华为麒麟990芯片由103亿个晶体管组成。如果你放大看到芯片的层次结构，排列和布局会起伏，就像一座城市。
毫无疑问，将数千亿比电池更小的晶体管插入芯片是一个极其复杂和昂贵的工程问题。它甚至被描述为“世界上最困难、最精密的制造工艺”。台积电（TSMC）和英特尔（Intel）的财务报告中，每年投资数百亿美元建设新的晶圆厂，证实了一切。
2022年，当在各国大力推进100亿晶圆厂计划时，卡内基梅隆大学一名22岁的电子工程专业学生“初步”完成了自己的半导体制造雄心——成功地设计和制造了一个相当于20世纪60年代至70年代水平的硅芯片他家的地下车库。
这位名叫Samzeloof的大四学生于2021年8月在家里成功地自制了他的第二块电脑芯片Z2。为此，著名的《连线》杂志对此进行了报道。
然而，芯片上只有1200个晶体管，比目前的高端技术至少低50年。但齐鲁夫开玩笑说：“与2018年生产的Z1相比，Z2中晶体管数量的增长率绝对超过摩尔定律。”
可以肯定的是，一个小男孩完全复制了整个半导体制造过程。虽然它听起来很棒，但或多或少有一些噱头——毕竟，它不能大规模生产，而且它的性能落后；
但同时，许多细节表明，在商业层面上没有参考价值，更不用说齐鲁夫的成功，这在教育和科研层面上也有非常明确的借鉴意义。
“惊喜”的成本与创新
这很有趣。2016年，当齐鲁夫受到一些半导体DIY视频的启发，开始在他的博客上写下他的芯片制造目标时，许多半导体人给他发电子邮件：“这真的不可能”。
《连线》援引一位受父亲邀请检查安全问题的高级工程师的话说，“你不应该这样做，没有人会。”。但后来，看到自己一点一点的进步，他把自己的话改成：“他做了一件我从没想过有人会做的事。”。
齐鲁夫对反对者的回应也很有趣：“我只是觉得DIY芯片很有趣。当我们听到“不可能”时，我们应该更加小心。”
齐鲁夫在实验室解释了他的Z2制造工艺。这张照片来自他的Youtube视频
事实上，在20世纪60年代和70年代半导体和集成电路行业发展的早期阶段，许多实验室和初创企业的芯片都是“手工”制造的。因此，对于齐鲁夫来说，他不仅需要学校教授的电子工程知识，还需要60年前的历史经验。
因此，在阅读了20世纪70年代的所有相关专利和教科书后，他意识到，生产第一个商业集成电路的飞兆半导体公司将在普通工作台上制造芯片——用干净的车库取代1000多个干净的房间；用刀片、胶带和烧杯取代数千万个美元的工具。
各种化学溶剂的瓶和罐。他将芯片浸入氢氧化物溶液中，溶解硅片上的光刻胶。
即使你不熟悉半导体制造流程，近年来，随着华为和英伟达的发展势头，你或多或少会被网络上半导体知识的疯狂轰炸所普及。在芯片制造工艺的七个生产领域——扩散、光刻、蚀刻、离子注入、薄膜生长、抛光和金属化——中，“光刻”和“蚀刻”无疑是两个核心步骤。
然而，像价值数亿美元的光刻机这样的精密仪器永远不可能出现在一个相对简单的地下车库中；此外，这些精密仪器也有相当程度的操作门槛。
但你绝对无法想象的是，根据网民对齐鲁夫的公开视频（如果你有兴趣，可以去看拍摄整个过程的Youtube）和数据中的仪器价值的估计，总费用不应超过20000美元。
“光刻”的基本原理其实相对简单：首先，将感光材料涂覆在硅片上；然后用类似投影仪的设备将设计模板投影到硅片上，然后通过一系列步骤将多余的部分溶解。因此，他的石版画解决方案可以称为“知识转移天才”-
他在亚马逊上买了一台会议室投影仪。Com，重新安装并安装在显微镜上，形成一个简单的“光刻机”。
该设计通过光学原理被缩小到合适的尺寸，并投影到每个由我们自己手工切割的半英寸多晶硅晶片上，该晶片涂有紫外线敏感材料。
然后自制的光刻机将光束投射到“设计”上：一个由12个电路组成的栅极，每个电路有100个晶体管，总共1200个。
“蚀刻”步骤很像大学里的一门化学实验课程：用酸（各种溶剂）腐蚀每个芯片，然后将其投入1000℃左右的炉中调节导电性，然后将其送入真空室进行进一步处理。
上述步骤前后测量三轮，以结束芯片的关键制造步骤。
旋涂光刻胶、烘烤、曝光和显影，以及各种化学试剂和仪器都用于此过程。来回几次，然后放入真空室进行蒸发和溅射
但《连线》认为，即使是现在，大型晶圆厂生产芯片的基础也大致相同——使用一系列步骤在设计的不同部分添加和移除材料。但其复杂性和成本比齐鲁夫的手工作坊高出数千倍。
有趣的是，除了“光刻机”和“蚀刻机”，齐鲁夫几乎所有的设备都是由eBay和其他拍卖网站的破技术制成的——其中大部分是由上个世纪倒闭的一些硅谷科技公司生产的。现在它们非常便宜，需要深入维修。
"他最伟大的发现之一是电子显微镜，它被损坏了，但在20世纪90年代卖了25万美元。他只花了1000美元就完成了维修。“这台机器的主要功能是检查芯片缺陷。不要低估上个世纪的这台机器。它甚至可以观察蝴蝶翅膀的纳米结构。
电子显微镜，齐鲁夫vlog视频中的图片
在如此低成本的实验环境和软硬件处理下，齐鲁夫的第二代芯片Z2终于在20年前生产的惠普分析仪器上运行了一条漂亮的电流-电压曲线，这意味着一个简单的芯片寿命很短。
齐鲁夫认为，分析仪显示的结果是理想的
事实上，每个人都会看到这件事的表面意义--
太优秀的动手能力、执行力和一种只属于年轻人的不满和自信。齐鲁夫的成就足以让工科学生感到羞愧，他们总是抱怨学校不能提供先进的仪器。
正如一位开发者称赞齐鲁夫的执行力：“给我留下深刻印象的是他是如何推动这一爱好的。当我18岁的时候，我有很多爱好，但我很少完成我想做的事情，学习是一个更大的挑战。”
此外，齐鲁夫在20世纪70年代还通过真实和可识别的视频材料在互联网上获得了一群老年人的鼓励和支持。
但事实上，齐鲁夫的想法相对简单：他认为这很有趣，所以他做到了（动手改造是他的习惯——2020年，他还将宝丽来胶片机改造成了数码相机）；此外，他想向整个半导体行业证明一个有时被故意忽视的事实：
成为一名发明家或创新者不需要数百万美元。这将赶走太多对半导体感兴趣的年轻人，但他们会感叹这一门槛太高。
当然，他制造的这些芯片永远无法安装到你的手机和服务器上；但这种行为正是开源和人文科学的目标——每个人都可以通过复制来改善总体结果并促进共同利益。
此外，从商业市场的角度来看，齐鲁夫的行为和结果可以证明，高质量的实用制造对某些类型芯片（如ASIC）的小规模生产和运营具有很高的价值。
一般来说，在半导体市场上，只有实现大规模生产制造，才能降低成本，获得足够的利润；在现代技术中，规模比性能更重要。
但齐鲁夫告诉我们，随着半导体行业近百年的发展，现有的开放式软硬件工具已经能够满足一些企业在保证成本的前提下实现小规模生产制造的需要；上个世纪的许多旧技术并非完全没有价值。
不容忽视的问题
我们发现《连线》关于齐鲁夫的报道中的一些词语与欧美文化的观点非常一致。例如，他们强调齐鲁夫的“车库”归父母所有。齐鲁夫是一位年长的年轻人。
是的，这也是齐鲁夫在车库里制造芯片后互联网上最大的争论——媒体只说了他的智力、制造芯片的过程和最终的成功，却忽略了他成就背后的模糊附加条件。
例如，他的家庭和社会环境都是隐藏的资源。
一位网民无情地批评了公众对齐鲁夫行为的赞扬——这只是一个关于聪明富家子弟创新的故事。他制造的芯片与现在的相比毫无用处。
“看看他的车库实验室。什么样的高中生或大学生可以用几千美元购买设备？在他这个年龄，我肯定没有这些资源做任何事情。此外，他的亲戚有99.99%的可能性拥有物理学或工程学学位。”
这一说法在某些事实上是正确的。
齐鲁夫的父亲是一名工业设计师，经营着一家赛车零件车间，他的兄弟是一名机器人工程师。在这样的家庭氛围中，很难不从小接触到很多工程知识和手机。
此外，我们不能忽视，曾为车库实验室的安全检查工作了40多年的资深半导体工程师是应齐鲁夫父亲的邀请而来的。
因此，他有成功的痕迹——尽管个人智慧占了很大一部分，但它并不是从零开始的。
这也证实了《纽约客》资深作家马尔科姆·格拉德威尔在2008年轰动一时《异类》你想证明什么：
“那些优秀的人似乎依靠个人奋斗，但事实并非如此。事实上，他们总是受益于一些隐藏的先天优势，或非凡的机会，或一种文化的特殊优势。
正如生物学家在讨论生物时经常提到的“生态学”：人们通常只认为杰出的人是最好的种子，但很少认为他们必须有足够的光、深和肥沃的土壤，以及足够的运气来避开兔子和伐木者。"
事实上，齐鲁夫也漫不经心地提到，他做这个DIY实验是为了进一步验证DIY制造业在现代科技生态系统中的地位--
在2022年的节点上，机器人设备和3D打印机太容易购买，也不太昂贵；他使用的开源电子软硬件平台Arduino和小型板计算机raspberryPI直到2005年才出现。因此，20世纪70年代的技术现在得到了一名大学生的验证，这似乎不那么不可思议。
换句话说，非凡的成就与其说取决于人才，不如说取决于机会。
因此,这场最大的争议也引起了许多外国教育领域网友的呼吁:如果给更多家庭和社会条件不好的青少年同样的资源,时间和指导,将更有利于普及技术创新,，这必须要求国家立法支持政策指导（这也可能是因为半导体在国外直到最近几年都是一个成熟且被忽视的行业）。
在这方面，从目前的趋势来看，实际上，我们在国内做的要比国外好得多。
但是，相对而言，国内半导体产业已经得到了国家和舆论的全力支持，但家庭教育、中等教育和高等教育的理念和体系似乎还需要进步。
在末尾写下：
齐鲁夫的成功必须归功于“其他人没有的优势”。然而，他在科学技术方面的坚持和创造性无疑鼓励了许多热爱科学和有创新热情的年轻人。
“我认为他教给我的是，这个问题的答案是我们可以触及它，这是正确的。积累科学背景和知识，最终创造出对更多人有用的东西，对下一代来说是非常有用的。就像覆盆子学校一样，它是代代相传的。”
在大学学习的工科学生并不关心所谓的隐性优势：
“爱好真的很有用！这本身就是一门伟大的学问！即使你不能打开这扇门，你也可能打开其他意想不到的门。
无论这些爱好花费1美元还是1000美元，齐鲁夫证明了这个问题根本不重要。"
最后，我想给读者留下一个问题：
如果齐鲁夫的故事发生在中国，会有什么样的评论和故事趋势？
