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第441章 光刻機概念論證

2026-08-01 20:59:46 作者: 十二土申

  發現並驗證了半導體的物理放大原理,僅僅是推開了微電子時代的一條門縫。

  要將這種脆弱的實驗室晶體,轉化為能夠支撐運轉的可靠組件,還需要經歷嚴苛的工程學驗證。

  接下來的半年時間裡,計算機研究所與材料學研究所抽調了最精銳的骨幹,成立了聯合攻關小組。

  由於還沒有設計流水線,所有早期的固態元件只能全靠手工製造。

  學者們戴著厚厚的防塵口罩,在恆溫室里,用鑷子和極細的金屬絲,小心翼翼地拼接出了幾千個鍺電晶體和矽電晶體的樣品,並將它們封裝在黑色的絕緣膠木之中。

  隨後,測試開始了。

  畢竟工程學不相信奇蹟,只相信極限狀態下依然穩定的概率。

  測試小組的學者們將這些黃豆大小的元件,分批次投入了極端的物理環境中。

  他們把元件放進高達一百五十攝氏度的工業烤箱中持續烘烤。

  或者在通電狀態下,直接將其扔進刺骨的冰水混合物中測試熱脹冷縮的應力。

  甚至將其用螺栓固定在全速運轉的大馬力內燃機外殼上,以模擬火箭升空時那種低頻共振。

  實驗數據在日復一日的記錄中緩慢積累,厚厚的手寫數據本在辦公桌上堆成了一座小山。

  神諭三二七七年,冬末。

  聯合測試中心的總結會如期召開。

  「經過近萬小時的交叉對比測試,我們得出了明確的結論,在未來的思路上,必須徹底放棄提純相對容易的鍺,全面轉向提純難度較高的矽。」

  負責環境測試的高級工程師站在黑板前匯報著。

  

  「鍺電晶體在常溫下表現尚可。」

  「但是,一旦環境溫度超過八十攝氏度,其內部的自由電子就會開始暴走,引發嚴重的熱失控現象,導致整個邏輯電路短路崩潰。」

  工程師指著黑板上的一條斷崖式下跌的曲線,「對於需要塞進火箭整流罩,經受幾千度氣動加熱的高空飛行器來說,鍺元件是致命的。」

  「相比之下,矽材料雖然需要兩千度以上的高溫區熔法才能提純,工藝艱難,但它在耐高溫和抗輻射的物理素質上,表現出了令人驚嘆的穩定性。」

  工程師翻開最後一頁匯總報告,聲音在大理石會議室內迴蕩。

  「在常規環境下連續通電運行五千小時後,抽樣測試的一千個矽電晶體,其邏輯通斷正確率維持在百分之百。」

  「沒有任何玻璃漏氣、沒有任何燈絲燒毀現象。最關鍵的是,它的體積僅為同等功率電子管的百分之一,功耗更是不足其千分之一!」

  聽著這些看似枯燥的數據,會議室里所有頭髮花白的學者們,長長地舒了一口氣。

  有了這些紮實,甚至有些保守的實證數據打底,一份名為《基於矽基半導體材料的新一代計算機研發計劃》的提案,被火速送上了大夏內閣和夏王的案頭。

  面對著航空航天局對微型化算力的渴求。

  他們做夢都想把一台計算機塞進人造衛星里,內閣幾乎沒有進行任何常規流程的扯皮與阻撓。

  專項資金和特種物資的調撥令被迅速批覆。

  大夏的第一代電晶體計算機項目,作為國家特級工程,正式上馬。

  ……

  然而,科學的攀登從來都不是一條坦途。

  推倒了一面牆,往往會發現前方橫亘著另一座更高的山峰。

  就在計算機研究所的學者們歡欣鼓舞,準備拋棄龐大悶熱的電子管,利用小巧玲瓏的電晶體大幹一場,設計出一台擁有前所未有算力的超級計算機時。

  硬體架構組的一名年輕研究員,在一次圖紙論證會上,無情地戳破了這個美好的幻想。

  他只是將一張畫滿了密密麻麻,猶如亂麻般交叉線條的巨大結構圖,掛在了黑板上。

  「諸位前輩、所長。」

  年輕研究員推了推鼻樑上厚厚的近視眼鏡,語氣中沒有新項目上馬的興奮,反而透著一絲深深的憂慮。

  「電晶體確實很小,耗電也很低,這是很完美的底層元件。但是,如果我們要在新一代機器里,使用十萬個,甚至五十萬個電晶體來構建更複雜的運算矩陣,以滿足多體問題的軌道測算……」


  他停頓了一下,目光掃過在場的所有人:「我們該如何把它們連接起來?」

  喧鬧的會議室安靜了下來。

  「每一個電晶體有三個金屬引腳。十萬個電晶體,就是整整三十萬個焊接點,這還不算配套的幾萬個電阻和電容。」

  研究員拿起一根細細的銅線,在半空中晃了晃,「這就意味著,我們需要在機櫃的背板上,用成百上千公里的這種絕緣銅線,將這幾十萬個微小的元件,如同編織漁網一樣,由工人一個一個地手工焊接在一起。」

  「這不僅會導致機器內部的線路密集得猶如不可穿透的原始叢林,任何檢修都將變得不可能。更致命的是物理極限。」

  研究員拿起粉筆,在黑板上快速寫下了一組概率公式。

  「哪怕我們選拔全大夏手最穩、最細心的女工來進行焊接,哪怕我們將焊點的故障率控制在驚人的十萬分之一。」

  「在這由幾十上百萬個手工焊點組成的龐大系統里,整台機器依然會因為那一兩個隨時可能出現的虛焊或金屬疲勞鬆動,而瞬間癱瘓!」

  「而且,當電子信號在幾米長的冗餘銅線中來回穿梭時,產生的時間延遲和電磁串擾,會直接摧毀整個計算機的高頻時鐘節拍。」

  研究員放下粉筆做出了總結:「我們利用半導體解決了電子管極易損壞的問題,但隨之而來的,是我們陷入了工程學上更加難以解決的引線數量的災難。」

  這個問題,如同一盆冷水,無情地澆在了所有學者的頭上。

  當基礎元件縮小到一定程度,且數量呈指數級上升時,連接這些元件的導線和焊點,反而喧賓奪主,成了整個系統最大的累贅和最脆弱的故障源。

  計算機研究所的所長沈平坐在主位上,眉頭深鎖成了一個川字。

  他盯著圖紙上那些代表著電晶體的黑色小方塊,以及它們之間那錯綜複雜的連接線條,陷入了長久的沉思。

  會議室里安靜得只有牆上掛鐘的秒針在發出單調的「滴答」聲。

  所有人都在絞盡腦汁,試圖在縮小元件和增加接線這個死結中尋找平衡。

  時間一分一秒地流逝。

  「既然導線是累贅,焊點是故障的根源……」

  沈平緩緩抬起頭,眼睛開始逐漸亮起光芒。

  「既然電晶體的本質,就只是在一塊高純度的矽片上,通過摻雜不同性質的雜質,形成了正負結區……」

  他站起身,幾步走到黑板前。

  用白色的粉筆,在那些方塊和亂麻般的線條外圍,畫了一個巨大的方框。

  「那我們為什麼非要這麼蠢?!」

  沈平轉過身,看著會議室里的同僚們,提出了一個在當時看來極具科幻色彩,甚至有些天方夜譚的構想。

  「我們千辛萬苦地提純出一整塊矽晶棒,然後費盡心機把它切成一個個只有黃豆大小的單獨零件。封裝好之後,再用笨重的銅線和焊錫,把它們重新連接起來。這簡直是脫褲子放屁!」

  「我們能不能改變思路?把整個複雜的運算電路,直接做在一塊完整的,平整的矽片上?!」

  沈平手指重重地點在那個代表整塊矽片的大方框上,語速越來越快:

  「我們利用特定的化學氣體腐蝕,配合微縮的光影投射方法,就像洗印照片那樣,直接在這塊硬幣大小的矽片上,畫出幾百個,上千個電晶體的摻雜區域!」

  「不僅要畫出電晶體,連同它們之間的導線,也不再使用實體的銅線!而是直接在這塊矽片的表層,蒸發沉積上一層金屬薄膜。用這層薄膜,將所有的元件在微觀層面上無縫連接!」

  「讓整個複雜的運算陣列,成為一個不可分割的,沒有任何外部人工焊點的整體!」

  「我們可以將這種東西,命名為集成電路。」

  會議室里依然是一片安靜。

  所有的數學專家、材料學專家、硬體工程師,都在腦海中推演著這個構想的可行性。

  在極微小的矽片上,雕刻出一座包含成千上萬個元件的微型城市,且容不得半點灰塵和誤差。

  這已經完全超出了傳統機械加工的範疇,這需要精準的光學顯微成像、高純度特種化學感光膠、等離子級別的蝕刻技術等數十個尖端學科的極致配合。

  這是一項難度遠超製造單個電晶體十倍,百倍的超級工程。

  但在這間大夏實驗室里,沒有一個人站出來提出反駁,也沒有一個人嘲笑所長的異想天開。

  因為這些見證了大夏科技發展的學者們很清楚,物理定律沒有說這條路行不通。

  這,就是大夏跨越算力極限的通天大道。

  「呼……」

  一名資深的硬體研究員打破了沉默。

  他翻開筆記本嶄新的一頁,拿起了鋼筆。

  他在紙上寫下了光刻機概念論證幾個字。

  隨後他抬起頭,看向沈平,「所長,看來,我們又要去麻煩學宮裡光學實驗室和化學院的那幫老夥計了。」


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