都说人造的东西高峰小。如果你会做CPU，活着就上央视，老了就撑着央视，死了100年还上央视。99%的教材里都会出现你的名字，高考数学物理都会考你。诗歌，小说，舞蹈，都是关于你的。没有大V，明星和有钱人敢在你面前大声喘气。你的家乡说会成为爱国主义教育基地，你的祖坟会成为风水宝地。
当然，这些都是妄想。唯一的目的就是我想说，CPU是目前人类智慧和技术所能产生的时代顶级产物。CPU让人类文明突飞猛进，是人类的第二大脑。
如果说印刷术的发明让人类像个体一样生活，那么平版CPU的发明则把人类推到了上帝的位置。
对于普通人来说，搞清楚CPU或者芯片的制造无疑是“纸上谈兵”，很难用语言表达出来。当然我也说清楚，因为CPU涉及到了人类最前沿的知识科学，比如物理学、材料学、光学、量子力学、微电子学、统计学。
CPU制造的技术工艺:是人类创造的最小的物体，工艺最复杂。众所周知，硅是半导体行业中应用最广泛的元素，硅也是制作集成电路的最佳原料。CPU制造的原材料也是硅。
网上有很多CPU生产工艺。为了让大家容易理解，可以借鉴一下国外小伙手工制作CPU的流程图。
1.这个年轻人在野外捡了一块石头，然后把它变成了粉末。
2.因为石头的主要成分是二氧化硅、碳酸钙等。石头制成粉末后，你会得到纯度高达98%的二氧化硅。但此时的二氧化硅并不是单晶硅，因为平均每100万个硅原子中就有一个杂质原子。
3.提纯，将二氧化硅加热到1600-1800℃使其成为单晶硅的固定形态，学名为电子级硅。继续用氯化氢提纯，使其纯度达到多晶硅的99.99%，然后继续这项工作，直到得到99.99999%的多晶硅金属。
4.将得到的多晶硅锭放入坩埚中，加热至1424.85摄氏度，取少许单晶硅放入熔融硅液中。然后，慢慢拉单晶硅，边拉边冷却，就得到一个“锥筒”。
5.使用金刚石锯，切割这种“锥形圆柱体”硅锭，通常是1毫米厚的晶片，你得到晶片。一般工厂生产的晶圆直径越大，工艺越好。英特尔最初使用的晶圆尺寸是2英寸/50毫米。
6.买一瓶光刻胶，也叫光致抗蚀剂，倒在硅片上。它是光刻工艺中用来抗腐蚀的涂层材料，相当于“防晒霜”，用光刻胶清洗抛光晶片表面。
7.使用带有电路图案的光刻应时掩模，用激光照射这块光刻石，电路图案就会刻在晶片上。
8.光刻后，在光刻胶的作用下，光掩模产生的阴影部分会使硅片表面形成化学变化，产生凹凸不平的状态，这种状态会被酸腐蚀掉，直到得到一个带有“晶体管”的“晶片”。
其实这个过程没那么简单。在英特尔的生产过程中，mask aligner要做纳米级的晶体管，一根针可以放下3000万个左右的晶体管。还需要注入光刻胶，以每小时30万公里以上的离子电流速度加速电场，改变硅的导电性。这才是真正的“晶体管”。
9.将“晶片”切成一块块硅模具，然后电镀一层硫酸铜，在晶体管上沉积铜离子，形成一层薄铜层，然后抛光。
10.电线连接。在不同的晶体管之间形成复合互连金属层。六个晶体管加起来大概是500纳米。完成后，虽然芯片看起来很光滑，但实际上可能包含20层以上的复杂电路，就像高架桥一样。
这个工作做完了，芯片也就基本完成了，剩下的就是复杂的检测工作。最后雕刻LOGO包装进入市场。
需要注意的是，从一块石头到一个杯子，虽然国外合作伙伴展示的细节不多，但是一个高端CPU并不是那么简单的。从第9步开始，他使用传统的锡焊连接方式，最后的作用是什么？不得而知，毕竟光刻机不是谁都能买到的。
指甲盖大小的芯片上有几公里长的导线，上面有几千万甚至上亿个晶体管。光氧化、光刻、离子注入都不是小技术。普通人无法理解，在1纳米几乎是头发十万分之一的房间里空怎么能放这么多东西。
从这方面来说，CPU的产生不仅仅是人类掌握了光电的秘密，更深层次的意义上来说，几十亿年来，人类看不见光，摸不着光，但是现在人类可以把光当成切肉刀来自己用了。这是人类迈出的一大步，这一步可能只是开始。
所以，化石头为思维，CPU绝对是人类技术的巅峰，人类实现了从无到有，从有到无限的巨大新可能，为人类未来创造新材料甚至新生命提供了核心动力。
CPU制造的知识难度:是人类的伟大成就。毫不夸张的说，没有一个国家能独立做出一个CPU。因为CPU生产的每一步都需要不同的困难，而这些困难甚至无法给出合理的解释。
光刻，掩模对准器类似于激光打印机，除了它不是打印纸张，而是打印电子元件。ASML光刻机的镜头高达2m，直径1m甚至更大，精度达到100nm，而头发的直径是30000-50000nm。但是mask aligner是荷兰控制的，每台几千万，还有排队的。
很难想象，在一个纳米级的地表沟里，有影响人类整个现代文明的产品。
光刻胶:光刻胶就像防晒霜，不涂防晒霜的地方，就会被太阳暴晒。作为光刻中用于抗腐蚀的涂层材料，它对刻蚀精度至关重要。一步出问题，直接报废。而且这个东西目前被日本垄断了，美国人也没办法。
离子膜:CPU内部电路层层堆叠，只有头发丝的百分之几大小。金属原子要一个个分散在几十万、几百万甚至上亿条线上，形成一层层的导电层。厚度变化要控制在几埃以内，可想而知有多精确。
打磨:导电层完成后，厚度不一致的薄膜仍需打磨掉。离子附着有多难，磨掉就有多难。
植入:植入是整个芯片制造过程中最关键的一步。需要为电荷量设计不同的电压器件，注入的剂量和角度无法从外界获得。在这个步骤中，不同的离子必须被分离以避免污染。
测量:纳米级的东西，不像毫米级的，各部分的厚度、宽度、直径都要控制。
设计:CPU内部就像一个缩小的城市。每一条“路”、每一栋“房子”都要用上万亿次，没有任何问题，还要控制头上百分之一根头发的大小，还要连接金属线。
另外，每台生产CPU的机器的耗电量都是几百万瓦，相当于一个小型发电站。TSMC因为功耗问题跟台湾省当局谈判，一个芯片制造商，从机器到工程师到生产工人，前前后后花了几百亿的钱。
这些都是CPU或芯片制造过程中需要解决的难题，单靠精密数控技术是无法解决的。有来自基础物理、量子力学甚至人类想象力的限制。
在芯片制造领域，还有很多现象是人类无法解释的。他们只知道可以制造，却无法用现在的知识解释，就像古人知道火可以做什么，却不知道如何制造一样。
比如静电放电(ESD)，随着芯片越来越小，芯片内部的静电放电就像闪电一样不可预测。虽然现在的芯片已经设计了ESD保护模块，但是仍然存在大量的ESD失效案例。
人们的解决方法是先用，用了解，后探索。一直是人类求知的逻辑，这也是理论和实践相互依存的原因。
为什么说CPU是人造的巅峰？200年来人类最重要的发明是什么？
蒸汽机？电灯？火箭？原子弹？这些可能不是，而是晶体管。这个小东西让三个人获得了诺贝尔物理学奖，被誉为“20世纪最伟大的发明”。
1948年，贝尔实验室发明了晶体管，但他们没有想到他们能成就“硅谷”和现代计算机。于是，“一个人干几个人的活”就发生了。
一条命，两条命，三条命，三条命。晶体管的出现为集成电路和芯片的生产奠定了基础。而CPU使电路能够计算，更重要的是存储和记忆，这两个功能只有生物才有。
值得一提的是，目前CPU的发展过程与地球生命的诞生非常相似。
37亿年前，地球上诞生了生命。这段时间地球处于单细胞微生物时代。直到一个世纪前，人类诞生，电的发明使人类学会了传送无线电信号。
也是在这个时期，人类发明了原始的CPU。此时的CPU就像一个单细胞生物，无法发送无线电信号，也无法与其他生物对话。它仅用于快速携带和计算，并由人类物种所主导。但是，将来呢？
总有一种说法，人类是外星文明创造的实验品，那么现在的CPU未来能成为现在的“人类”吗？
这是一件很恐怖的事情，但足以说明CPU的强大。当然，现在的CPU远远不够。
摩尔定律告诉我们，在价格不变的情况下，一个集成电路所能容纳的元件数量每18-24个月就会翻一番，性能也会翻一番。
一个硅原子的直径只有0.2 nm左右，所以未来会产生更小的晶体管器件，整个行业，整个人类社会会有更多的变化和未知。
所以，无论是从技术层面，还是从人类掌握的知识层面，CPU都将是目前乃至未来人造产品的巅峰，除非未来量子领域有更好的替代品。
写在最后:
CPU的出现改变了人们的生活习惯，加快了探索宇宙和求知的速度。未来芯片会越来越小，需要的技术会越来越难懂。
幸运的是，中国虽然在半导体领域起步较晚，但已经做得很好了。未来我们拥有自己的芯片只是时间问题。
