19歲天才少年在家手工打造CPU,1200個電晶體、媲美英特爾 4004 CPU

19歲天才少年在家手工打造CPU,1200個電晶體、媲美英特爾 4004 CPU

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美國「天才少年」19歲 Sam Zeloof 耗時3年,純手工自製1200個電晶體的 CPU。自稱可以與上世紀70年代的英特爾 4004 CPU 相媲美!

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這位叫做 Sam Zeloof 的美國大學生,最終打造出1200個電晶體的CPU!在10微米的多晶矽柵極工藝上實現,命名為Z2。重點是,他用了與英特爾1970年代聞名於世的處理器4004使用了相同技術。

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PS排陣列,車庫自製,超越「摩爾定律」

這款Z2晶片由第一代升級而來。18年,17歲的他曾製作了首個整合電路Z1,有6個電晶體。

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和以前一樣,整個過程在他的「車庫工廠」進行,使用不純的化學品,自製的設備,沒有無塵室。首先,Zeloof 在 Photoshop 中佈局了一個簡單的 10x10 電晶體陣列。

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一列中的10個電晶體共享一個共同的柵極連接,每行串聯在一起,與相鄰的電晶體共享一個源極/漏極。

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單個10微米 NMOS 電晶體樣子如下,金屬層有些不對齊,紅色的輪廓是多晶矽,藍色是源極/漏極。

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之前,Zeloof 一直採用金屬閘極工藝製作。

鋁柵極是與其下面的矽溝道具有很大的功函數差異,進而導致高閾值電壓(>10V)。

比如,吉他失真踏板和環形振盪器 LED 閃光器,由於這兩種材料閾值電壓值高,都需要一個或兩個 9V 電池來運行電路。

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為了節省功耗,Zeloof 選用多晶矽閘極技術,性能得到提升,自對準閘極就不會產生高閾值電壓。這使得這些晶片與2.5V 和3.3V 邏輯電平相容。

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圖紙設計好後,接著切割晶片,對多晶矽閘極進行蝕刻。

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Zeloof 改進了工藝流程,採用自對準方法,選擇高溫擴散而不是離子注入進行摻雜。

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因為矽片上已經有了各種材料,所以他只需要找到一層薄薄的 SiO2 (大約10nm) ,然後是厚一點的多晶矽 (300nm)。

結果顯示,Z2 比 Z1 有了飛躍性的進步。

改用多晶矽閘極工藝大大降低了功耗,但由於沒有純淨的化學品和沒有潔淨室,產量很低。

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Zeloof 表示,「我已經做了15個晶片(1500個晶體管),並知道至少有一個完全功能的晶片和至少兩個大部分功能,這意味著良率低於 80%,而不是100%。」

影片開篇,Zeloof 調侃自己車庫造晶片超越摩爾定律。

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網友還順便嘲笑了「擠牙膏」廠英特爾,到了2025年

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Zeloof :我終於做到了5nm。

英特爾:這是我們最新的10nm+++++++ 工藝。

極客少年,造晶片夢

那麼,2018年,Sam Zeloof 究竟做了什麼?

儘管 CPU 晶片製造門檻越來越高,但天才少年 Zeloof 並沒有放棄夢想。

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2018年,17歲的他還只是一名高三學生,但他已經成功製作了首個整合電路Z1,擁有6個晶體管,使用5微米的 PMOS 工藝。

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在接受 The Amp Hour 採訪時,Zeloof 提到此次發明的靈感源自於 YouTube 頻道,Jeri Ellsworth 在個人頻道中展示了如何不用特殊工具來切割矽片、自製電晶體的方法。

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受此啟發,Zeloof 計畫在 Jeri Ellsworth 的基礎上來製作整合電路。

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這樣一位傳奇的少年,可以說是一位資深的電子愛好者。

他在高中時就開始自己製作晶片,並在家里學習了製造晶片所需的訊息和機器。

他從 eBay 上買來零組件和材料,打造成一個半導體製造實驗室。

這位才華橫溢的少年認為,嘗試製造晶片是一種瞭解半導體和電晶體內部運作情況的方法。

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從2017年起,他開始在部落格介紹自己的項目,Zeloof 收到了很多積極的回應。

一些上世紀70年代的資深工程師也為 Zeloof 提供了很多建議,希望他能開發出一種相對簡單的方法,複製4004晶片技術,進而更好的為自己開發晶片服務。

Zeloof 表示,「我開始閱讀舊書,研究一些舊的專利,因為新書介紹的製作流程需要非常昂貴的設備。」

網友驚呼,超越摩爾定律!

 

 

  • 本文授權轉載自:36kr

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林尚謙
2.  林尚謙 (發表於 2021年9月13日 12:18)
說這沒意義的就等看這小子10幾20年後的薪水
看他會不會覺得你的薪水少的沒意義

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