二零四 ARM(1/2)
按照道理來講,這種碳化硅材料性能如此之好,優(yōu)點(diǎn)那么多,早就該進(jìn)入到基地的視野了,只不過基地有著主腦主持,還有可以取代處理器芯片的納米蟲,在基地范圍內(nèi)很容易就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,對(duì)于只能依賴電能運(yùn)行的芯片暫時(shí)沒有太大的需求。
而基地救回來的張誠院士還有他手下的研究生,所學(xué)的通訊技術(shù)專業(yè)其實(shí)跟集成電路設(shè)計(jì)也有著遙遠(yuǎn)的距離,現(xiàn)代社會(huì)分工越來越細(xì),如過去那般一人可以精通一整個(gè)行業(yè)的大師幾乎不存在了,只是作為長年生活在科技前沿的研究人員,對(duì)于芯片的設(shè)計(jì)終究是有些了解的。
不過隔行如隔山,對(duì)此他們也僅僅是有些了解罷了,就是這一點(diǎn)點(diǎn)的了解,再學(xué)習(xí)過基地的一些基礎(chǔ)資料后,他們倒是在主腦的配合下,勉強(qiáng)可以開始一點(diǎn)設(shè)計(jì)工作,只不過最初的時(shí)候,他們基于單晶硅設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易芯片,稍一通電,就直接毀掉了,才知道在這個(gè)暗能量肆虐的環(huán)境下,最為成熟的芯片領(lǐng)域,單晶硅基材已經(jīng)沒有了用武之地。
既然硅元素不行,就需要選擇其他的半導(dǎo)體材料了,只不過在末世之前,碳化硅這種半導(dǎo)體材料雖然也得到了廣泛的應(yīng)用,卻一般都集中在大功率電子轉(zhuǎn)換器還有發(fā)光二極管等領(lǐng)域,當(dāng)然那種作為磨料使用的黑色或者綠色的砂輪也很常見,方文上班的時(shí)候也經(jīng)常用它們來磨車刀或者鉆頭。
雖然作為半導(dǎo)體材料它有著很優(yōu)良的特性,不過由于晶體類型太多,加工困難等原因,并沒有處理器級(jí)別的芯片被大規(guī)模地工業(yè)生產(chǎn),許多人一想到芯片很自然地就想到了單晶硅,要么就是最近很流行的石墨烯上面,而基地的石墨烯完全是自己量產(chǎn),要多少有多少的狀態(tài),所以哪怕是張誠這樣的半個(gè)圈內(nèi)人,也很自然地就把目光投入到了石墨烯上面,只不過對(duì)于石墨烯芯片,基地有的只是一點(diǎn)理論上的猜想,畢竟所有的實(shí)物對(duì)處于實(shí)驗(yàn)室狀態(tài),根本不會(huì)出現(xiàn)在大學(xué)的資料上來,讓那些很少接觸這方面的人把理論運(yùn)用到實(shí)際中來,還需要很大的努力,反正到目前為止,他們還沒有做出足夠的成績(jī)。
不過對(duì)于方文這樣的外行人來說,既然硅元素不堪造就,那么就從主腦所列的,可以充當(dāng)半導(dǎo)體材料的元素還有化合物中間再找一個(gè)就是了,而在世界上已發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體材料中,可以直接取代硅元素,充當(dāng)基材的半導(dǎo)體材料,主腦推薦的就是這個(gè)碳化硅,它的排列順序就在硅元素的后面。
方文覺得,反正都要嘗試,干脆按順序來好了,他首先調(diào)動(dòng)腦海里面的記憶,按照教材上面的集成電路設(shè)計(jì)規(guī)范,設(shè)計(jì)出世界上第一塊商用處理器,英特爾的4004,幸好理工大學(xué)還有著集成電路設(shè)計(jì)的專業(yè),否則方文都不知道上哪里尋找這些集成電路設(shè)計(jì)的知識(shí)
擁有2300個(gè)晶體管的4004處理器,采用十微米工藝設(shè)計(jì),只有四十五條指令,原理和電路圖早已公之于眾,方文也是很容易就把電路設(shè)計(jì)了出來,或者說抄更加的合適。
不過硅半導(dǎo)體的基材和碳化硅半導(dǎo)體的基材終究有許多的不同,幸好把碳化硅材料變成晶體管也不是一件非常困難的工作,隨著方文的思考,眼前的4004原理圖飛快地變成了實(shí)物。
采用碳化硅基材,十納米制程還有常溫超導(dǎo)體導(dǎo)線連接的處理器實(shí)物,就出現(xiàn)在方文的眼前。
事實(shí)上出現(xiàn)在眼前的4004處理器并不止一個(gè),而是連在一起的幾十個(gè),畢竟區(qū)區(qū)兩千多個(gè)晶體管的數(shù)量實(shí)在太少,如果不增加封裝電路的話,它的表面積只有幾平方毫米那么大,如果不注意的話,甚至?xí)阉?dāng)做一塊污漬而忽略過去。
接下來繼續(xù)封裝接出引腳,處理器看起來才大了一圈,然后就通電測(cè)試。
得益于制程的提高,4004處理器的工作頻率竟然達(dá)到了2G,雖然這個(gè)數(shù)字完全沒有任何的用處,最多可以多進(jìn)行幾億次的運(yùn)算罷了,然而讓方文驚喜的是,它竟然沒有燒毀,就算是在完全模擬了外界的環(huán)境的情況下依然如此。
事實(shí)證明,碳化硅做芯片還是相當(dāng)靠譜的,十納米已經(jīng)是末世前人類制程技術(shù)中比較先進(jìn)的了,現(xiàn)實(shí)中投入商用的最高制程也不過七納米,畢竟他們?cè)缇蛧L試過了,別說納米級(jí)別,就算五微米的硅處理器,在外界運(yùn)行的時(shí)候都會(huì)直接燒掉。
不過4004這樣的簡(jiǎn)易處理器顯然不符合靈兒的要求,方文索性選擇了ARM處理中比較早的一款,ARM7處理器來重新設(shè)計(jì)。
ARM7處理器算是一款比較經(jīng)典的精簡(jiǎn)指令集處理器了,由于英國ARM公司采用只設(shè)計(jì)而不生產(chǎn)的方式,對(duì)這款處理器進(jìn)行了廣泛的授權(quán),所以它的處理器原理還有電路結(jié)構(gòu)根本不是什么秘密,后來的驍龍還有海思,無一不是在ARM處理器公版上改型而來。
方文可沒有對(duì)它改型的能力,不過按部就班對(duì)公版抄襲還是很容易的,一會(huì)功夫,采用零點(diǎn)五微米制程的ARM7公版處理器就出現(xiàn)在方文的眼前,他這回倒沒有對(duì)制程改進(jìn),純粹是想嘗試一下這樣復(fù)雜的處理器結(jié)構(gòu),在暗能量環(huán)境中能不能運(yùn)行。
經(jīng)過幾秒鐘的封裝過后,處理器被插在一塊臨時(shí)改出來的主板上,順利點(diǎn)亮,并且成功地運(yùn)行了起來。
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