第一千一百一十二章 建立在一堆沙子上的事业

梓琪和童小芸对于生产CPU的工艺都非常感兴趣，缠着范无病带她们去参观一下。

“其实也没有什么好看的，不过你们既然想看，那就去一趟儿好了。”范无病经不住她们的纠缠，于是就答应了下来。

当然，去看CPU的制造过程，同去看种大白菜是不同的，范无病提前跟厂里面打了招呼，让他们安排一个方便的时间。

在王荣昌这里呆了两天之后，范无病就带着梓琪和童小芸去了范氏的芯片制造基地，去参观CPU的制造过程。

范氏的芯片制造基地，前后总投资超过了十亿美元，由五千名工人历时两年多建造完成，期间一共使用了三万吨钢材和差不多十万立方米的混凝土，铺设了一百多万米长的线缆和二十万米长的管道。

这个制造基地的占地总面积约二十万平方米，相当于将近三十个标准足球场，其中一级无尘室面积达到了四万平方米。在这种大型无尘室里，每立方英尺空间内不小于零点五微米的尘埃数目不允许超过一粒，比医院手术室还要干净一百倍。

为了保持无尘环境投入了很高成本，不过，并非所有的车间都需要这种无尘的环境。有趣的是，地面并非是我们平常所了解的硬地板，而是采用的一种类似于网状的设计，但是非常的坚固，目的是保持空气的流通。房间的空气，每四分钟就要完全的更换一次。

经过了非常严格而繁琐的除尘以及其他环节之后，范无病和梓琪、童小芸在厂方工程师的陪同下，进入了其中的一个无尘车间，在这里工作人员必须穿防尘服，免得让晶圆遭受污染。

他们远远地看过去的时候，就发现远处的技术人员怀里抱着一种盒子走来走去，据工程师介绍，这种盒子一般叫lot，里面装的就是晶圆。那些技术人员要做的，就是把这个lot安装在一个机器或者是叫处理工具当中。

基于成本方面的考虑，只有lot入口是在无尘房间中，而其他部分是在低于无尘等级的chase当中。

在工程师的提醒下，梓琪她们特意留意了一下刚才提到的chase车间的地板，同时也注意到处理那些晶圆片的机器，也就是处理刚才技术人员抱着的lot。

整个工厂的无尘房间和机器数量是非常的可观的，因为制造一个CPU晶圆片的工艺过程是非常的复杂的。

一个Pentium 4 CPU要使用二十六道光刻掩膜工序，每一个工序又需要很多的处理步骤，再加上搀杂以及金属镀层等，最后一个CPU制造工序就有上百道。

很多车间中需要使用紫外线照射，这是必不可少的，但是在无尘车间中通常要使用白光，而范无病他们刚参观的那个无尘车间使用的则是橙色光，这又与其他的无尘车间使用的不同，据工程师解释，这是因为这里是晶圆加工的初步工序，而原因是CPU的某一层对白光非常敏感。

工作人员不能直接的接触晶圆片，而是要放在那叫lot的黑色方盒子中，每个盒子能放二十五张晶圆片。这种lot采用的是铝质材料做金属层，颜色是黑的。

当工作人员把lot放到处理机器当中的时候，机器将会逐个的提取这二十五张晶圆片，处理完毕后再放回到lot中。

从一个无尘房间到另一个无尘房间，lot都是按照预定轨迹自动的被传送的。天花板上面有一条自动轨道，那个轨道就是用来传送lot的。

在某些条件下，lot是被直接的输送到相应的机器当中，不需要人工的干预。在每台机器上都有一个屏幕，方面技术人员观察目前机器工作情况以及晶圆片处理到了哪种程度上。

在这里，最后的成品并非是电脑用户最终使用的CPU，晶圆片当中包含了很多的芯片，这些晶圆要被送到如其他装配及测试工厂，在那里晶圆片将被切割，将个体芯片从上面分离下来，测试、贴标并出货，最后才到了电脑用户手上。

在看到晶圆棒的时候，童小芸问了一个很奇怪的问题，“为什么要做成圆的，而不做成方的呢？在切割的时候，圆形的边角都会浪费掉吧？”

旁边儿的工程师立刻解释道，“因为在硅提纯的时候，原材料硅将被熔化，并放进一个巨大的石英熔炉，这时向熔炉里放入一颗晶种，以便硅晶体围着这颗晶种生长，直到形成一个几近完美的单晶硅。这种制作方法根据物理法则来说，最后成型的就是一个圆柱体，不能成为方的，把圆柱体切片，就成圆形了，不能想做什么形状就做什么形状。”

童小芸听了之后连连点头，范无病就笑道，“其实我也不大清楚，不过我不好意思问出来罢了。”

所谓的切割晶圆，也就是用机器从单晶硅棒上切割下一片事先确定规格的硅晶片，并将其划分成多个细小的区域，每个区域都将成为一个CPU的内核。

接下来就是影印，就是在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻物质，紫外线通过印制着CPU复杂电路结构图样的模板照射硅基片，被紫外线照射的地方光阻物质溶解。

再有就是蚀刻，用溶剂将被紫外线照射过的光阻物清除，然后再采用化学处理方式，把没有覆盖光阻物质部分的硅氧化物层蚀刻掉，然后把所有光阻物质清除，就得到了有沟槽的硅基片。

接着就是要分层了，为加工新的一层电路，再次生长硅氧化物，然后沉积一层多晶硅，涂敷光阻物质，重复影印、蚀刻过程，得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。

然后是离子注入，通过离子轰击，使得暴露的硅基片局部掺杂，从而改变这些区域的导电状态，形成门电路。接下来的步骤就是不断重复以上的过程。一个完整的CPU内核包含大约二十层，层间留出窗口，填充金属以保持各层间电路的连接。完成最后的测试工作后，切割硅片成单个CPU核心并进行封装，一个CPU便制造出来了。

到了最后就是封装，这是指安装半导体集成电路中芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用。

芯片的封装技术已经历了好几代，技术指标一代比一代先进，包括改芯片面积与封装面积之比越来越接近一比一，使用频率越来越高，耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性大大提高，使用起来更加方便等等。

“目前绝大多数CPU都采用了一种翻转内核的封装形式，也就是说平时我们所看到的CPU内核其实是这颗硅芯片的底部，它是翻转后封装在陶瓷电路基板上的，这样的好处是能够使CPU内核直接与散热装置接触。这种技术也被使用在当今绝大多数的CPU上。而CPU核心的另一面，也就是被盖在陶瓷电路基板下面的那面要和外界的电路相连接。”工程师对三个人介绍道，“现在的CPU都有以千万计算的晶体管，它们都要连到外面的电路上，而连接的方法则是将每若干个晶体管焊上一根导线连到外电路上。例如我们制造的CPU的引线数量为五千条，用于服务器的六十四位处理器则达到了七千五百条。”

众人听得连连赞叹不已，事实上要在这么小的芯片上要安放这么多的焊点，这些焊点必须非常的小，设计起来也要非常的小心。

由于所有的计算都要在很小的芯片上进行，所以CPU内核会散发出大量的热，核心内部温度可以达到上百度，而表面温度也会有数十度，一旦温度过高，就会造成CPU运行不正常甚至烧毁，因此很多电脑书籍或者杂志都会常常强调对CPU散热的重要性。

“CPU的成本究竟有多少钱？”梓琪问范无病道。

“这个问题，比较复杂一些——”范无病听了之后也比较挠头。

倒不是说怕说出来之后令大家感到眼红，而是因为制造CPU的成本计算起来确实比较复杂，并不是一句话就能够说明问题的。

首先一个价格因素，就是设计团队的薪资待遇问题，这是一个很大的投入，毕竟想要设计制造CPU，就必须要有一支实力很强大技术水平很高的设计团队，没有这个作为基础，显然是办不成大事儿的。

其次就是晶圆制造成本的问题，一般而言，晶圆的直径越大，则可以分割出来的CPU核心就越多，这样一次性制造的成本就会降低，利润就会升高，在同样的功耗下做出的半成品就越多，显然意味着成本的下降。

以目前的八英寸晶圆来看，一张晶圆不过才能够切割一百多块儿CPU核心，而如果是换了十二英寸晶圆来切割，那就可以至少切割出来两百八十片。

当然了，如果是提升了光刻技术，精度再不断提高之后，就可以缩小CPU核心的体积，使得单位面积上可以分割出来的数量更多一些。

一片十二寸晶圆的价格大概是七八千美元，以范氏投资集团目前的最新技术来看，已经试验成功的技术可以在十二英寸晶圆上切割出六百多片CPU核心来，这样的话，成本就会下降很多，再加上其他方面的费用，预计单片成本会降到三百块人民币之内，而这可是范氏最新的功能最强的CPU核心技术。

“其实处理器的利润也不是很高，因为成本太大，一个工厂投资都是几十亿美元，再加上人工税收和营运开支，利润一般在两成左右就不错了，如果经营不好亏损也有可能。”范无病有些感慨地说了一句。

其实还有一点范无病没有说出来，那就是一片十二寸的晶圆的价格七八千美元，那是国际市场的价格，事实上范氏的成本要远低于这个价格，同时现在范氏最新的研究技术正在将CPU核心体积继续减小，估计一旦成功之后，一片十二英寸晶圆上可以切割出两千片以上的CPU核心来，那样的话，成本下降就非常厉害了。

当然了，这些事情，既然还没有办成，那么也就没有刻意拿出来炫耀的必要了，毕竟现在的外界，仍然是认为范氏投资集团的晶圆厂只能够加工八英寸晶圆，而在事实上，范氏已经有了制造十二英寸晶圆生产线的技术储备，并且已经在生产线的建设当中。

根据范氏的研发团队的最新目标，他们已经在向十八英寸晶圆制造技术发起了挑战。

从这一点上来将，范无病说自己的企业利润不高，只有两成，倒是也不是谎话，因为目前大部分的盈利都被范无病投进了技术研发和生产线建设当中去了。

“以前总是听人说，CPU就是一堆沙子制造出来的，成本基本上为零，今天参观了这里，才知道原来是这么复杂的一个制造过程——”童小芸有些感慨地说道。

“这种话我也听过。”范无病点头表示道，“CPU的成本是一堆沙子，软件的成本就是一张光盘，如果这个国家中大多数人都抱着这样的想法，那么就很容易理解为什么创意产业一片凋零了。”

不说微软一个很虚无的东西要卖好几千块，当初WINDOWS出世的时候，几千个高级程序员蹲在那里整整写了三年，这工资那里来？这些人吃什么？出来以后用户不买账，这风险谁担？

同样，人家把沙子变成CPU，人家付出了多少？无论是INTEL还是AMD，都会和每个工程师签下生死状，包养终生，这钱哪里来？这都不算建厂、设备、销售运作等等成本和投入了。

“有些人压根儿就看不到高科技的力量，要是所有的事情都是那么简单的话，怎么可能会有福布斯超级富豪榜这种东西存在？CPU虽然是建立在一堆沙子上的事业，却也不是谁都做得了的。不尊重知识，就没有出头之日。”范无病摇了摇头道。

“那你怎么解释煤老板这个存在？”梓琪立刻反问道。

“这个——呃——”范无病顿时被问住了。