第二百九十一章 电子计算机（第三更）

    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。

    ……


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