你知道什么制作cpu吗 (制作一个最简单的cpu)

我们天天用手机打电话,玩游戏,看爱情片动作片。这一切都离不开手机CPU,华为的脖子就是被这个卡住的。

那么,有没有可能手工造一个CPU?如果有,要怎么造?成本有多大,要花多久时间?

本文在5分钟内给你答案,文科生看不懂电路图的可以跳过,不影响阅读。

要盖房,先要有砖。打造CPU的砖头,就是半导体。

半导体,你肯定听说过。能导电的叫导体,像电线。 不导电的叫绝缘体,像陶瓷,橡胶。 半导体,它的导电性介于金属与绝缘体之间,典型的就是硅元素。硅谷的硅。

硅掺杂一些硼元素,变成P型半导体(Positive); 如果硅里掺杂一些砷元素,则为N型半导体(Nagetive)。 P型与N型结合, 能形成很神奇的P-N结,它的特点是,工作状态下,具有单向导电性,反向不通电。可以被做成二极管。 长下面这个样子。

如何自制一个超简易cpu,如何造一块cpu

二极管

而普通的电线都是双向导电的。P-N 结就像是这个单向门,电流只能朝一个方向通过。

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对春运人流来说,这就是个P-N结。

好,更进一步, 如果是N-P-N 半导体结合, 变成什么了呢? 就变成三极管。又称晶体管。

它的结构图如下。

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当 b 处的电压 > c 处的电压时,晶体管中的 c 和 e 电极将关闭;当b处的电压等于c处的电压时,晶体管中的c和e电极导通。

这里有点难理解,大家可以把三极管想像成一个抽水马桶,不上厕所时,是没有水流的,上完厕所一掀开关,就啦啦啦大水流。 c集电极就是进水口, e发射极是出水口。 b就是开关。

聪明的你,举一反三,相对应的,还有一种三极管是P-N-P型的, 一切都相反。

CPU的最小元器件就是上面这种晶体管,这玩意手工是造不出来的,但是,某宝有卖的, 三毛一个,量大从优还包邮。

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计算机世界里为什么使用二进制,而不是更方便10进制? 原因就在于三极管,通电代表1,不通就是0. 一切都用0和1表示。

但是,这玩意是怎么产生计算能力的呢?

这就要靠门电路了, 它是通过多个三极管,通过串并联组合而成。基本的门电路有, 与门、或门、非门和异或门, 然后就可以进行各种基本的逻辑运算。

比如说,简单的加法, 1+0 = 1, 0+0=0, 0+1=1, 就可以通过异或门来实现。

下面这个就是异或门电路图。

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异或门

与门,或门、非门和异或门,电路都不一样,但是一样的难懂。

看到这,文科生估计要划走了。但别着急,万能某宝有的卖。一个才几毛钱,量大从优还包邮。

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两块钱买上异或门芯片(74LS86)、与门芯片(74LS08),再买一块面包板,几根电线。

材料齐了, 我们可以正式开始动手造CPU了。

根据下面的设计图来安装。

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装完以后,大概像下面这个样子。

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网络截图,侵删

登登登当, 大功告成了。蠢手工打造CPU,善良登场。

我估计,你可能想打人, 但是以上确确实实就是一个货真价实的CPU,可以实现1位的二进制加法计算, 也就是1以内的加法计算。

用法如下:

我们想算一下 1+0 = ?

那么,就给上面的A点,通电,代表1, B电不通电,代表0, 然后,去测一下S和C点有没有电,就知道1+0的等于几了。 在这个例子里,C不带电,S有电。 那么,1+0 = b01 = 1

是不是很厉害吧??

就这, 你可能又要骂人, 1以内加法有屁用?

哎,成本只有2块钱的便宜货,战力肯定不强。想要强,肯定就要多氪钱。

我们多并联几个晶体管,算力就,蹭蹭蹭,往上涨。

目前,最先进的苹果手机CPU-A15,由150亿个晶体管组成。

上面这两个芯片大约包含50个晶体管,所以达到150亿的规模,差不多要3亿个上面这种芯片,某宝上买量大从优,一个一毛,我估计花3000万,材料费就够了。

CPU还需要一个设计图。据说,华为麒麟990,开发费用是20亿人民币。

然后就是组装了,熟练了以后, 假如,10秒钟装一个芯片, 要30亿秒,约等于95年。

我们招300个熟练工, 三班倒的干, 就有望在一年之内拼装出来。嗯,还行,等的起。

300工人*6万年薪=1800万人工费

所以,总成本呢, 毛估估, 3000万材料费 + 1800万人工费 + 20亿设计费, 有希望在一年内给你装出一个CPU, 性能直逼苹果。

这下倒是不卡脖子了, 它卡钱包。

20.5亿人民币, 谁能出的起呢?

嗯, 王思聪, 干不干?

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回到主题,不计成本的话, 理论上说,这个CPU是有可能手工组装出来。

但是,这个CPU体积有多大呢?

紧凑一点装,约为, 2cm*1cm*1cm*300000000 = 20m*10m*3m = 600立方米 = 差不多一套200平米的大平层就能装下了。另外,用电量,我不知道怎么计算,应该是海了去了, 干电池肯定是推不动了。

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1946年的电脑,确实像房子这么大的

而真正的苹果CPU,它比我们指甲盖还小。这无法靠“手工组装”来完成,它是用超高科技设备,在高纯度硅晶圆上面,在5纳米的尺度上把晶体管“立体雕刻”出来的。

一纳米等于十亿分之一米,将一纳米的物体放到乒乓球上,就像一个乒乓球放在地球上一般。

另外,真实的CPU图纸,是超复杂的立体结构,是我们难以想像的复杂。又小又复杂。

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比这个复杂1000万倍

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比这个复杂1000万倍

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芯片内部结构

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电子显微镜下的芯片

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电子显微镜下的芯片

很遗憾,中国大陆还不具备生产制造这些超高科技设备的能力。所以,别人不卖,强如华为也只能干瞪眼。

国人还要努力。