你知道嗎？你手上拿的智慧手機，集成了人類最先進的科技，它是人類智力的最尖端成果之一。人手一個的智慧手機，科技含量這麼高，說出來很多人可能都不信？

看起來似乎有錢就能造手機，不過這主要得益於手機產業鏈比較發達健全，其實很多手機廠商本質上就是組裝廠，並沒有掌握多少核心科技，一旦關鍵零部件被禁用，就會被卡脖子。因為手機上核心零件的生產需要很高的技術，不是你想模仿就能模仿的。

智慧手機本質上就是一臺移動電腦，最核心的部位就是CPU了，它就像人的大腦一樣重要，智慧手機的效能也主要取決於它。

世界上第1臺計算機的大小相當於一座小房子，而現在指甲蓋大小的CPU的計算效能就已遠超那時。之所以會有如此翻天覆地的變化，這主要得益於單位面積上整合的電晶體數量越來越多。

一般來說，電晶體的數量越多，晶片的效能也就越強。一些廠商在宣傳它們的CPU的效能時，就會宣揚他們的CPU集成了多少電晶體。

電晶體連線在一起，就能構成複雜的邏輯電路， CPU就是封裝起來且具有特定功能的超大規模積體電路， 它的主要能力就是處理海量的資料。

現在計算機依舊採用的是馮·諾依曼架構，而CPU就是最關鍵的部位，它主要包含高速緩衝儲存器、控制器和運算器三大部分。以手機為例，除了CPU和內部儲存器，手機的螢幕、 麥克風、喇叭、感測器等則屬於輸入輸出裝置。

如果把電晶體的尺寸縮小，單位面積上就能整合更多的電晶體，這樣就能在保持高效能的同時實現低功耗。所以CPU的更新升級，除了架構，往往就是在製程工藝上下功夫。

現在世界上最先進的手機CPU的量產工藝已經到了5奈米水平，不過電晶體的尺寸已經快接近物理極限了。因為矽原子的物理尺寸在0。1奈米的級別，矽電晶體的尺寸再怎麼縮小，也不可能比矽原子還小吧！

現在一塊手機CPU已經能夠容納100多億個電晶體，算下來每平方毫米上大約集成了上億個電晶體。這麼小的空間範圍內，塞下這麼多電晶體，這是難以想象的，所以有的人甚至認為這種技術來源於外星文明，可它真的是人類發明的。

現在的積體電路普遍基於矽基半導體，那麼這麼多電晶體是如何裝到一個小小的矽基晶片上的呢？

其實這麼小的晶片並不是直接製造出來，然後再組裝到一塊的，而是直接在晶圓上像搭積木那樣製造出來的，或者說是用光刻出來的。而且以人類現有的技術水平，單個製造再組裝，根本就完成不了。

說到晶片的製造，大家一定會想到光刻機。要想在奈米尺度製造電晶體，用鑷子、烙鐵等工具肯定是不行的，需要用到光，通常採用的是極紫外光。光刻機就是據此設計出來專門用來製造大規模積體電路的裝置，主要起到了一個刻刀的作用。刻刀越先進，蝕刻精度越高，所能製造出來的CPU的製程也就越小。目前這種先進的裝置全球只有少數幾家公司才掌握。而在整個晶片生產過程中，光刻部分也是最為複雜的和重要的了。

製造CPU的天然材料其實就是沙子，沙子的主要成分是二氧化矽，我們要的則是幾乎接近100%純度的矽，用來製造矽晶圓片。

晶圓的直徑一般為200毫米或300毫米，厚0。5～1。5毫米。製造晶圓是製造CPU的第1步，但很多都被卡在這一步了，這是因為生產過程中對矽的純度、矽晶片的拋光精度要求非常高。

晶片的邏輯電路是由電晶體組合起來構成的，一般是mos管，中文全名叫做金氧半導體場效應電晶體。這種電晶體由柵極、源極和漏極三部分組成。

晶圓製造好了之後，還需要透過高溫加熱在其表面沉積一層二氧化矽膜，然後再均勻地塗上光刻膠，這樣就能用來曝光蝕刻了。光刻膠主要起到了一個保護作用，而被紫外線照射後的光刻膠在此後的過程中就能夠被沖洗掉。

透過專業的軟體設計好晶片的電路圖，再據此設計出光罩。一塊晶片通常包含很多層電路，所以需要很多光罩，而每一塊光罩都十分複雜。

光線穿過光罩，經透鏡縮小數倍後，會照射到晶圓上，被紫外線照射到的光刻膠會被沖洗掉，這樣電路圖就被刻到晶圓上了。然後還要將暴露出的二氧化矽層和部分晶圓蝕刻掉，形成溝槽，並使用離子注入工藝在特定區域摻雜，形成PN節。由於電晶體是3D的，有3個極，需要刻蝕很多次，才能將晶體管制作完成。

並且在一個平面上僅做一層電路太浪費了，我們通常會疊加很多層，每一層之間用絕緣層隔離，而層一層之間、電晶體與電晶體之間會透過金屬導線進行連線。金屬導線也是透過蝕刻、沉積等流程製造出來的。重複很多次上述步驟，晶片電路就基本完成了。

最後對晶圓進行切割、封裝，經過成品測試，只要效能符合要求，基本上就可以打包出庫了。

從上面可以瞭解到，製造手機CPU的難度確實比造原子彈的難度大。要不是有《核不擴散條約》的限制，相信全世界很多國家都能夠造原子彈。而不管是製造CPU還是製造原子彈，原理基本上都公開了，難就難在造CPU所需要的精度非常高，任何一個環節不過關，都能把你卡住。

其實，除了晶片的製造，晶片的設計也是一門很深、很重要的學問，設都設計不出來，就更不要談製造了。