出品| 虎嗅科技组
封面来自Wired
一枚华为麒麟990芯片，由103亿颗晶体管组成。如果放大看芯片的层级构造，排列布局起起落落，宛若一座城市。
毋庸置疑，将几百上千亿颗比细胞还小的晶体管塞进芯片里，是一个极度繁芜且耗资巨大的工程难题，乃至曾被描述为“天下上最困难和精密度最高的制造过程”。而台积电与英特尔财报上每年投入到新晶圆厂培植的数百亿美元，则证明了统统。
便是在2022年各国百亿晶圆厂操持浩浩荡荡推进之时，一个22岁的卡内基梅隆大学电子工程专业学生，则在家里的地下车库里，“初步”完成了属于自己的半导系统编制造宏图——
成功设计并制造出了一枚相称于20世纪60~70年代水平的硅芯片。
22岁的工程电子专业大四学生DIY了一枚有1200个晶体管的芯片，图片来自Wired
这个叫山姆·齐鲁夫（Sam Zeloof ）的大四学生，2021年8月在家里，成功 DIY 出自己的第二枚低廉甜头电脑芯片Z2。也正因如此，著名杂志 Wired 对其进行了宣布。
不过，这枚芯片只附着了1200个晶体管的芯片，与当下的高端工艺差了至少50年的技能水平。但齐鲁夫开了个玩笑：“比起2018年制造的Z1，这枚Z2的晶体管数量增长速率，绝对超过了摩尔定律。”
可以非常肯定的是，一个年轻男孩完全复刻出半导体全体生产制造流程，虽然听起来非常了不起，但多多少少都会有噱头身分在里面——毕竟不能大规模生产，而且性能掉队；
但同时，很多细节却显示，这个中并非没有商业层面的借鉴代价，更不必说齐鲁夫的成功，在教诲与科研层面，也有非常明确的借鉴意义。
“大跌眼镜”的本钱与创新
非常有趣，齐鲁夫从2016年受到一些半导体DIY视频的启示，开始在博客上写下自己的芯片制造目标时，很多半导体人便给他发过邮件——“这真的不可能”。
Wired 援引一位曾被他父亲请到家里来检讨安全问题的资深工程师的话便是——“你该当做不到，没人会做到”。但后来看到他一点一点的进步，他改口为：“他的确做了一些我从未想过有人会做的事情”。
而齐鲁夫应对反对声的表现也很故意思：“我只是以为DIY芯片很有趣。当我们听到‘不可能’的时候…我们该当更加小心谨慎地去做。”
齐鲁夫在实验室讲解自己的Z2制造过程。图片来自他的Youtube视频
实际上，20世纪60~70年代半导体与集成电路家当发展初期，很多实验室与初创公司里的芯片，都是被“手工”制造出来的。因此，对付齐鲁夫来说，他须要具备不仅仅是学校教给自己的电子工程学知识，更主要的是60年前的历史履历。
因此，他阅读了上世纪70年代所有干系专利与教科书，意识到制造出第一枚商用集成电路的仙童半导体，便是在普通事情台上制造芯片——用干净的车库，代替高于1000级的无尘清洁室；用刀片、胶带与烧杯，替代上千万美元的仪器。
各种化学溶剂的瓶瓶罐罐。他把芯片浸在氢氧化物溶液里，溶解掉硅片上的光刻胶。
即便不熟习半导系统编制造流程，但这几年借华为与英伟达之势，你多多少少也能被网络上猖獗轰炸的半导体知识给遍及一二。而在芯片制造流程的七大生产区域——扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜成长、抛光、金属化中，“光刻”和“刻蚀”无疑是最核心的两步。
然而，动辄上亿美元的光刻机等精密仪器，绝对不可能涌如今一个相对简陋的地下车库中；此外，这些精密仪器也具有相称程度的操作门槛。
但你绝对想不到的是，根据网友对齐鲁夫公开视频（有兴趣可以去看Youtube，他拍下了全体过程）和资料中的仪器代价测算，总本钱该当不会超2万美元。
“光刻”的基本事理实在相对大略：先将光敏材料涂在硅片上；然后用一个类似投影仪的设备，将设计模板投射在上面，然后再通过一系列步骤溶解掉多余的地方。因此，他办理光刻的方法堪称“知识迁移鬼才”——
他在亚马逊网站上买了一个会议室投影仪，改装后安装在显微镜上，组成一台大略单纯“光刻机”。
将自己的设计通过光学事理微缩到得当的尺寸，投射在自己手工切割的每块约为半英寸的多晶硅片上，而这枚硅片抹上了对紫外线敏感的材料。
再将低廉甜头光刻机将光束投射到“设计”上：一个由12个电路组成的栅格，每个电路有100个晶体管，共计1200个。
而“刻蚀”步骤，很像是一节大学里的化学实验课：用酸（各种溶剂）堕落每块芯片，再将它扔进在1000摄氏度旁边的炉子里烘烤，以调度电导率，然后送入真空室做进一步处理。
以上的步骤交往返回捯饬三轮，才能结束芯片的关键制作步骤。
旋涂光刻胶，烘烤、然后曝光显影，中间用到各种化学试剂与仪器。来回几次再放入真空室做蒸发、溅射
但Wired认为，即便是在当下，巨型晶圆厂以大致相似的根本办法生产芯片——在设计的不同部分利用一系列步骤添加和移除材料。只是繁芜度和本钱比齐鲁夫的手事情坊要赶过几千倍。
有趣的是，除了“光刻机”与“刻蚀机”，齐鲁夫险些所有的设备都是从eBay和其他拍卖网站上淘的科技褴褛——它们多是由一些上世纪就倒闭的硅谷科技公司生产，如今已经十分廉价且都须要深度修理。
“他最好的创造之一，便是那台虽然坏掉，但90年代售价高达25万美元的电子显微镜，他只花了1000美元买下来并完成了修复。” 这台机器的紧张浸染是检讨芯片毛病，不要鄙视这台上世纪的机器，它乃至还能不雅观察蝴蝶翅膀的纳米构造。
电子显微镜，图片来自齐鲁夫的vlog视频
便是在这样本钱极低的实验环境与软硬件处理下，齐鲁夫的第二代芯片 Z2，终极在一台20年前生产的惠普剖析仪器上，跑出了俊秀的电流电压曲线——这代表着一枚大略单纯芯片短暂拥有了生命。
齐鲁夫认为剖析仪显示的结果比较空想
事实上，所有人都会看到这件事的表层意义——
太过精良的动手能力、实行力以及一种独属于年轻人的不服与自傲。齐鲁夫取得的成果，足以让那些总是抱怨学校里不能供应前辈仪器的工程专业学生感到羞愧。
就像一位开拓者评价齐鲁夫的实行力所讴歌的：“让我印象深刻的，是他如何来驱动这个爱好。当我18岁的时候，我有很多兴趣爱好，但是我很少完成我想做的事情，而学习，则是一个更大的寻衅。”
此外，齐鲁夫也凭借真实可确认的视频资料，在网上得到了一群70年代半导体老人的鼓励与支持。
但实际上，齐鲁夫的想法比较大略：他以为故意思，以是就动手做了（动手改造是他的习气——在2020年，他还把一台宝丽来胶卷机，改造成数码相机）；此外，他想以此证明给全体半导体家当一个有时会故意忽略的事实：
并不是要有数百万美元的预算，才能成为一个发明者或创新者。这会赶走太多对半导体感兴趣但又惊呼门槛太高的年轻人。
当然，他做的这些芯片绝对不可能装进你的手机与做事器；但这种行为，却正好是开源与人类科学的目标——每个人都可以通过复制来改进整体结果，促进共同利益。
齐鲁夫也曾改造过相机：左边为胶卷机照片，右边是齐鲁夫改造为数码相机后拍摄的照片。图片来自卡内基梅隆大学
其余，从商业市场角度来看，齐鲁夫的行为和结果能够证明：高质量的实操制造，对某些种类芯片（譬如ASIC）的小规模生产与运行会具备很高的代价。
常日来讲在半导体市场，只有实现大规模生产制造，才能降落本钱得到足够的利润；在当代工艺中，实现规模化比性能更主要。
然而，齐鲁夫见告我们，在半导体家当发展近100年确当下，现有开放的软硬件工具已经能够知足一些企业在担保本钱的条件下，实现小规模生产制造；而很多上世纪老旧的技能，并非完备没有了可取之处。
不可忽略的问题
我们创造，Wired对齐鲁夫的宣布中，有些用词非常符合欧美文化视角。譬如，他们强调齐鲁夫事情的“车库”，是归他父母所有的。而齐鲁夫是一名读大四的年轻人。
没错，这也是网上对齐鲁夫在车库造出芯片后引发的最大辩论点——媒体仅仅说出了他的聪明才智，他制造芯片的过程，他取得的终极成功，但却忽略了他做出这些成绩背后的隐晦附加条件。
譬如他的家庭，他的社友谊况，都是一些隐蔽资源。
一位网友绝不留情地批评大众对齐鲁夫的行为吹捧过剩——这只不过是讲了一个聪明的巨室子弟创新故事。他做的芯片跟现在的东西比较，没有任何用途。
“看看他的车库实验室，什么样的高中生或大学生能拿着数千美元买设备？在他这个年纪，我肯定没有这些资源做任何事情。此外，有99.99% 的可能性是他的亲人拥有物理或工程干系的学位。”
图片来自Wired
这个说法恰好切中了一些事实。
齐鲁夫的父亲是一名经营赛车零部件车间的工业设计师，他的哥哥则是一名机器人工程师，这种家庭氛围下很难不从小打仗大量工程学知识与动手机会。
此外我们也不能忽略，为车库实验室做安全检讨的那位工龄超过40年的半导体资深工程师，是齐鲁夫父亲请来的。
因此，他的成功有迹可循——虽然个人的聪明才智霸占很大一部分，但并非真正的从零开始。
这也印证了纽约客资深撰稿人马尔科姆·格拉德威尔在2008年出版的轰动一时的《异类》中想证明的：
“那些变得卓尔不群的人看似靠个人奋斗，实在不然。事实上，它们一贯得益于某些隐秘的先天上风，或是非凡的机缘，亦或某一文化的分外上风。
就像生物学家谈论生物体时常涉及的“生态学”：人们常日只想到精彩人士是最优质的种子，但很少想到成材还必须有充足的光照，深厚肥沃的土壤，以及足够运气躲过兔子和伐木工人。”
实在齐鲁夫也随口提过，自己做这个DIY试验，是想进一步验证DIY制造到底在当代科技生态系统中处于什么地位——
在2022年的节点上，机器人设备与3D打印机太随意马虎买到且不是太贵；而他用到的开源电子软硬件平台 Arduino 与小型单板打算机树莓派（Raspberry Pi）都是在2005年之后才涌现的。以是，70年代的技能在当下被一个大学生验证，彷佛就变得没那么弗成思议了。
换言之，与其说非凡的造诣取决于天赋，不如说取决于机遇。
因此，这个最大的争议，也引发了很多外国教诲界网友的呼吁：如果让更多家庭、社会条件没那么好的年轻人得到同等资源、韶光与辅导，那么就更有利于普遍性技能创新，而这就一定须要国家的立法、政策辅导的支持（可能也是由于半导体在国外已经是成熟到被忽略的家当了，直到近几年）。
而这一点，从当下趋势来看，实在海内做的比国外要好很多。
但相对来看，海内半导体家当得到了国家与大众舆论的大力支持，但彷佛在家庭教诲与中高档教诲理念与体系上有待进步。
齐鲁夫的自拍，图片来自卡内基梅隆大学
写在末了：
齐鲁夫的成功，一定有“拥有其他人所没有的上风”加持。但他对科技的执着与创造力，也无疑鼓励了很多热爱科学且具备创新激情亲切的年轻人。
“我认为他给我的启迪是，这个难题的答案是我们可以触及到的，这就行了。这对下一代积累科学背景与知识是极其有用的，并终极创造出对更多人有用的东西，就像树莓派一样，一代又一代传承下去。”
一位正在读大学的工程专业学生，丝毫不在意所谓的隐性上风：
“爱好真的是很有用的！
这本身便是一种伟大的学习！
即便敲不开这扇门，也可能敲开其他意想不到的大门。
而这些爱好，到底花费1美元还是1000美元，齐鲁夫证明了，这个问题完备不主要。”
末了，想给读者留下一个问题：
如果齐鲁夫的故事发生在海内，那么会有什么样的评论与故事走向？
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