美国22岁民科:自制一款集成1200个晶体管芯片,追赶50年前英特尔


本文摘自客观记事,侵删。

2021年8月,英特尔提出在美国建设“超级芯片工厂”的计划,计划投资1000亿美元,员工规模上万人,来制造晶体管集成规模达数十亿级的芯片。 而同月,22 岁的学生 Sam Zeloof 在位于美国新泽西州家的车库里也公布了他一个人的自制芯片成果。

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Zeloof 用收集来的二手设备和自制设备,制造了一个集成了1200个晶体管的集成电路,代号Z2。 他自己切割硅片,再用紫外线蚀刻电路,然后将它们浸泡在硫酸中这种常规但也“原始”的方式来造芯片。

他说,“也可能是我过于自信,但我相信如果其他人已经找到了办法,那我也可以做到,哪怕要花更长的时间,”

Z2是Zeloof生产的第二个芯片。 第一款芯片更小,在2018年问世。而在2017年他就开始制造单个晶体管了。

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这些产品虽然是英特尔50年前玩过的,但 Zeloof 开玩笑说他的工艺进度比处于起步阶段的半导体行业要快。Z2的晶体管数量是Z1的 200 倍,远超摩尔定律(每颗芯片的晶体管数量每 18 个月翻一番的行业定律)

Zeloof 希望能达到与英特尔1971年推出的代号为4004处理器相同的集成规模。4004是英特尔在1971 年推出的第一个商用微处理器,集成了2300个晶体管。 这个22岁的学生在一个月前开始研究可以执行简单加法运算的电路设计。

他说,车库造芯片不太可能出现在高端电子产品中,但他认为自己有点另类的兴趣取得的成果也能够说明,发明者在没有百万级美元预算的背景下就能获得芯片制造技术,此时社会也会由此受益。

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Z2芯片上的晶体管

不但是外行人还是业内人士都这样认为,造芯片都是世界上最难、最贵的一项工程。起初Zeloof对半导体行业的几位专家讲述他的项目时,他们用电子邮件回复他这是不可能的。

他后来得到了家人的支持,但他们的态度也比较谨慎。 他的父亲曾向一位半导体工程师请教,这个拥有40年半导体工程经验的名叫马克罗斯曼的工程师说,“我的第一反应是他做不了,那只是一个车库。但当我注意到小伙子的工作进展时,我的想法慢慢变了。他做了我从没想过个人能做到的事情。”

Zeloof 必须为他的项目阅读大量历史和技术资料。如今的半导体生产线都在巨型的现代化工厂里,这些设施还要配备能够连续长时间工作的空调和无尘通风系统,来防止硅基板沾染灰尘。 Zeloof 无法做到这一点,因此他不得不阅读 1960 年代至 1970 年代的专利说明和教科书,因为当时工程师仍在普通办公桌上制作芯片。

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Zeloof家的车库

他还购买了一些以及淘汰的设备。 他最贵的一部设备是一台坏掉的电子显微镜,他花了 1000 美元购买并修复了它,用它来发现芯片上的缺陷。要知道在 1990 年代初期,它的价格是25万美元。

Zeloof 必须把设计的电路蚀刻到硅基板上,但他买不起一台价值 1.5 亿美元的光刻机。他最后找到了自己的解决方案,方案就是把会议投影仪连接到电子显微镜上,它会把电路图投影到涂有光敏材料的硅基上。

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Zeloof和他的制造设备

他的第一代产品Z1采用 175 微米工艺,集成了六个晶体管。 Z2芯片集成了1200个晶体管,运算速度提升了10倍,工艺升级到了10微米。

Zeloof 最近刚升级了他自制的光刻机,能够蚀刻0.3 微米也就是300 纳米的电路,相当于 1990 年代中期的半导体技术水平。他目前正在考虑实现与英特尔 4004 系列相同集成规模和性能的计算芯片。

他说,“我想再升级一下自制芯片技术,让大家看看我们可以在家里做成什么。”

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