patterning（如果英特尔一直以挤牙膏的方式研发CPU，CPU的性能是否会进入一段停滞期

本文目录

• 如果英特尔一直以挤牙膏的方式研发CPU，CPU的性能是否会进入一段停滞期
• 小小芯片上的上千万个晶体管是怎么装上去的
• 为什么荷兰能制造世界顶级的光刻机（asml）却没有世界顶级的芯片公司
• 中国的光刻机与刻蚀机达到世界先进水平，为什么有些人还说中国芯片业依旧前路艰辛
• 光刻机技术的难点是什么中国有没有能造光刻机的企业
• 光刻机设计工作原理是什么
• 芯片是设计难，还是工艺更难

如果英特尔一直以挤牙膏的方式研发CPU，CPU的性能是否会进入一段停滞期

借用一个大神的答案，回答一下！

以下原文：

CPU发展停滞，挤牙膏挤不出来本质上是因为 半导体制造技术的瓶颈...

往大里说，过去的几十年里，普通人眼里的科技飞速发展...基本上都不同程度的搭了晶体管的顺风车...也就是摩尔定律的顺风车...

半导体制造一路高歌猛进，突破90纳米大关，本来到了大概45用193nm 的ARF来曝光已经到了极限...但是ASML的immersion刷新了这个极限...一直到了28nm, 甚至到14nm依然用改良的193ArF immersion曝光机进行double甚至triple patterning...虽然成本很高，但是好歹可以勉强接受...然而到10及以下，基本上已经193波长完全不能满足了...下一代EUV采用13.5nm的极紫外，只是实在还不太成熟，而且成本更高...就很尴尬的卡在这里了...

如果说EUV方案其实还好...晚个一两年但完全可以量产，用到7nm也不是问题...然而下一个问题却是神也无法解决...

5纳米的时候就是所谓的物理极限...其实就是5nm会出现大量的量子效应，也就是电子遂穿等，再牛逼的高势垒材料也挡不住....届时晶体管的作用机理将完全失效...天要下雨，娘要嫁人...所以ITRS果断宣布摩尔定律失效...

讲到这里，tick-tock的一个腿就已经断了...可以说这个锅因特尔完全不背啊...

however，还是有几种解决方案的...比方用high mobility的三五族化合物等做沟道材料，比如说发展3D结构 （不是Finfet，那不是3D），比如说quantum dot啊等等...这些课题，各大世界级高校都有在做...成熟到商用也是毋庸质疑的...虽然不知道Intel进展如何，但可以肯定Intel绝对走在最最最前面...然而速度放缓是注定，而且可以预测的是过10年又会陷入技术断层...因为你见或者不见，物理极限始终在那里啊...

总之，目前还没有能取代半导体晶体管的下一代技术...甚至连个苗头都木有...以后的世界就是是程序员的了，换换架构，优化flow...所谓tick-tock只能不痛不痒一瘸一拐的往前走...

而且，scaling down 能带来的频率提升也到头了，尽管到了3GHz的时候设计上的cross-talk也会导致频率提升变得极其困难...

讲真普通人觉得性能没提升主要是很多设计上的基本单元几十年来根没怎么变过...本身已经最优了也没法变...比如缓存，6T或者8T SRAM用到现在...这就让人很绝望了...

再总之...Intel已经很良心了...大概可能不久的以后你们会看到各种1024核2048线程的CPU出来骗钱了...

-结束-

小小芯片上的上千万个晶体管是怎么装上去的

苹果的A14芯片在85平方毫米的面积内塞入了125亿~150亿颗晶体管，这就意味着每平方毫米的晶体管密度可望达到1.76亿。如果等比例放大，可比北、上、广、深任何一座城市的规模复杂得多得多。

不要试图用传统的办法一颗一颗的焊接这些相当于头发丝直径10万分之一大小的晶体管，因为根本不可能，用镊子夹一颗晶体管跟夹空气没有任何区别，更别说用烙铁将晶体管准确的焊接在已纳米计算的位置上。

目前普通人手工能操作的最小尺度应该是在一粒宽约1毫米、长约3毫米的米上刻字。当然借助超高精度的机床操作，精度可以达到0.01~0.001微米，这种极限精度对于操纵一颗晶体管还远远不够。

晶体管其实并不是焊上去的，而是通过光刻出来的

没错就是用光来做刻刀，原理就像我们在沙滩上晒太阳，暴晒一段时间后，阳光能照射到的皮肤呈现深色，而经过遮挡的皮肤阳光无法照射呈现浅色，这样一幅具象的图案就显现出来了。

首先需要一块纯度99.999999999999%（小数点后面12个9）的高纯度晶圆做地基。这样晶体管和铜导线才能夯实得各归其位。

光源是直接决定单位面积内能容纳多少晶体管的决定性因素之一。芯片想要做得越小、在单位面积内容纳更多的晶体管，使用更短波长的光源是最直接的手段。ASML的极紫外光刻机（EUV）是以10~14纳米的极紫外光作为光源。

设计好的芯片图纸会被制作成一层一层的光罩，一般一块芯片是由几十层电路组成，而每一层电路都需要一个光罩。

万事俱备只欠东风，晶圆加热表面形成氧化膜后，让光透过光罩射到涂了光刻胶的晶圆上。被光罩上的电路图挡住光的部分留下，而被光照到的光刻胶遇光就会起反应，容易会被化学腐蚀反应分解出去，或者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，一层电路就这样刻在晶圆上了。

不需要的光刻胶除去之后，在露出的晶片内注入使晶体管能高效工作的杂质物质，从而制作出半导体元器件。注入后的半导体放在一定温度下进行加热就可以恢复晶体的结构，消除缺陷从而激活半导体材料的电学性能。重复以上的步骤就可以形成多层电子回路。

多层电子回路之间是通过气相沉积、电镀的方式形成绝缘层和金属连线，而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。

芯片制造的原理看似简单，但每一步都属于挑战极限

从沙子转变成可以制作芯片99.999999999999%的高纯度晶圆，难度可想而知，就连如今使用的极紫外光光源都是费了九牛二虎之力才有所突破，而光刻胶就有几千种。这些都还不是极限难度，极限难度在于如何将电路一层一层的刻画到晶圆上，同时又保持晶体管和电路的泾渭分明，在纳米尺度上保持多层光刻电路对齐。

在整个世界范围内能组装光刻机的凤毛麟角，AMSL更是垄断了高端光刻机市场，至今无人能望其项背。其中能造7nm以下工艺的极紫外光刻机EUV重达180吨，拥有超过10万个零部件，90%的关键设备来自外国而非荷兰本国，ASML作为整机公司，实质上只负责光刻机设计与集成各模块，需要全而精的上游产业链作坚实支撑。通俗一些讲：就算给你EUV完整的图纸和配件，也很难调试出光刻芯片的精度。

芯片制造这件事，需要一整个完善的产业链来支撑。对于我们国家来说任重而道远，对于国外的封锁，只能一步一个脚印，没有它法。

以上个人浅见，欢迎批评指正。

认同我的看法，请点个赞再走，感谢！

喜欢我的，请关注我，再次感谢！

为什么荷兰能制造世界顶级的光刻机（asml）却没有世界顶级的芯片公司

首先，荷兰虽然面积小、人口少，但是人家好歹也是老牌的帝国主义强国，尤其是荷兰最顶尖的光刻机制造商：ASML，更加是出身豪门——这家公司并不是白手起家，而是从著名的电子制造商飞利浦中独立出来的一个公司。

从一开始，ASML这家光刻机制造商就是带着跨国公司的属性的，而且之所以ASML能够做的如此之成功，很大的一点就是ASML光刻机中，超过90%的零件都是向外采购，而不是自主研发的。

这样的政策使得ASML可以在整个设备的不同部位同时获得世界上最先进的技术，而他们自身也可以腾出手来在部

扫码加微信详细咨询太和智慧养老产品和平台服务！

扫码加微信详细咨询太和智慧养老产品和平台服务！