第98章 第一条圆晶生产线

    聂帅对张凯描述的超级计算机很感兴趣，表示这件事会尽快上报组织。

    聂帅让张凯先着手光刻机，超级计算机先放一放。

    张凯表示理解，会尽快组装出光刻机。

    张凯回到学校申请了物理实验室，开始了光刻机的研究跟制造。

    皇天不负有心人，经过忙忙碌碌的一个月，张凯看着眼前的光刻机，兴奋的无以言表。

    光刻机的作用是制造芯片。光刻机又被称为掩模对准曝光机或者曝光系统、光刻系统等。光刻机是用来制造芯片的核心装备之一。光刻机是一种采用类似于照片冲印的技术，把掩膜版上的精细图形经过光线的曝光印制到硅片上的装备。

    这时的张凯没有高兴多久，平复了激动的心情，把研究方向转到了芯片上。

    芯片的主要作用是完成运算，处理任务。集成电路就是把一把电路封装到一个小小的元器件上。

    芯片，有复杂功能的，有简单功能的。

    手机、电脑、电视机等上面全是集成电路，没有集成电路，产品就无法小型化、功能也无法复杂化。

    集成电路（英语：integrated circuit，缩写作 ic），或称微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）、晶片/芯片（chip）在电子学中是一种把电路（主要包括半导体设备，也包括被动组件等）小型化的方式，并时常制造在半导体晶圆表面上。

    晶体管发明并大量生产之后，各式固态半导体组件如二极管、晶体管等大量使用，取代了真空管在电路中的功能与角色。

    相对于手工组装电路使用个别的分立电子组件，集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小芯片，是一个巨大的进步。

    集成电路的规模生产能力，可靠性，电路设计的模块化方法确保了快速采用标准化集成电路代替了设计使用离散晶体管。

    集成电路对于离散晶体管有两个主要优势：成本和性能。

    成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术，作为一个单位印刷，而不是在一个时间只制作一个晶体管。

    性能高是由于组件快速开关，消耗更低能量，因为组件很小且彼此靠近。

    提到了芯片就不得不提到圆晶。

    cpu堪称是人造物的巅峰，一块指甲盖大小的芯片却能包含几千万甚至几亿个晶体管，而这些芯片都是由晶圆做成的，晶圆是制作硅半导体电路用到的硅晶片。

    那么晶圆是如何炼成的？

    这里简单介绍一下，首先要把沙子变成单晶硅，沙子的本质是二氧化硅，在2000c高温时，二氧化硅和碳发生置换反应产生粗硅。当粗硅提纯到一定纯度时，就会变成多晶硅，再把多晶硅放入石英坩埚，用电流加热器把硅加热成液态，加入磷、硼、砷等元素以改变导电性，然后安置籽晶，让晶体不断生长成单晶硅，就能冶炼出高纯度的硅锭，这方法叫做单晶直拉法。那么硅锭到底有多纯呢？相当于10万吨的单晶硅，只能含有1克杂质。晶圆呢？就是从硅锭中研磨和切割出来的。每片晶圆的厚度大概在05～15毫米左右。

    从硅锭切割出来的晶圆相当于是地基，要想在上面造出晶体管，需要光刻技术。把设计好的电路结构，转印到晶圆上，再进行蚀刻、离子注入、电镀和抛光等操作，才能进行切片，即把圆形的晶圆切割成方形的芯片。

    那么一块晶圆能生产多少个芯片呢？

    二十一世纪，晶圆有8英寸、12英寸还有18英寸等等。

    晶圆尺寸越大，芯片的制程就越小，而目前14nm或以下制程的芯片，其实都是用12英寸的晶圆制造的，因此12英寸晶圆的出货面积高达65。那么我们就来计算一下一块12英寸晶圆能够生产多少个芯片。

    12英寸晶圆的表面积大约是70659平方毫米，而麒麟990 5g的芯片面积是11331平方毫米，那么是不是做除法就能得出结果呢？当然不是啦，因为晶圆是圆的而芯片是方的，在圆形的晶圆上切割方形芯片会产生一些边角料，所以用晶圆表面积除以芯片表面积计算是不对的，正确的公式应该是用晶圆面积除以芯片面积再减去晶圆周长除以2倍的芯片面积的开方数。

    而12英寸晶圆的直径是300毫米，把它代入公式可以算出约为640块芯片。

    但是呢？但这个过程还要考虑良率等问题，也就是会有残次品存在，所以实际能生产的芯片只有500块左右。

    张凯制造的圆晶是18英寸，预计生产出来的芯片为大概是在640块左右，但考虑到良品率等问题，实际能生产的芯片大约在500-600块左右。

    张凯画出了圆晶的生产线图纸，张凯拿着图纸找到了聂帅，聂帅表示支持张凯的一切想法，并且把超级计算机的事情告诉了张凯。

    让张凯放开手去操作，只要是科研上面的需求，组织上会调配一切资源，支援张凯。

    聂帅并且给了张凯一份手令，张凯可以凭借这份手令，调配北京城所有工厂。

    张凯谢过聂帅，谢过组织，张凯拿着手令找到轧钢厂，找到杨厂长，把圆晶生产线的图纸交给他，让杨厂长尽快制造出圆晶生产线。

    杨厂长看到张凯的手令，看着上面有聂帅的签名，杨厂长表示一切听从组织安排。

    杨厂长立马开展了生产任务，张凯拿着图纸，加入到了生产中，经过二十天的奋战，第一条圆晶生产线全部生产完。

    张凯把生产线运到了电子厂，开始了试产，看着从线上下来的圆晶，张凯拿着圆晶回到实验室。

    利用光刻机开始了试产芯片。

    张凯对圆晶上的芯片进行了测试，成品率达到了百分之六十。

    张凯接下来的任务就是，制造一台超级计算机。