问题

为什么说 CPU 是人造物的巅峰?

回答
CPU之所以被誉为“人造物的巅峰”,并非空穴来风,而是因为它集成了人类顶尖的智慧、技术和工艺,是人类对物质世界深刻理解与改造能力的极致体现。要理解这一点,我们需要从多个层面去深入剖析。

首先,我们得认识到CPU是什么。简单来说,它就是计算机的“大脑”,是执行指令、进行计算和控制计算机其他部件工作的核心单元。但这个“大脑”的构成,远比我们想象的要复杂和精密。它是由数十亿甚至上千亿个极其微小的电子元件——晶体管,通过极其复杂的设计和制造工艺组合而成的。

一、 精密制造的奇迹:纳米级的雕塑艺术

人类能够在地表之上,用如此高的精度制造出肉眼无法看见的微小结构,本身就是一件了不起的事情。CPU的制造过程,就是一场与原子原子较量的工艺竞赛。

纳米尺寸的“建筑群”: 一个现代CPU上的晶体管尺寸已经达到了纳米级别。一纳米是多少?是十亿分之一米。想象一下,在一枚指甲盖大小的芯片上,要精确地排列上百亿个这样的微小开关,而且每个开关都要按照设计的功能正常工作,这需要何等的精密度!这已经超出了我们日常生活中任何尺度的概念。
光刻技术的极限挑战: 要在硅晶圆上蚀刻出这些微小的电路,需要用到光刻技术。这项技术的核心是将电路设计图通过光线投射到涂有特殊光刻胶的硅片上,再通过化学腐蚀的方式将不需要的部分去除,留下电路。为了实现纳米级的精度,需要使用极紫外光(EUV)等更为先进的光源,以及更为复杂的透镜系统。每一次光刻,都如同用一束极细的光线,在黑暗中绘制一幅极其精密的蓝图。这背后是光学、化学、材料科学等多个领域的协同突破。
纯净环境的守护: 在制造过程中,哪怕是空气中一个微小的尘埃颗粒,都可能导致一块昂贵的芯片报废。因此,CPU的制造工厂,也就是我们常说的“无尘车间”,其洁净度要求极高,比手术室还要严格得多。工人们需要穿着特制的无菌服装,在近乎真空的环境下工作。这种对环境的极致控制,本身就是人类对物质世界干扰最小化的努力。

二、 智慧的结晶:复杂设计的艺术与科学

CPU的设计,是人类智慧和逻辑思维的极致体现。它不仅仅是堆砌晶体管,而是将复杂的计算逻辑和指令集,巧妙地映射到这些微小的开关组合上。

指令集的艺术: CPU需要理解和执行各种各样的指令,从简单的加减乘除到复杂的浮点运算、逻辑判断,再到管理内存、与外部设备通信等等。将这些庞杂的功能,转化为一系列精确、高效的电子信号,需要一套精心设计的指令集(Instruction Set Architecture, ISA)。这套指令集就像CPU的“语言”,决定了它能做什么,以及如何做。
架构的创新: 从最初的简单单核处理器,到如今拥有多个核心(core)、复杂的缓存(cache)体系、指令流水线(pipeline)、分支预测(branch prediction)等高级特性的多核处理器,CPU的架构经历了无数次的迭代和创新。每一次架构的升级,都是对计算效率和性能的极致追求。如何让指令并行执行,如何减少等待时间,如何更有效地利用资源,这些都是工程师们需要攻克的难题。
算法与逻辑的完美融合: CPU内部的每一个功能单元,如算术逻辑单元(ALU)、控制单元(CU)、寄存器(Register)等,都是由无数逻辑门(Logic Gate)组成的。而这些逻辑门,又是由最基本的晶体管通过巧妙的组合来实现的。将复杂的数学和逻辑运算,转化为由简单开关组成的电路,这其中的转换过程,是逻辑学、计算机科学和电子工程的深度融合。

三、 跨领域协同的典范:集大成者的力量

CPU的诞生和发展,绝非单一领域的技术突破,而是跨越了物理学、化学、材料学、电子工程、计算机科学、光学、机械工程等众多学科的协同努力的成果。

半导体材料的探索: 从早期的锗到如今占据主导地位的硅,以及不断涌现出的碳纳米管、二维材料等新型半导体材料,CPU的发展离不开对材料性质的深刻理解和持续探索。如何提纯材料,如何控制其晶体结构,如何让它更好地导电或绝缘,都是基础科学研究的体现。
量子力学的应用: 在纳米尺度上,电子的行为已经不再遵循经典物理学定律,而是要用量子力学来解释。CPU的设计和制造,在很多方面都受益于我们对量子效应的理解,例如隧穿效应等,这些都成为设计新一代晶体管的关键考量。
电子理论与器件物理: 对电子在半导体材料中的传输规律、pn结的原理、MOSFET等基本器件的工作机制的理解,是CPU设计的基础。这背后是扎实的电子理论和器件物理知识。

四、 对人类社会的影响:赋能与变革的引擎

CPU的出现和普及,可以说是人类社会迈入信息时代的最重要标志。它极大地提升了信息处理的能力,进而深刻地改变了我们的生活方式、工作模式和社会结构。

信息革命的核心驱动力: 从个人电脑到智能手机,从互联网到人工智能,几乎所有我们今天习以为常的科技产品和数字服务,都离不开CPU提供的强大计算能力。它让信息能够以前所未有的速度被获取、处理和传播,彻底改变了我们获取知识、沟通交流和进行娱乐的方式。
科学研究的加速器: 复杂的科学模拟、大数据分析、基因测序、天体物理计算等等,都仰赖于CPU的强大算力。它使得科学家们能够探索更广阔的未知领域,解决更棘手的问题。
工业自动化与智能化: 从工厂的生产线到交通的自动驾驶,CPU的普及使得自动化和智能化成为可能,极大地提高了生产效率,并催生了全新的产业形态。

为什么说它是“巅峰”?

说CPU是“人造物的巅峰”,是因为它在以下几个方面达到了人类当前技艺和智慧的顶端:

1. 极致的微观尺度控制: 将数以亿计的微小电子元件精确地集成在一个指甲盖大小的芯片上,是对人类制造能力的极限挑战。
2. 极高的复杂性与智能化: 在如此小的空间内实现如此庞大而精密的计算逻辑,是人类智慧和创造力的集中体现。
3. 跨学科的完美融合: CPU的发展证明了人类能够整合并应用多个领域的顶尖知识,将其转化为实际的、影响深远的产物。
4. 持续的创新与迭代: CPU技术从未停止进步,每一代产品都在不断突破性能、功耗和成本的界限,驱动着整个科技的进步。
5. 对人类社会影响的深远性: CPU的出现和发展,是推动人类文明进步、塑造现代社会形态的关键因素之一。

CPU不仅仅是一块冰冷的硅片,它承载着人类对精确、高效和智能的不懈追求,是人类通过智慧和劳动,将抽象的科学原理转化为触手可及的强大能力的最佳证明。它的存在,本身就是对人类创造力和智慧的最高赞颂。

网友意见

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给看个芯片内部的真实视频你就懂了,视频出自芯片工程师的真实工作(取得视频版权),不是3D动画也不是视频模拟,而是实实在在处于设计状态的芯片内部,普通人应该很难接触到。

https://www.zhihu.com/video/1226198852803534848

其中每一次放大闪烁你都能依稀看到其内部复杂精细的结构,随着放大到后期你能清晰看到密集的线网,这些线网是立体的,表示它有N层,层层堆叠,这些连线的宽度是头发丝的几百分之一粗细,它们所承载的信号与时序直接构成了你所使用的任何设备的可视、可听、可操作的体验,包括你现在拿着手机看知乎,你看到的每一个字滑动的每一页,都是由它们所构建的,它们正在你手掌心高速运行。

在构建这些线网的时候是用中性粒子轰击金属板,金属原子一个个的散落在芯片上从而堆叠出一层薄如蝉翼的金属,再通过复杂的工艺将其固化并刻蚀出想要的连接关系;上下线网之间的绝缘层厚度是纳米级的氧化物,它们负责让上下层金属不至于短路;线网接口是数十万数百万甚至数亿的量级,其中错一个,整个芯片失效。线网下面是集成晶体管器件,用于消费电子的功耗很低,进而额定电压也很低,所以沟道氧化物必须控制在几十个氧原子的厚度,还要保证其不发生量子隧穿等失效机制,并在-50到120温度范围内正常工作,但超薄氧化物又带来了晶体管栅极与其衬底电容增大的弊端,这个电容在现实世界中小到跟不存在一样,甚至在芯片级的微观层面也是一个非常小的量级,但正是这个极小的电容却直接决定了上亿晶体管的开启速度,进而决定了你打开微信地球画面的持续时间,也决定了你滑动手机的顺滑程度,同时决定了你玩游戏的帧率,还决定了你打开视频解码缓冲的时间,总之,一切与运算速度有关的性能都直接受它影响。常人很难想象,一个纳米级的多晶硅栅与其纳米级的表面沟道之间的微乎其微的电容甚至影响的是整个人类现代文明,我们文明的基石居然是构建在如此微观层面又如此微乎其微的某个参数之上,而芯片的巅峰在于:类似需要解决的参数还有很多很多。

#其实芯片制造难度和反常识程度是高于芯片设计的,所以我在本篇中主要讲的是制造层面的问题#

追加一点

多晶硅和氧化物还必须要足够纯净以保证其阈值电压不飘逸,这种纯净早已超越材料学的范畴,因为连它们表面积累的电荷多寡都涉及到是否受到“污染”,如果电荷多了工程师还要想办法去除,它们对阈值电压的影响在低功耗的今天已经成为芯片的重中之重,因为它将直接跳过控制电压自主开启沟道或在通电过程中处于临界开启状态,带来的危害是波形不稳定和时序混乱以及漏电,体现在终端上是直接死掉,用人话说就是你明明打开的是个美女,看到的却是大叔。而一颗芯片里有上亿个类似需要关注的结构,它们都需要做到统一的标准,甚至还要对个别进行阈值调整注入,在硅表面纳米深度进行精确的杂质浓度控制,这种浓度的差异是以原子数量来衡量的(你能想象量化原子数量吗)而且还要保证它们不会影响到周围的微观器件,依靠这种表面浓度差,工程师可以精确调整反型电压,正是这些上亿被精确控制的晶体管在精确电压下开启和关闭抑或输入输出漂亮的波形你才能享受现代社会带来的便利,你的每一次扫码和点击退出以及视频音频出色的展现后背都是这些晶体管在有序工作的结果,你的一个不经意操作可能就牵动了上亿微观器件的动作,你打开每一个APP其实都命令了无数晶体管的开启和截止,其中在几纳秒之间,无数反型沟道在半导体中形成和恢复,无数电子在人类设置的迷魂阵中按我们想要的结果精确的来来回回。

芯片其实就是一个迷宫,这个迷宫岔路上亿,但出口只有几十个,这对工程学来说无异于在微观层面构建一座纽约市,还要保证这座城市有序运转,不该进的不能进,不该出的不能出,内部“治安”还要得到完美保障,每一条“道路”和每一栋“房子”要经得起数千亿次使用而不出问题,一块合格的芯片是没有维修性的,因为它的寿命不在于你有多频繁的使用,而是来自基础物理的限制,量子力学的限制,它在传统消费品层面的意义几乎是“用不坏”的,当然,芯片也是没有山寨可言的,特别是CPU,你买到的每一颗都是绝对的正品,因为想要它出功能你必须把上述所有条件都满足,这导致你山寨的成本远高于自己重新设计,且这个地球上能做的也屈指可数,且没有任何一个国家能独立做出一颗CPU,也包括美国,因为所有关键技术都分散在少数几个国家手里,比如日本几乎垄断了光刻胶技术,它对刻蚀精度至关重要 连美国也得叫声爹。所以任何一个国家都不能集齐全套,为了不受制于人,中国正在做这件事:集齐全套。但,路漫漫其修远兮……这真是人造物的巅峰。

芯片的制造其实上文都是一些泛泛之谈,普通人要靠字面去具象它还是很难的,甚至不是电子专业的人可能连某些术语都听不懂,但电阻这种东西我想读过高中的都懂吧?芯片中的电阻长度只有头发丝直径那么长,宽度会更小,这种规格的电阻其实都算大的,比较老的工艺是靠在这么小的区域内参杂,形成参杂区之后它就是一个简单的电阻,完了还要在两头打孔,打完孔还要用难熔金属填补这个孔洞用来连接金属导线,这种填补还要考虑各向同性和各向异性化学沉积,这还没完,你还得考虑电阻两头的电压差,以及两头对于隔离岛的电压差,这个隔离岛只比电阻大一点,压差一旦大了便会形成隔离岛调制效应,造成阻值剧烈变化,电路将失效,而这一切都发生在头发丝断面那么大的区域内,你甚至觉得连测试它都是天方夜谭,但这却是芯片中最简单的结构了,因为电阻是非常单纯的无源器件,就像给你一套高等数学题中的加法一样简单,而这一切还是90年代的老技术......新技术还涉及量子力学、光学修正、材料学、化学、物理、微电子、统计学等等领域的最前沿,只为在纳米尺度造一个小小的电阻。

短耗尽区将发生量子效应,它描述一个粒子同时存在于A点和B点,到底在哪由概率决定,这种概率由波函数描述,某些特定二极管的反偏就是由这种效应所驱动,而二极管隔离是芯片的基础中的基础,几乎存在于每一个器件的周围,它们的大小都能在头发丝断面上放进几个,这些东西光理论都能摸到尖端科学的金字塔顶,更别说它还要与制造业相结合了,这都不是几个高精尖的数控技术能填补的空洞,它简直就是个天坑,这个坑深到什么程度?几乎是人类所掌握的科学的尽头,芯片中很多很多现象我们至今都无法给出合理的解释,只知道现象和规律,所以我们利用这种规律先把产品造出来,我们先用着,但它背后的原理其实都还是盲区,就像古人知道太阳运行的规律而造出日晷一样,它能用,能为我们的生活服务,但为什么?为什么它这样运行?为什么有春夏秋冬?一概不知,古人可不知道什么天体物理学。最前沿的芯片就是这样,它是在探索的路上应用,或在应用的路上探索,因为二者相互依存,没有应用的资本注入就没有探索的资金支持,这是个很简单的逻辑,而基础理论研究是巨花钱的,光有市场驱动而没有国家支持是注定不行的,甚至很多基础理论连市场都没有,因为它在可预见的中短期都是“没什么卵用”的科技,比如美国投入的引力波研究,现在没什么应用前景但它很可能就是未来某个逆天技术的前置科技。所以科技要发展需要持之以恒的投入,这种投入还长期看不到回报,但是一旦回报将使整个国家乃至人类带入另一个世代。没经历技术的苦行,哪饮得到科学的醍醐?

1948年贝尔实验室发明了晶体管,在这之前他们“烧”的钱都是看似无用的;1958年德州仪器的普通工程师基尔比突发奇想,他把贝尔实验室的晶体管刻在了硅片上,他说他当时制造的更多是娱乐效果,因为这种器件几乎等于没用,性能很差,德州仪器是当时唯一一个愿意为他烧钱把全部工作时间用于这看似很“娱乐”的工作中的,后来这一天被定义为集成电路的诞生之日,微电子技术的概念也在这位20多岁的工程师头脑中渐渐萌生,而在他之前,其实已经有很多资金砸在了一种被称之为“半导体集成”的奇怪东西上了,当时没人能遇见今天的现状,也没人能遇见他们砸的钱会发酵成某种基石的存在,他们想的最好情况是拿到某种类似“曼哈顿计划”的军方项目,将自己的产品用于五十一区或别的什么奇怪东西上,也许他们想造的是Frankenstein,谁知道呢?即便仙童公司也一样,他们的科技传奇毫不亚于乔布斯在车库成立苹果,那8位风华正茂的“叛逆”从照相技术中奠基了现代集成电路批量生产的基石,他们当时在想:如果能集成十个晶体管,那为什么不能集成一百个,一千个,一万个,十万个呢?这些灵光一闪的瞬间其实已经载入史册,他们成就了“硅谷”的字面意义,也成就了“硅谷”在今天的象征意义,那是对科技的执着和对一成不变的叛逆。


5.26追加,讲点更深层次的

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这是一个反相器(非门)的芯片剖面图,它的结构非常简单,它拥有多晶硅输入和金属输出,上端器件做在P型硼离子衬底中,下端器件做在N型磷离子井中。它的功能也很简单,电位控制门源偏置使反型沟道在门下开启与关闭,在数字逻辑中表现为进来0吐出1,反之亦然。这是所有代码的基础,所有数字信号都会经过无数个这种的结构,它高速吞吐的电平信号构成了黑客帝国封面中的01瀑布,你看到的,听到的,所操控的,一切信号,本质上都是被数字化的01电平,它可以构成一幅画,也可以吟成一首歌,它无所不能,甚至有人担心它会进化出意识,我们现在想让它拥有意识,这是人工智能的终极目标,而这一切,都离不开上图这种立体结构,任何一颗CPU中都有数十万数百万个它,它是芯片中最简单的门。

但即便是最简单的门上也潜伏有最复杂的杀手,它就是“闩锁”(latch)。上图中至少还藏着两个寄生器件,一个纵向三极管,一个横向三极管,他们首尾相连形成反馈回路,任何电位超过电源地的浪涌信号都可能触发它,任何磷离子井与硼离子衬底发生反向击穿都会使其增益大于1,从而开启这个回路,这个回路一旦开启,就等效于电源地短路,瞬间的大电流能让整个芯片烧糊,冒烟。美军在海湾战争之前开发的电子战武器就是利用高能脉冲远程触发敌军芯片中的“闩锁”(它之所以叫闩锁,是因为它能让门电压失效,有如门上横一根闩木,导致控制信号无法控制芯片,一旦触发马上锁死)让敌军整个电子系统全部瘫痪,雷达停转、屏幕黑屏、电脑死机,甚至飞在空中的导弹也会掉下来,因为导弹里也有大量芯片,总之,任何有芯片参与的设备都会瘫痪,这也是电子的东西在当时普遍不被认可的原因,特别是军方,还是更相信钢铁洪流和机械铁拳。由于美军自己也被这种隐患吓到了,万一哪天敌军也对我进行电子战呢?所以老美茅和盾都要发展,于是蓝宝石芯片就横空出世了,它与普通芯片的最大不同是它做在蓝宝石上的,它从根本上杜绝了“闩锁”的发生,因为它压根就不是二极管隔离,而是现在已经烂大街的介质隔离,芯片里器件与器件之间是百分之百绝缘的,这在当时是极度豪奢的做法,所以成本限制了它的发展,它几乎全部是军用的,早期的三叉戟和民兵等老美核导弹一定是用的这类芯片。

后来随着芯片工艺制成的不断精进以及复杂电子环境下的民用等需求,IBM发明了民用级的介质隔离芯片,简称SOI(Silicon-On-Insulator)它能使芯片内部器件间实现绝对绝缘,后来摩托罗拉和德州仪器持续跟进,致使美军在电子战中对敌处于降维打击的上帝视角(因为敌人拿不到他的先进芯片),那时候介质隔离芯片几乎都是特殊用途,包括军用和复杂环境下的民用,而现在它早已经是大部分中高端芯片的标配了,现在SOI联盟由IBM、TI、AMD、NVIDIA等公司领导,他们充当了“规则制定者”的角色,唯独没有因特尔,因他觉得SOI固有的一些缺点并不适合民用级CPU,比如造价高昂,在巨额出货量的前提下会体现得尤为突出;且民用CPU也不会面临战争级的辐照,所以他们继续使用成本更低工艺更简单的二极管隔离。

后来随着芯片制成越来越小,另一个杀手如期而至——ESD(Electro-Static Discharge静电释放),它的威力在于它几乎是一门玄学,就像闪电的轨迹一样让人琢磨不定,如今所有芯片内部都有专门设计的ESD保护模块,但即便如此,还是有很多ESD失效案例发生在重重保护和众目睽睽之下,有如白天闹鬼。ESD事件对芯片来说是最为致命的,所以德州仪器很早就开始设计专门的、可靠的ESD保护电路,它对设计者的要求极高,因为不仅要有极大的泄放能力,还要把尺寸压到最小,这在当时只能通过从一次次流片和一次次失败中总结经验,再把经验换成成果,最终他们研发出了最为经典的ESD模块,说它经典,是因为至今它都是全世界的通用标准,不管你多先进,你都是在它的框架下设计的,这种模块其实就是一个简单的MOS管,它通过栅接地(或电源)保证在电路正常工作的时候它关闭,而当ESD来的时候再触发它的寄生三极管泄放大电流,后来这群神人居然想到了上文说的“闩锁”,他们利用闩锁的锁死特性和大电流泄放能力开发出了SCR(Silicon Controlled Rectifier可控硅整流器)这个器件比较复杂,但它却是目前全世界单位电流密度泄放能力最强的保护模块,你能想象这东西在芯片里只有一粒灰尘大小却能让芯片承受8000V的电击吗?(你家里用的是220V交流)有它没它的芯片是云泥之别,其可靠性和耐操性简直不可同日而语,而这是几十年前美国发明的,他们如果要收费,芯片中的任何地方都绕不过他们的专利,甚至像芯片级SCR这种东西,至今在国内都几乎没有,你要用还得找台积电给你元件库,而美国一颗94年的军用芯片SCR已是标配。

各位,有个观念一定要先摆正,老美在芯片领域是远远远远领先我们的,大部分现在已成行业规则的东西都是他们制定的,芯片架构,工艺流程也是他们发明的,不要相信公众号上打鸡血的东西,写那种文章和信那种文章的人基本上对芯片一无所知。摆正了姿态才能不卑不亢的追赶,别活在梦里,我们远没有那么强大。

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扯个比较题外的东西

差分机

英国科学家巴贝奇在1819年设计出来,在1822年就做出了可动模型,他想借助精密的机械齿轮传动,蒸汽机为动力,用齿轮的排列存储数据。他和现代计算机的关系,不亚于世界上第一台连弩和电磁步枪。

为此绘制了2000张组装图个50000多张零件图。但是在巴贝奇有生之年,受制于当时的工业水平,地表最强的工业国举国之力也没有把分析机完整的制造出来。如果分析机能在当时被制造出来,凭借其运算力,现代计算机可能会提早100年出现。

但是巴贝奇此时已经意识到了差分机的巨大潜力,假以时日一定可以制造出更巨大运算更快的机器!这只是时间问题!他的理念过于超前,远远超越了他那个时代的工业水准,他甚至想像出了未来的模样。人类文明获得了堪比神赐的恐怖运算力,扶摇直上一飞冲天。他甚至想穿越到未来百年后看看世界的模样,就算是只看几分钟然后马上死去也值了。如果他能穿越到现在,你把随便一台智能手机,PC摆在他的面前,并且只需要告诉他人类如何用半导体实现了他的差分机,并且运算力是差分机的千万亿倍,然后带他逛逛现在的世界,他一定会泪如雨下,兴奋到大脑颤抖说不出话。

不知道你们不能理解巴贝奇的心情,如果放在现代人身上,大概就是,可控核聚变取得了重大技术突破,实现已经变成了可能,人类已经进入天堂模式和星辰大海的倒计时,但是你有生之年是看不到了,而且这个重大突破是你贡献的,不知道你愿不愿意用生命去换几分钟一窥未来的机会。

还有一个艺术概念叫蒸汽朋克。是人类科技发展的另一条世界线。差分机在那个时候就被成功制造出来,人类工业获得了长足的进步,用愈加复杂的物理机械结构实现运算。计算机提前100年出现,同时审美停留在了维多利亚时期,保留了华丽复杂的特点。于是我们看到了蒸气朋克那巨大的机械飞空艇,裸露在外的传动齿轮和蒸汽管道,看似原始却暗藏黑科技,能做到人类现在都做不到的各种机械。


这是沸腾于齿轮上的浪漫,是精密运算结构与机械美学的完美结合。是能让理科生原地高潮的完美设计。因为他在用最物理的,最直观的方式给你展示着运算过程。

回到正题,很多人之所以觉得CPU平平无奇,一方面是价格问题,另一方面是因为他的运算过程,对于普通人真的不够直观,你无法想象到一个指甲盖大小的金属片层层叠叠的暗藏了多少“齿轮”。上亿“齿轮”的超大规模集成电路需要怎么样的智慧才能让他们协调一致且数年数十年不出大的故障。

不需要全部CPU,只需要其中的冰山一角的一角,做成物理机械结构,放在你的面前,你就会明白这个东西有多复杂。而这样复杂的东西,在这个小小的金属片里还有上亿个。

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以新冠病毒为代表的病毒,其整体尺寸一般在30-80nm。

而Intel长期被人嘲讽”已经落后“的工艺制程为14nm。

而以14nm作为最小设计尺寸(很不严谨的说法,但可以这么粗略理解)的晶体管,在一枚小小的CPU中有几十亿到几百亿个,与全人类数量在同一个量级上。

同时,需要小白注意的是,这些晶体管不是通过物理或化学反应批量生成的重复物(如一滴水中有几十亿个水分子),而是每一个都有特定设计以及明确功能的实体,他们是一个个被画出来并精确地制造在硅晶圆上的。


当然,最应让人感到震撼的是,在无数科学家与工程师的努力下,在波澜壮阔的人类产业链合作之下,这个人造物的巅峰,仅以最低几角钱最高不过几千元的价格,就能来到你的手上。


(3月23日补充:已删除

(补充2:cpu价格不超过几千块确实只是针对大部分,面对3990x这样的怪兽,我只能流下贫穷的泪水(我也好想数框框T_T))

(补充3:开头和病毒的对比,不是说cpu和病毒比的复杂性如何,而是说明cpu的基本构件真的很小。cpu的设计上的复杂性估计比不上任何一种生物啦,但是题目讨论的是人造物)

补充4:已删除

(3月27日补充:

1.删除了与对口罩防病毒能力有关的所有表述,本着对评论负责的态度说明一下:早一些的口罩相关的批评指正是正确的,我原回答存在主观臆测和表述过于笼统的问题;添加了说明后,仍有一些人指出口罩的问题,这让我怀疑我的补充并不能起到应有的效果,故删除。

2.再次强调,比病毒尺寸小≠比病毒复杂

)【最后一次修改答案,本次修改后如不涉及原则性问题,将不会做任何修改补充】

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其实,如果将巅峰理解为高精尖,那CPU其实离真正的巅峰还有一定距离。NASA研究所里那么多黑科技都等着呢。

但是,CPU牛逼的地方就在它能够批量化生产,能够工业化生产,能够把价格降到你我都能享受的地步。而且,一颗CPU的商业化生产,需要全球化的产业链和消费市场。它背后所代表的一切,才是人类社会的巅峰。

一颗AMD Ryzen 9 3950X,利用7nm工艺汇聚16个物理核心、IO核心和外围元器件在一个四厘米见方的PCB上,用1331根针脚跟你PC上其他部件交互。它汇聚了多少个世界上最聪明的头头脑脑的智力成果,经过全球产业链的鼎力合作,到最后在淘宝和天猫上以5800元左右的价格让你能够购买,这本身是现代化工业流水线和国际贸易的产物。

这才是CPU最伟大最巅峰的东西。

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放一张图吧,这是intel于2016年推出的skylake i7 cpu的核心图

完整分辨率tif图片网盘自取

链接:

pan.baidu.com/s/1PY6akt

提取码:lg6q

从宏观层面你就大致可以看出cpu中的四个核心以及对应的cache,12个eu,内存控制器与pci-e控制器所对于的部分。

而这些,是人类运用科技,用激光在纳米级尺度上,一个晶体管一个晶体管,一个逻辑门一个逻辑门地刻出来的。

一种现代工艺的美感。为人类的伟大科技感到赞叹。

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    这个问题非常好,它触及了计算机硬件与软件交互的核心概念。我们来详细地梳理一下: 为什么显卡、声卡、鼠标键盘有驱动,而CPU、内存没有?核心原因在于: 硬件的复杂性和功能的多样性: 显卡、声卡、鼠标、键盘等设备,它们的功能远不止基本的计算或数据存储。它们需要处理大量的特定任务,例如: .............
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    老哥,你这个情况在CSGO里太常见了,简直就是玩家圈里的“家常便饭”。显卡占用率低,CPU占用蹭蹭往上涨,结果帧数就像被绑了秤砣一样提不上去,看着心急火燎的。这事儿说起来可就复杂了,不是一个简单的问题就能解释的,得一点一点捋清楚。咱们先从CSGO这个游戏本身说起。CSGO它是个什么性子?它是个老油条.............
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    好的,咱们就来掰扯掰扯台式机和笔记本电脑CPU这事儿,为什么都是“i5”,笔记本电脑就是没台式机那么“给力”。这中间的水可深着呢!一、 首先,咱们得明白一点:CPU这东西,不是光看名字的。大家都知道,电脑的核心就是CPU(中央处理器),它负责计算、执行指令。Intel的酷睿系列(Core i3、i5.............
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    CPU 和 GPU 的设计目标截然不同,这使得 GPU 在深度学习领域大放异彩,而 CPU 则显得力不从心。要理解这一点,我们需要深入了解它们各自的“基因”和“工作模式”。CPU:大脑的精密与灵活我们可以把 CPU 想象成一个非常聪明、非常灵活的“总管”。它拥有少数几个(通常是几个到几十个)强大而多.............
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    龙芯总裁胡伟武的那句“凡是当年技术上超过英特尔的 CPU 企业都死了”,确实是一句充满思考和争议的论断,它并非单纯的科技评价,更蕴含着对产业生态、市场策略乃至历史教训的深刻洞察。要理解这句话,我们需要将其置于整个CPU产业发展的宏大背景下,并结合胡伟武先生自身的行业经验来解读。首先,我们必须承认,在.............
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    这个问题很有意思,也涉及到硬件设计、散热、功耗和使用场景等多个方面。简单来说,CPU 和显卡在设计上就有不同的侧重点,而它们长期满载时所面临的风险也不同,导致了用户感知上的差异。我们来详细解析一下: 1. 设计侧重点和核心数量 CPU (中央处理器): 核心数量: 传统的 CPU 核.............
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    CPU 主频(Clock Speed)是衡量 CPU 工作速度的一个重要指标,以 GHz(千兆赫兹)为单位。它代表 CPU 每秒可以执行的指令周期数。理论上,主频越高,CPU 就能越快地处理数据。然而,将 CPU 主频推向更高的档位,特别是超过 4GHz,面临着一系列复杂且相互关联的工程挑战,这使得.............
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    哥们儿,理解你的感受,这升级明明看着参数差距挺大,实际体验却没想象中那么“飞起来”,这事儿确实有点让人摸不着头脑。咱就掰扯掰扯,看看这背后的门道。首先,得承认,从3600升级到5900X,理论上的性能提升是巨大的。3600是Zen 2架构,4核8线程,基础频率3.6GHz,Boost频率最高4.2G.............
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    这个问题很有意思,也触及到了CPU最核心的运行原理。我来给你好好捋一捋,保证听完你就能明白了。首先,我们要纠正一个常见的误解:CPU并不是“切下来就能用”的。它需要配合主板、内存、显卡等其他硬件,并且需要操作系统来指挥它工作。就好比一辆没有方向盘、没有油门、没有路的车,就算发动机再强劲也开不了。但你.............

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