yè)全球也就只有三家。分別是荷蘭的ASML、日本的尼康和佳能。

縱觀全球所有的產(chǎn)品，到目前為止復(fù)雜程度還沒有能超過光刻機的產(chǎn)品，而光刻機僅僅是用于生產(chǎn)CPU。所以，在這種大環(huán)境下，也就有人認為目前CPU是人造物的巔峰。因為實在是太難制造了。

不過除了生產(chǎn)上的困難之外，還有一點就是CPU在我們生活中比較常見。是網(wǎng)絡(luò)世界的一個基礎(chǔ)，也是我們現(xiàn)在數(shù)字化生活的一個保障。從這點來看，說CPU是人造物的巔峰其實一點都不為過，畢竟如果沒有CPU，那我們的網(wǎng)絡(luò)世界或許將會變得非常慘淡。我們現(xiàn)在所接觸的手機、游戲機、電腦都不存在。

所以，我們完全可以理解成正是因為有了CPU我們才有了現(xiàn)在的生活。而且隨著網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的升級，技術(shù)的不斷完善，我們對網(wǎng)絡(luò)世界的需求也會更大。這樣一來，CPU在我們的生活中就會更加重要，因此說他是巔峰也不為過。

綜上，這么說的原因在于生產(chǎn)比較難、生活使用率比較高。到目前為止，還沒有什么產(chǎn)品能取代CPU在我們生活中的價值，所以，說他是目前人造物的巔峰其實也不為過。但以后或許就不是了，畢竟我們的需求在增加，產(chǎn)品升級也要跟上節(jié)奏啊。

以新冠病毒為代表的病毒，其整體尺寸一般在30-80nm。

而Intel長期被人嘲諷”已經(jīng)落后“的工藝制程為14nm。

而以14nm作為最小設(shè)計尺寸（很不嚴謹?shù)恼f法，但可以這么粗略理解）的晶體管，在一枚小小的CPU中有幾十億到幾百億個，與全人類數(shù)量在同一個量級上。

同時，需要小白注意的是，這些晶體管不是通過物理或化學(xué)反應(yīng)批量生成的重復(fù)物（如一滴水中有幾十億個水分子），而是每一個都有特定設(shè)計以及明確功能的實體，他們是一個個被畫出來并精確地制造在硅晶圓上的。

當然，最應(yīng)讓人感到震撼的是，在無數(shù)科學(xué)家與工程師的努力下，在波瀾壯闊的人類產(chǎn)業(yè)鏈合作之下，這個人造物的巔峰，僅以最低幾角錢最高不過幾千元的價格，就能來到你的手上。

（補充2：cpu價格不超過幾千塊確實只是針對大部分，面對3990x這樣的怪獸，我只能流下貧窮的淚水（我也好想數(shù)框框T_T））

（補充3：開頭和病毒的對比，不是說cpu和病毒比的復(fù)雜性如何，而是說明cpu的基本構(gòu)件真的很小。cpu的設(shè)計上的復(fù)雜性估計比不上任何一種生物啦，但是題目討論的是人造物）

因為CPU可以集成數(shù)十億個晶體管到指甲蓋大小的面積上，以完成諸多的功能。此外，CPU的制造工具光刻機也是人類當今先進科技的結(jié)晶。如今所享受到科技帶來的便捷離開了CPU就運行不了，當然了不僅僅只有手機和電腦中有CPU，像汽車，飛機，艦船，衛(wèi)星等這些設(shè)備中也有CPU，只不過性能沒有手機和電腦中的強。

制造大東西簡單，但是制造小東西就太難了。如今CPU的制程工藝達到了5納米，這是什么概念？要知道現(xiàn)在最小病毒的長度還是17納米，而CPU的制程工藝竟然比病毒還小，由此可知制造CPU的難度究竟有多大。像麒麟970處理器的內(nèi)核面積只有96平方毫米，而里面就集成了55億個晶體管。到了麒麟980內(nèi)核面積為76平方毫米，但是集成了69億個晶體管。這就可以證明CPU的集成度達到了巔峰，當然這并不是最先進的CPU。另外，CPU內(nèi)部的晶體管可不是單層的，而是多層的，其內(nèi)部密密麻麻的復(fù)雜結(jié)構(gòu)相當于一座城市。也可以說，CPU相當于一個面積縮小到幾十平方毫米的城市。除了足夠小之外，還要具有強大的運算能力，說CPU是人類制造產(chǎn)品的巔峰是毫無懸念的。因為沒有什么產(chǎn)品的制造難度比得上CPU了。

另外，CPU的制程工藝突破也不容易。從早期的90納米，65納米，45納米，32納米，28納米，14納米，10納米到如今的7納米，5納米，甚至3納米。每次節(jié)點的突破都代表了性能的提升和技術(shù)的進步，也代表了人類制造越來越精細化。當然，除了制程工藝之外，制造CPU前，也要對單晶硅進行極致的提純，如今的單晶硅純度高達99.99999999999%，純度越高越好。

俗話說，航空發(fā)動機是工業(yè)的桂冠，而制造CPU所用的光刻機就更是工業(yè)桂冠上的明珠了。如果說，航空發(fā)動機是考驗一個國家的材料，重工業(yè)技術(shù)的話，那么光刻機就是考驗世界所有國家的精加工，材料，微電子，超精確控制等等的技術(shù)。要知道，如今可以獨立制造航空發(fā)動機的國家有中，美，俄，英，法，日。而可以制造光刻機的國家就只有中，日，荷，美了。但是能夠制造出先進EUV的國家就只有荷蘭。所以說，光刻機和CPU的制造難度是要高于航空發(fā)動機的。說CPU或者光刻機是世界上制造難度最大的設(shè)備也是可以的。

歷史上總有人在某個時代對于一個比較流啤的東西最大的贊美就是冠于人類某某某方面的巔峰。這種贊美在每個時代層出不窮，但是到了下個時代可能這個東西就變的很普通了。

通常這類人格局永遠到不了看到未來的高度，這種井蛙思想少聽為妙。也許下個時代，CPU就和機械齒輪一樣簡單，隨便找個下個時代類似普通工程師的人都可以玩出花。

而且如果你對電子技術(shù)有所了解，現(xiàn)在GPU已經(jīng)開始漸漸吞噬CPU的市場和地位了。

應(yīng)該說是民用級的人造巔峰，因為上面還有軍用級，再往上還有無法量產(chǎn)的研究級。

哈哈！每個人的看法不同！CPU很棒！但人工智能不棒嗎？阿爾法狗應(yīng)該了解吧！它是人工智能的成果之一。

量子通信和量子計算機不棒嗎！雖然還只是實驗階段。

人造太陽！這個牛逼吧！也就是控核聚變，模擬太陽。

其實還有很多！只是目前離我們生活還很遠。