第二百九十一章 電子計算機(第三更)

崔瀟瀟搖搖頭,受到現在這個身體的限制,她很難完成高複雜和大規模的數據運算,如果是前世的話……

衛宮肯定要驚歎他們那個超人的時代。

不過現在不是懷舊的時候。

崔瀟瀟將最後一條線畫完,然後整理桌子上的圖紙遞給衛宮。

“這是通用計算機的內部構造圖,這是cpu的,主板、內存、顯卡、硬盤、連接線……”

“話說我們爲什麼不直接開造量子計算機呢,你明明知道它的構造,還要使用這麼原始的東西……”

“你先看看再說。”

衛宮拿起來看了一眼,後面的那些還好,但是cpu的這個部分……

他揉了揉太陽穴,覺得又重新回到考試噩夢的高中時代。

“好吧,我明白了。”

衛宮沮喪地低下頭,他的認知能力還不足以造量子計算機。

“我給你講解一下cpu的工作原理。”

崔瀟瀟從牀上跳下來,穿着白色蓬鬆的睡衣,抱着手,然後小腳晃盪着往地下實驗室走去。

“先給你講解最基本的三種結構。”

崔瀟瀟將圖紙橫鋪在白色玻光板上。

“電子計算機的所有原理都是基於這個基礎上的,首先是與門或者叫做且門。”

她用紅色的筆圈出上面的一塊,一個半圓角形圖案,左側連接了兩根線,右側是同樣的一根線。

“這兩根線是負責輸入,另外這根是輸出,當上面兩根中的電流信號同時通過且門時,且門就會打開,同時向外輸出電子信號。”

“且門通過極小的晶體管來控制電流輸出,如果且門的第一根輸入線斷開,那麼來自其它部件的電流就會在第一個晶體管上停止。”

崔瀟瀟將筆從且門的三層結構挪到中間一層,“當第一根輸入線爲開啓狀態時,在中間這一小片絕緣金屬的周圍形成電場,電場將其從半導體變成了導體,改變了半導體的材料屬性,這樣,本來不流通的電流就能從上方流通到下半部分了,就相當於給電流搭了一個臨時通過的橋。也可以叫做開關。”

“微電子最難的地方在於其中‘微’字。如果想要它高效而簡便,就要儘可能做小,通過最少量的電荷數,甚至只需要三分之一個電子電荷就能完成電路的改寫。”

“門的性質取決於晶體管之間的連接方式,像我剛纔畫的這個,晶體管要能輸出電流,必須依賴另外兩個同時輸出電流,這樣就是一個與門。”

崔瀟瀟將筆挪動到下面一個晶體管的連接圖,“或門是將多個輸入線連接到一起,所以像這樣,其中任何一根線有電流通過,都能改變半導體使得它輸出電流,那麼這個開關就被稱爲或門。”

“非門則是用晶體管反轉輸出的電流到地線,然後快速地使得線路短路。如果輸入流爲開啓,那麼非門就會輸出短路。”

崔瀟瀟將筆指向左側的alu單元,“所以我們常見的計算機,主要就是靠這幾種門,然後通過這邊的邏輯運算,也是同理控制電流的輸入和輸出,從而控制各個半導體的開啓關閉。這裡轉換成信號,就是0和1,關和開。”

衛宮點點頭,聽起來沒有想象中那麼複雜,說白了,其實計算機就是將人類通用邏輯通過開關來進行表達,然後所有的抽象符號,包括文字和數字都是通過轉換成電流的開關來進行。

“好,那就交給你了。”崔瀟瀟滿意地笑起來。

“……”

執行起來倒是沒有什麼問題,幾種基礎機構也弄明白了,只是衛宮並不明白電路圖爲什麼要畫成這個樣子。

不過這並不妨礙他進行製作。

cpu的製作工藝,是電腦中最複雜的部分,這也是爲什麼芯片是21世紀的核心技術的原因。

剛纔崔瀟瀟繪製的圖紙,已經是放大幾萬倍之後的結果了,按照比例進行壓縮,最後成型的一顆cpu,在崔瀟瀟設計的結果裡寫得非常清楚——

2x2cm。

也許她過高地估計了衛宮那個時代的製造工藝,又或者是她小學課本里本身教授的就是2020年以後的東西,這個尺寸比最初的要小了非常非常多。

製作cpu,首先要進行晶圓的製作,提純硅以後得到硅錠,然後切割成完美的圓柱體,一般來說,晶圓切得越薄越大,相同量的硅材料能夠製造的CPU成品就越多。

這之後是蝕刻過程,衛宮必須得藉助電子顯微鏡的幫助,並且鑄劍系統全負荷運轉,才能夠進行穩定的操作。

衛宮還從來沒有嘗試過這樣高難度的挑戰,直覺得全身血液都沸騰起來。

在崔瀟瀟看來,衛宮一動不動坐在那裡,已經長達好幾個小時。

而他加工臺上的晶圓正在慢慢塑形變化……

這是個什麼樣讓人窒息的操作……

“月之鏡面·開啓!”

系統在他的面前投影出虛無的鏡面,然後衛宮擡起頭來,以系統的天眼在圖紙上掃描起來——

“複製·原之天象!影射之術·開啓。”衛宮雙手在虛空中拉開,鑄劍師系統自動將圖紙影像完美提取抽象,然後通過月之鏡完美地縮小放射到下面的晶圓。

“光法·劍刻,開始……”

……

崔瀟瀟驚訝得下巴都要掉下來,她原本想的是,通過大圖紙先進行一版大電路模板的製造,然後再通過投影將其進行縮小層的遮罩蝕刻。

沒有想到衛宮居然直接上手……

蝕刻使用的是波長很短的紫外光並配合很大的鏡面,通過原子對硅晶面的轟擊而做成。

在崔瀟瀟的瞭解中,蝕刻的單位越小越好,在22世紀,這個單位一度縮小到只有0.1nm。

在蝕刻完成後,爲加工新的一層電路,再次生長硅氧化物,然後沉積一層多晶硅,塗敷光阻物質,重複影印、蝕刻過程,得到含多晶硅和硅氧化物的溝槽結構。重複多遍,形成一個3D的結構,這纔是最終的CPU的核心。

總體來說一顆高質量的cpu取決於三點:晶圓切片,越大越薄越好,蝕刻單位越小越好,層數越薄越多越好。

……

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