崔潇潇摇摇头,受到现在这个身体的限制,她很难完成高复杂和大规模的数据运算,如果是前世的话……
卫宫肯定要惊叹他们那个超人的时代。
不过现在不是怀旧的时候。
崔潇潇将最后一条线画完,然后整理桌子上的图纸递给卫宫。
“这是通用计算机的内部构造图,这是cpu的,主板、内存、显卡、硬盘、连接线……”
“话说我们为什么不直接开造量子计算机呢,你明明知道它的构造,还要使用这么原始的东西……”
“你先看看再说。”
卫宫拿起来看了一眼,后面的那些还好,但是cpu的这个部分……
他揉了揉太阳穴,觉得又重新回到考试噩梦的高中时代。
“好吧,我明白了。”
卫宫沮丧地低下头,他的认知能力还不足以造量子计算机。
“我给你讲解一下cpu的工作原理。”
崔潇潇从床上跳下来,穿着白色蓬松的睡衣,抱着手,然后小脚晃荡着往地下实验室走去。
“先给你讲解最基本的三种结构。”
崔潇潇将图纸横铺在白色玻光板上。
“电子计算机的所有原理都是基于这个基础上的,首先是与门或者叫做且门。”
她用红色的笔圈出上面的一块,一个半圆角形图案,左侧连接了两根线,右侧是同样的一根线。
“这两根线是负责输入,另外这根是输出,当上面两根中的电流信号同时通过且门时,且门就会打开,同时向外输出电子信号。”
“且门通过极小的晶体管来控制电流输出,如果且门的第一根输入线断开,那么来自其它部件的电流就会在第一个晶体管上停止。”
崔潇潇将笔从且门的三层结构挪到中间一层,“当第一根输入线为开启状态时,在中间这一小片绝缘金属的周围形成电场,电场将其从半导体变成了导体,改变了半导体的材料属性,这样,本来不流通的电流就能从上方流通到下半部分了,就相当于给电流搭了一个临时通过的桥。也可以叫做开关。”
“微电子最难的地方在于其中‘微’字。如果想要它高效而简便,就要尽可能做小,通过最少量的电荷数,甚至只需要三分之一个电子电荷就能完成电路的改写。”
“门的性质取决于晶体管之间的连接方式,像我刚才画的这个,晶体管要能输出电流,必须依赖另外两个同时输出电流,这样就是一个与门。”
崔潇潇将笔挪动到下面一个晶体管的连接图,“或门是将多个输入线连接到一起,所以像这样,其中任何一根线有电流通过,都能改变半导体使得它输出电流,那么这个开关就被称为或门。”
“非门则是用晶体管反转输出的电流到地线,然后快速地使得线路短路。如果输入流为开启,那么非门就会输出短路。”
崔潇潇将笔指向左侧的alu单元,“所以我们常见的计算机,主要就是靠这几种门,然后通过这边的逻辑运算,也是同理控制电流的输入和输出,从而控制各个半导体的开启关闭。这里转换成信号,就是0和1,关和开。”
卫宫点点头,听起来没有想象中那么复杂,说白了,其实计算机就是将人类通用逻辑通过开关来进行表达,然后所有的抽象符号,包括文字和数字都是通过转换成电流的开关来进行。
“好,那就交给你了。”崔潇潇满意地笑起来。
“……”
执行起来倒是没有什么问题,几种基础机构也弄明白了,只是卫宫并不明白电路图为什么要画成这个样子。
不过这并不妨碍他进行制作。
cpu的制作工艺,是电脑中最复杂的部分,这也是为什么芯片是21世纪的核心技术的原因。
刚才崔潇潇绘制的图纸,已经是放大几万倍之后的结果了,按照比例进行压缩,最后成型的一颗cpu,在崔潇潇设计的结果里写得非常清楚——
2x2cm。
也许她过高地估计了卫宫那个时代的制造工艺,又或者是她小学课本里本身教授的就是2020年以后的东西,这个尺寸比最初的要小了非常非常多。
制作cpu,首先要进行晶圆的制作,提纯硅以后得到硅锭,然后切割成完美的圆柱体,一般来说,晶圆切得越薄越大,相同量的硅材料能够制造的CPU成品就越多。
这之后是蚀刻过程,卫宫必须得借助电子显微镜的帮助,并且铸剑系统全负荷运转,才能够进行稳定的操作。
卫宫还从来没有尝试过这样高难度的挑战,直觉得全身血液都沸腾起来。
在崔潇潇看来,卫宫一动不动坐在那里,已经长达好几个小时。
而他加工台上的晶圆正在慢慢塑形变化……
这是个什么样让人窒息的操作……
“月之镜面·开启!”
系统在他的面前投影出虚无的镜面,然后卫宫抬起头来,以系统的天眼在图纸上扫描起来——
“复制·原之天象!影射之术·开启。”卫宫双手在虚空中拉开,铸剑师系统自动将图纸影像完美提取抽象,然后通过月之镜完美地缩小放射到下面的晶圆。
“光法·剑刻,开始……”
……
崔潇潇惊讶得下巴都要掉下来,她原本想的是,通过大图纸先进行一版大电路模板的制造,然后再通过投影将其进行缩小层的遮罩蚀刻。
没有想到卫宫居然直接上手……
蚀刻使用的是波长很短的紫外光并配合很大的镜面,通过原子对硅晶面的轰击而做成。
在崔潇潇的了解中,蚀刻的单位越小越好,在22世纪,这个单位一度缩小到只有0.1nm。
在蚀刻完成后,为加工新的一层电路,再次生长硅氧化物,然后沉积一层多晶硅,涂敷光阻物质,重复影印、蚀刻过程,得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。重复多遍,形成一个3D的结构,这才是最终的CPU的核心。
总体来说一颗高质量的cpu取决于三点:晶圆切片,越大越薄越好,蚀刻单位越小越好,层数越薄越多越好。
……
.....