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美國22歲民科:自制壹款集成1200個晶體管芯片,追趕50年前英特爾

2021年8月,英特爾首次提出在美國建設“超級芯片工廠”的計劃,計劃將投資1000億美元,員工規模上萬人,來制造晶體管集成規模達數十億級的芯片。 而同月,22 歲的學生 Sam Zeloof 在位於美國新澤西州家的車庫裏也公布了他壹個人的自制芯片成果。

據連線雜誌(Wire)報道,Zeloof 用收集來的二手設備和自制設備,制造了壹個集成了1200個晶體管的集成電路,代號Z2。 他自己切割矽片,再用紫外線蝕刻電路,然後將它們浸泡在硫酸中這種常規但也“原始”的方式來造芯片。

他說,“也可能是我過於自信,但我相信如果其他人已經找到了辦法,那我也可以做到,哪怕要花更長的時間,”

Z2是Zeloof生產的第二個芯片。 第壹款芯片Z1更小,在2018年問世。而在2017年他就開始制造單個晶體管了。

這些產品雖然是英特爾50年前玩過的,但 Zeloof 開玩笑說他的工藝進度比處於起步階段的半導體行業要快。Z2的晶體管數量是Z1的 200 倍,遠超摩爾定律(每顆芯片的晶體管數量每 18 個月翻壹番的行業定律)

Zeloof 希望能達到與英特爾1971年推出的代號為4004處理器相同的集成規模。4004是英特爾在1971 年推出的第壹個商用微處理器,集成了2300個晶體管。 這個22歲的學生在壹個月前開始研究可以執行簡單加法運算的電路設計。

他說,車庫造芯片不太可能出現在高端電子產品中,但他認為自己有點另類的興趣取得的成果也能夠說明,發明者在沒有百萬級美元預算的背景下就能獲得芯片制造技術,此時 社會 也會由此受益。

不但是外行人還是業內人士都這樣認為,造芯片都是世界上最難、最貴的壹項工程。起初Zeloof對半導體行業的幾位專家講述他的項目時,他們用電子郵件回復他這是不可能的。

他後來得到了家人的支持,但他們的態度也比較謹慎。 他的父親曾向壹位半導體工程師請教,這個擁有40年半導體工程經驗的名叫馬克羅斯曼的工程師說,“我的第壹反應是他做不了,那只是壹個車庫。但當我註意到小夥子的工作進展時,我的想法慢慢變了。他做了我從沒想過個人能做到的事情。”

Zeloof 必須為他的項目閱讀大量 歷史 和技術資料。如今的半導體生產線都在巨型的現代化工廠裏,這些設施還要配備能夠連續長時間工作的空調和無塵通風系統,來防止矽基板沾染灰塵。 Zeloof 無法做到這壹點,因此他不得不閱讀 1960 年代至 1970 年代的專利說明和教科書,因為當時工程師仍在普通辦公桌上制作芯片。

他還購買了壹些以及淘汰的設備。 他最貴的壹部設備是壹臺壞掉的電子顯微鏡,他花了 1000 美元購買並修復了它,用它來發現芯片上的缺陷。要知道在 1990 年代初期,它的價格是25萬美元。

Zeloof 必須把設計的電路蝕刻到矽基板上,但他買不起壹臺價值 1.5 億美元的光刻機。他最後找到了自己的解決方案,方案就是把會議投影儀連接到電子顯微鏡上,它會把電路圖投影到塗有光敏材料的矽基上。

他的第壹代產品Z1采用 175 微米工藝,集成了六個晶體管。 Z2芯片集成了1200個晶體管,運算速度提升了10倍,工藝升級到了10微米。

Zeloof 最近剛升級了他自制的光刻機,能夠蝕刻0.3 微米也就是300 納米的電路,相當於 1990 年代中期的半導體技術水平。他目前正在考慮實現與英特爾 4004 系列相同集成規模和性能的計算芯片。

他說,“我想再升級壹下自制芯片技術,讓大家看看我們可以在家裏做成什麽。”

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