第441章 光刻机概念论证

发现并验证了半导体的物理放大原理，仅仅是推开了微电子时代的一条门缝。 要将这种脆弱的实验室晶体，转化为能够支撑运转的可靠组件，还需要经历严苛的工程学验证。 接下来的半年时间里，计算机研究所与材料学研究所抽调了最精锐的骨干，成立了联合攻关小组。 由于还没有设计流水线，所有早期的固态元件只能全靠手工制造。 学者们戴着厚厚的防尘口罩，在恒温室里，用镊子和极细的金属丝，小心翼翼地拼接出了几千个锗晶体管和硅晶体管的样品，并将它们封装在黑色的绝缘胶木之中。 随后，测试开始了。 毕竟工程学不相信奇迹，只相信极限状态下依然稳定的概率。 测试小组的学者们将这些黄豆大小的元件，分批次投入了极端的物理环境中。 他们把元件放进高达一百五十摄氏度的工业烤箱中持续烘烤。 或者在通电状态下，直接将其扔进刺骨的冰水混合物中测试热胀冷缩的应力。 甚至将其用螺栓固定在全速运转的大马力内燃机外壳上，以模拟火箭升空时那种低频共振。 实验数据在日复一日的记录中缓慢积累，厚厚的手写数据本在办公桌上堆成了一座小山。 神谕三二七七年，冬末。 联合测试中心的总结会如期召开。 “经过近万小时的交叉对比测试，我们得出了明确的结论，在未来的思路上，必须彻底放弃提纯相对容易的锗，全面转向提纯难度较高的硅。” 负责环境测试的高级工程师站在黑板前汇报着。 “锗晶体管在常温下表现尚可。” “但是，一旦环境温度超过八十摄氏度，其内部的自由电子就会开始暴走，引发严重的热失控现象，导致整个逻辑电路短路崩溃。” 工程师指着黑板上的一条断崖式下跌的曲线，“对于需要塞进火箭整流罩，经受几千度气动加热的高空飞行器来说，锗元件是致命的。” “相比之下，硅材料虽然需要两千度以上的高温区熔法才能提纯，工艺艰难，但它在耐高温和抗辐射的物理素质上，表现出了令人惊叹的稳定性。” 工程师翻开最后一页汇总报告，声音在大理石会议室内回荡。 “在常规环境下连续通电运行五千小时后，抽样测试的一千个硅晶体管，其逻辑通断正确率维持在百分之百。” “没有任何玻璃漏气、没有任何灯丝烧毁现象。最关键的是，它的体积仅为同等功率电子管的百分之一，功耗更是不足其千分之一！” 听着这些看似枯燥的数据，会议室里所有头发花白的学者们，长长地舒了一口气。 有了这些扎实，甚至有些保守的实证数据打底，一份名为《基于硅基半导体材料的新一代计算机研发计划》的提案，被火速送上了大夏内阁和夏王的案头。 面对着航空航天局对微型化算力的渴求。 他们做梦都想把一台计算机塞进人造卫星里，内阁几乎没有进行任何常规流程的扯皮与阻挠。 专项资金和特种物资的调拨令被迅速批复。 大夏的第一代晶体管计算机项目，作为国家特级工程，正式上马。 …… 然而，科学的攀登从来都不是一条坦途。 推倒了一面墙，往往会发现前方横亘着另一座更高的山峰。 就在计算机研究所的学者们欢欣鼓舞，准备抛弃庞大闷热的电子管，利用小巧玲珑的晶体管大干一场，设计出一台拥有前所未有算力的超级计算机时。 硬件架构组的一名年轻研究员，在一次图纸论证会上，无情地戳破了这个美好的幻想。 他只是将一张画满了密密麻麻，犹如乱麻般交叉线条的巨大结构图，挂在了黑板上。 “诸位前辈、所长。” 年轻研究员推了推鼻梁上厚厚的近视眼镜，语气中没有新项目上马的兴奋，反而透着一丝深深的忧虑。 “晶体管确实很小，耗电也很低，这是很完美的底层元件。但是，如果我们要在新一代机器里，使用十万个，甚至五十万个晶体管来构建更复杂的运算矩阵，以满足多体问题的轨道测算……” 他停顿了一下，目光扫过在场的所有人：“我们该如何把它们连接起来？” 喧闹的会议室安静了下来。 “每一个晶体管有三个金属引脚。十万个晶体管，就是整整三十万个焊接点，这还不算配套的几万个电阻和电容。” 研究员拿起一根细细的铜线，在半空中晃了晃，“这就意味着，我们需要在机柜的背板上，用成百上千公里的这种绝缘铜线，将这几十万个微小的元件，如同编织渔网一样，由工人一个一个地手工焊接在一起。” “这不仅会导致机器内部的线路密集得犹如不可穿透的原始丛林，任何检修都将变得不可能。更致命的是物理极限。” 研究员拿起粉笔，在黑板上快速写下了一组概率公式。 “哪怕我们选拔全大夏手最稳、最细心的女工来进行焊接，哪怕我们将焊点的故障率控制在惊人的十万分之一。” “在这由几十上百万个手工焊点组成的庞大系统里，整台机器依然会因为那一两个随时可能出现的虚焊或金属疲劳松动，而瞬间瘫痪！” “而且，当电子信号在几米长的冗余铜线中来回穿梭时，产生的时间延迟和电磁串扰，会直接摧毁整个计算机的高频时钟节拍。” 研究员放下粉笔做出了总结：“我们利用半导体解决了电子管极易损坏的问题，但随之而来的，是我们陷入了工程学上更加难以解决的引线数量的灾难。” 这个问题，如同一盆冷水，无情地浇在了所有学者的头上。 当基础元件缩小到一定程度，且数量呈指数级上升时，连接这些元件的导线和焊点，反而喧宾夺主，成了整个系统最大的累赘和最脆弱的故障源。 计算机研究所的所长沈平坐在主位上，眉头深锁成了一个川字。 他盯着图纸上那些代表着晶体管的黑色小方块，以及它们之间那错综复杂的连接线条，陷入了长久的沉思。 会议室里安静得只有墙上挂钟的秒针在发出单调的“滴答”声。 所有人都在绞尽脑汁，试图在缩小元件和增加接线这个死结中寻找平衡。 时间一分一秒地流逝。 “既然导线是累赘，焊点是故障的根源……” 沈平缓缓抬起头，眼睛开始逐渐亮起光芒。 “既然晶体管的本质，就只是在一块高纯度的硅片上，通过掺杂不同性质的杂质，形成了正负结区……” 他站起身，几步走到黑板前。 用白色的粉笔，在那些方块和乱麻般的线条外围，画了一个巨大的方框。 “那我们为什么非要这么蠢？！” 沈平转过身，看着会议室里的同僚们，提出了一个在当时看来极具科幻色彩，甚至有些天方夜谭的构想。 “我们千辛万苦地提纯出一整块硅晶棒，然后费尽心机把它切成一个个只有黄豆大小的单独零件。封装好之后，再用笨重的铜线和焊锡，把它们重新连接起来。这简直是脱裤子放屁！” “我们能不能改变思路？把整个复杂的运算电路，直接做在一块完整的，平整的硅片上？！” 沈平手指重重地点在那个代表整块硅片的大方框上，语速越来越快： “我们利用特定的化学气体腐蚀，配合微缩的光影投射方法，就像洗印照片那样，直接在这块硬币大小的硅片上，画出几百个，上千个晶体管的掺杂区域！” “不仅要画出晶体管，连同它们之间的导线，也不再使用实体的铜线！而是直接在这块硅片的表层，蒸发沉积上一层金属薄膜。用这层薄膜，将所有的元件在微观层面上无缝连接！” “让整个复杂的运算阵列，成为一个不可分割的，没有任何外部人工焊点的整体！” “我们可以将这种东西，命名为集成电路。” 会议室里依然是一片安静。 所有的数学专家、材料学专家、硬件工程师，都在脑海中推演着这个构想的可行性。 在极微小的硅片上，雕刻出一座包含成千上万个元件的微型城市，且容不得半点灰尘和误差。 这已经完全超出了传统机械加工的范畴，这需要精准的光学显微成像、高纯度特种化学感光胶、等离子级别的蚀刻技术等数十个尖端学科的极致配合。 这是一项难度远超制造单个晶体管十倍，百倍的超级工程。 但在这间大夏实验室里，没有一个人站出来提出反驳，也没有一个人嘲笑所长的异想天开。 因为这些见证了大夏科技发展的学者们很清楚，物理定律没有说这条路行不通。 这，就是大夏跨越算力极限的通天大道。 “呼……” 一名资深的硬件研究员打破了沉默。 他翻开笔记本崭新的一页，拿起了钢笔。 他在纸上写下了光刻机概念论证几个字。 随后他抬起头，看向沈平，“所长，看来，我们又要去麻烦学宫里光学实验室和化学院的那帮老伙计了。”