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特別智庫(kù)顧問指導(dǎo)，資深權(quán)威專家把關(guān)

《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》雜志

百尺竿頭更進(jìn)一步

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一個(gè)人，到底能”肝“到什么程度？

19歲”天才少年“或許給了這個(gè)問題一個(gè)完美的詮釋：

耗時(shí)整整3年，純手工自制CPU！

這位叫做 Sam Zeloof 的美國(guó)大學(xué)生，最終打造出1200個(gè)晶體管的CPU！

在10微米的多晶硅柵極工藝上實(shí)現(xiàn)，命名為Z2。

重點(diǎn)是，與英特爾上世紀(jì)70年代聞名于世的處理器4004使用了相同技術(shù)。

PS排陣列，車庫(kù)自制，超越”摩爾定律“

這款Z2芯片由第一代升級(jí)而來。

18年，17歲的他曾制作了首個(gè)集成電路Z1，有6個(gè)晶體管。

和以前一樣，整個(gè)過程在他的”車庫(kù)工廠“進(jìn)行，使用不純的化學(xué)品，自制的設(shè)備，沒有無塵室。

首先，Zeloof 在 Photoshop 中布局了一個(gè)簡(jiǎn)單的 10x10 晶體管陣列。

一列中的10個(gè)晶體管共享一個(gè)共同的柵極連接，每行串聯(lián)在一起，與相鄰的晶體管共享一個(gè)源極/漏極。

單個(gè)10微米 NMOS 晶體管樣子如下，金屬層有些不對(duì)齊，紅色的輪廓是多晶硅，藍(lán)色是源極/漏極。

之前，Zeloof 一直采用金屬柵極工藝制作。

鋁柵極是與其下面的硅溝道具有很大的功函數(shù)差異，從而導(dǎo)致高閾值電壓(>10V)。

比如，吉他失真踏板和環(huán)形振蕩器 LED 閃光器，由于這兩種材料閾值電壓值高，都需要一個(gè)或兩個(gè) 9V 電池來運(yùn)行電路。

為了節(jié)省功耗，Zeloof 選用多晶硅柵極工藝，性能得到提升，自對(duì)準(zhǔn)柵極就不會(huì)產(chǎn)生高閾值電壓。

這使得這些芯片與2.5V 和3.3V 邏輯電平兼容。

圖紙?jiān)O(shè)計(jì)好后，接著切割晶片，對(duì)多晶硅柵極進(jìn)行蝕刻。

Zeloof改進(jìn)了工藝流程，采用自對(duì)準(zhǔn)方法，選擇高溫?cái)U(kuò)散而不是離子注入進(jìn)行摻雜。

因?yàn)楣杵弦呀?jīng)有了各種材料，所以他只需要找到一層薄薄的 SiO2 (大約10nm) ，然后是厚一點(diǎn)的多晶硅 (300nm)。

結(jié)果顯示，Z2 比 Z1 有了飛躍性的進(jìn)步。

改用多晶硅柵極工藝大大降低了功耗，但由于沒有純凈的化學(xué)品和沒有潔凈室，產(chǎn)量很低。

Zeloof 表示，”我已經(jīng)做了15個(gè)芯片（1500個(gè)晶體管），并知道至少有一個(gè)完全功能的芯片和至少兩個(gè)大部分功能，這意味著良率低于 80%，而不是100%?！?/span>

視頻開篇，Zeloof 調(diào)侃自己車庫(kù)造芯超越摩爾定律。

網(wǎng)友還順便嘲笑了”擠牙膏“廠英特爾，到了2025年

Zeloof ：我終于做到了5nm。

英特爾：這是我們最新的10nm+++++++ 工藝。

極客少年，造芯夢(mèng)

那么，2018年，Sam Zeloof 究竟做了什么？

盡管CPU芯片制造門檻越來越高，但天才少年Zeloof并沒有放棄夢(mèng)想。

2018年，17歲的他還只是一名高三學(xué)生，但他已經(jīng)成功制作了首個(gè)集成電路Z1，擁有6個(gè)晶體管，使用5微米的PMOS工藝。

在接受The Amp Hour采訪時(shí)，Zeloof提到此次發(fā)明的靈感源自于YouTube頻道，Jeri Ellsworth在個(gè)人頻道中演示了如何不用特殊工具來切割硅片、自制硅晶體管的方法。

受此啟發(fā)，Zeloof計(jì)劃在Jeri Ellsworth的基礎(chǔ)上來制作集成電路。

這樣一位傳奇的少年，可以說是一位資深的電子愛好者。

他在高中時(shí)就開始自己制作芯片，并在家里學(xué)習(xí)了制造芯片所需的信息和機(jī)器。

他從eBay上買來零部件和材料，打造成一個(gè)半導(dǎo)體制造實(shí)驗(yàn)室。

這位才華橫溢的少年認(rèn)為，嘗試制造芯片是一種了解半導(dǎo)體和晶體管內(nèi)部運(yùn)作情況的方法。

從2017年起，他開始在博客介紹自己的項(xiàng)目，Zeloof收到了很多積極的反饋。

一些上世紀(jì)70年代的資深工程師也為Zeloof提供了很多建議，希望他能開發(fā)出一種相對(duì)簡(jiǎn)單的方法，克隆4004芯片技術(shù)，從而更好的為自己開發(fā)芯片服務(wù)。

Zeloof表示，”我開始閱讀舊書，研究一些舊的專利，因?yàn)樾聲榻B的制作流程需要非常昂貴的設(shè)備。“

最后，獻(xiàn)上Sam Zeloof 自制CPU視頻。

網(wǎng)友驚呼，超越摩爾定律！

參考資料：

https://twitter.com/szeloof/status/1426320038072659971

https://3g.163.com/dy/article/EHLUBPOQ053718W3.html

https://www.cnbeta.com/articles/tech/1167553.htm

本文轉(zhuǎn)載自“直觀學(xué)機(jī)械”，原標(biāo)題《19歲天才少年自制CPU！1200個(gè)晶體管，純手工打造》，素材 | 新智元、Twitter

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19歲天才少年自制CPU！1200個(gè)晶體管，純手工打造

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