大明的半導體產業的發展狀態,是朱靖垣直接乃至重點關注的方向。
朱迪钚在個人計算機測試的時候,嘗試獨立開發網絡游戲的時候。
朱靖垣在自己的辦公室里面,隔三差五的接收和審閱相關產業的報告。
有晶圓生產廠、光刻機生產廠、半導體芯片生產廠……
還有微處理器設計行、賬表芯片設計行、小型化的數據倉庫設計行……
以及數據倉庫生產廠、專用顯示設備廠、配套外部設施廠等等……
半導體和微芯片產業主要工廠,以及微芯片計算機的配套工廠,都在過去的幾年完成了建設。
然后這兩年都在不斷地優化工藝,陸續拿出了符合設計目標的產品。
朱靖垣認為,如何讓一項技術,或者說是一個產業,能夠迅速的實現和升級,通常有兩個最重要的推動力。
一個是充足的資金和資源支持以及硬性需求,通常都來源于國家朝廷和軍方以及科研機構。
另一個是相對充分的市場競爭環境,通常是廣泛的市場需求和競爭環境。
而且,前者的作用主要體現在開拓和攻關中,后者的主要作用體現在推廣和普及過程中。
朱靖垣記得,前世很多科普甚至考試題目中,“世界第一款微處理器”的問題答案,通常都被認為是intel4004。
但這實際上是一個錯誤的答案,或者說是一個不嚴謹的問題和答案。
1971年的4004其實是第一款“商業化”的微處理器,也就是在民用市場上公開銷售的微處理器。
想要考察這個知識點的問題,也應該這樣提問才算是準確。
真正的第一款實用的微處理器芯片,其實是F14戰斗機上的中央空氣數據計算機的芯片。
F14戰斗機是1967年開始研制,1970年首飛的,顯然比4004完成的更早。
與此同時,最早期的微芯片生產,有一個從實驗室狀態走出來,最后到量產普及的過程。
實驗室中的微芯片在某種程度上可以說是“手搓”出來的。
由于早期接觸式光刻機的天然結構缺陷,當時的芯片良品率只有可憐的百分之十。
而且在生產的過程中,會大量消耗光刻掩膜。
這導致生產出來的芯片的價格異常高昂,通常都是兩三百美元起步。
美國空軍在這個時代研發和普及導彈系統,導彈的導引頭要使用大量的微芯片,關鍵還都是一次性的。
于是美國空軍出錢,找人專門研究和改進了芯片生產工藝,研發出了投影式光刻技術。
解決了步進式光刻機的最大痛點,讓芯片良品率提升到了百分之七十以上。
同時將光刻掩膜消耗數量降低了好幾倍。
相應的,相同規模的芯片的最終生產成本,也從兩三百美元直接降到了二三十美元。
有了這樣廉價的成本,微芯片才有了在民用市場普及的機會。
大明朝廷現在也有著非常類似的需求。
泰西戰爭停止了,大明似乎是真正統一天下了,朱靖垣也開始大規模的裁軍。
但是朱靖垣可沒有撤銷軍隊,也沒有停止新型武器裝備的開發。
大明四軍都在全面列裝和升級導彈系統,對微芯片的需求也在迅速而全面的飆升。
大明軍械部正在按照大明皇帝的指示,根據大明空軍和海軍的實際需求,開始研發類似F14的第三代戰斗機。
這種戰斗機將會搭載專門的計算機,搭載早期的相控陣無線電探測設備。
新戰績上大量的新技術堆砌,意味著需要大量的半導體芯片。
即將發射的具有實用架子的地球同步通訊衛星,配套的運載火箭的通訊和控制設備。
也都需要有形成足夠強大、功耗足夠低、重量足夠低的半導體微芯片。
應天微芯手搓的八三芯片,以及少量手搓的十六二芯片,一直在配合相關部門做相應的測試。
十六二芯片將會新一代飛機和戰車以及戰艦的計算機核心。
導彈的導引頭所需的芯片,倒是要在八三芯片的基礎上,專門開發的低成本量產芯片。
因為導彈導引頭這東西真的是一次性的自殺式零件……
在這樣的實際需求的基礎上,朱靖垣利用自己原有的半導體知識,引導工部制定了半導體產業的布局。
從安康十五年下半年開始,到現在用了五年多的時間,逐步完成了現在這一整套的半導體產業鏈。
大公六年三月十五日,大明的九卿中分管工業的司空汪萊,專門來到了朱靖垣的辦公室。
匯報大明半導體產業建設的階段成果。
報告微芯片計算機的測試初步完成的消息,并請示是否開始正式部署微芯片計算機和互聯網。
朱靖垣看了汪萊的簡單報告之后,讓他組織一個集中匯報和封賞會。
直接在奉天殿下的大明社稷庫召開。
整個半導體產業的主要設備,主要的成品以及相關技術文件,全部正式存入大明社稷庫。
汪萊不敢怠慢,馬上回去組織。
馬不停蹄的準備了二十天,最終把時間安排在了四月五日。
司空汪萊本身,以及工部和軍械部的相關部門,相關工廠和設計商行的主要人員全部當場。
汪萊還安排了一批基層的有特殊貢獻或者天賦的官吏和工匠參加。
這種安排顯然是沒有什么大問題的。
還讓在應天微芯實訓的朱迪钚有機會參加了這次匯報儀式。
四月五日上午九點,社稷庫的大門敞開。
工部和禮部的禮儀人員共同主持,半導體產業的相關設備和技術文件,按照流程依次送入社稷庫。
在這個過程中,汪萊和對應機構的人員代表,共同為大明皇帝朱靖垣介紹情況。
最先入庫的東西,是半導體產業鏈的基礎中的基礎,硅晶和配套的生產設備以及技術文件。
硅晶片工廠首先要提煉出符合純凈度標準的硅晶柱。
然后將晶柱切割成一個個纖薄的硅晶片,并且要打磨出盡可能的光潔平整的表面,滿足高精度的光刻的需求。
工廠為此專門研發了鈍化研磨液,設計了專用的高精度電機和研磨設備。
打造出平整度符合標準的晶圓之后,工廠后續的任務是增大單個晶圓的尺寸,降低總體上的晶圓單位成本。
今天一同送入社稷庫的產品,有最初完成的八十毫米晶片,還有最近才剛剛完成試生產的一百二十毫米晶片。
硅晶之后,是整個產業鏈上最關鍵的工具——光刻機和配套設備。
朱靖垣有著前世的記憶,對于光刻機這個產業非常的敏感,所以也是專門的重點關注過。
二十一世紀的高精度光刻機的生產行業,當然是當時全世界最尖端的科技產業之一。
但是光刻機也有級別,也有不同類型的用途。
只有少部分是最尖端的光刻機,被用于最頂級的半導體產業。
用于生產最新款的手機的SOC、最新一代的電腦處理器、以及高端GPU芯片等等。
大部分的光刻機其實都在生產低工藝的芯片。
像是路由器芯片、各種智能家電芯片、聲音解碼芯片、車載電腦芯片、閃存芯片等等。
甚至于后者才是主力,產品產量遠高于前者。
追趕最先進工藝的光刻廠,要花費極大量的成本用于購買最新的光刻機,用于最新的工藝實現和改進。
成熟工藝的光刻廠,只需要不斷的接單生產就行了。
AMD原來的光刻廠格羅方德,給AMD生產處理和顯卡的時候,因為沒有利潤都快倒閉了。
脫離了AMD,專職干芯片代工之后,反而活的越來越滋潤了。
主要是不需要投錢搞研發了。
光刻機產業也不是從一開始就如此高精尖的。
這個在行業剛剛起步的時候,也是沒有特別高的準入門檻的。
畢竟,精度低的時候,很多事情都好說。
8086是三微米級的芯片,甚至可以用顯微鏡看到線路,可以直接手工畫圖仿制。
只要花錢花精力就能慢慢手搓出來。
但這種模式僅限于實驗室狀態,真的手搓不但效率低到離譜,關鍵是速度和良品率根本沒有保證。
朱靖垣前世本土在七十年代就干過類似的事情。
想要真正的實用化,就必須要走標準化和批量化的道路,就要有配套的工業和技術體系,生產出能用的光刻機。
進而把老師傅手工刻印章的過程,變成工業時代的機械化的自動印刷。
后來由于某些原因放棄了這個過程。
這個世界的大明在過去的五年時間里初步走完了這個過程。
首先制作相對容易實現的早期的接觸式光刻設備。
雖然接觸式光刻的芯片良品率低下,單位成本高昂,但是可以盡快生產出實驗性質的芯片,方便設計和改進。
然后一邊測試和改進芯片設計,一邊繼續研發正式的投影式光刻機。
直到大公五年的時候,大明的投影式光刻機才終于定型了,目前可以實現兩到四微米的生產工藝。
未來幾年將逐步實現一微米級的生產工藝。
在朱靖垣前世的歷史上,七十年代的intel8086處理器,就是用的三微米的生產工藝。
八十年代中后期的intel80386和80486處理器,用的都是一微米工藝。
光刻機的工作狀態近似于印刷機。
有了光刻機之后,才能建設產業鏈的真正核心——半導體芯片廠。
所以在兩代光刻機之后,被消息進入社稷庫存檔的,是一批生產出來的芯片,以及對應的設計文件。
其中最重要的產品當然是微處理芯片。
使用四微米工藝的八三型處理器,使用兩微米工藝的十六二型處理器。
十六二的整體性能略微超過intel8086。
當然,兩顆處理器在構架方面基本沒有任何相似性。
朱靖垣沒看過8086的設計圖,也不記得鞥二處理器的設計細節。
十六二是大明工匠們自行開發出來的東西。
再加上大明的計算機底層邏輯,就跟前世的計算機有著很大差異。
所以按照朱靖垣前世的典型處理器分類標準,十六二這個處理器甚至不能簡單的歸類某個體系中。
既與intel86系的復雜指令集有明顯不同,也不能算是RISC體系的精簡指令集。
總體看上去更像是將兩個方向的特性糅合到了一起。
當然,這是朱靖垣帶著前世的觀點,以前世標準去看待這款新處理的結果。
這個世界的微處理器剛剛形成,微處理器的應用都還沒有鋪開。
微處理器的指令集應該如何設計,目前也是沒有形成能夠讓所有人信服的公論。
也沒有以復雜和精簡的方式區分處理器指令集類型的習慣。
不過,在朱靖垣的記憶中,自己所了解的處理器指令集發展上,似乎出現了不同指令集互相借鑒的情況。
Intel和amd理論上都是復雜指令集,但是他們很早就開始借鑒RISC的思路。
理論上應該屬于簡單指令集的ARM體系,也隨著市場需求越來越復雜而變得越來越復雜了。
ARM的指令標準長度都可能要守不住了。
大明現在是以功能為導向,不明確追求某個方向上的極限,摸索著構建自己的指令集體系,似乎是殊途同歸了。
所以朱靖垣也就沒有對處理器開發做出直接干涉。
排在微處理器之后入庫的芯片,是采用相同工藝的賬表芯片,也就是朱靖垣前世熟悉的DRAM內存。
在目前的計算機發展階段,賬表芯片重要程度遠比后世要高。
Intel其實就是做內存起家的。
大明負責生產賬表芯片的工廠,在大公五年完成了六萬六千五百三十六字賬表芯片的量產。
按照1024進制折算一下就是64K。
不過前世一個字節是八個比特,大明一個字卦是十六爻數,這個64K在某種程度上相當于128K。
賬表芯片后面,是小型化的“數據倉庫”,也就是縮小后的機械硬盤。
機械硬盤基本上是純機械結構,是比較吃工業生產精度的產品,現在的大明在這方面有優勢。
工部按照朱靖垣的提醒,設計了采用飛機機翼原理的飛行磁頭,大幅度縮小了單位容量的硬盤體型和重量。
保險柜納米大的硬盤的最大容量,已經可以做到一億兩千萬字以上了,也就是128M。
不過設計的個人微芯片小型個人計算機體型尺寸有限,暫時只裝了一塊一千六百七十七萬字的硬盤,相當于16M。
硬盤后面是顯示器、機箱、主板、鍵盤、鼠標等配套設備。
以及將他們組合起來,形成的一個整體設備,微芯片個人小型計算機。
小型計算機的介紹,被汪萊交給了朱迪钚。
在社稷庫內部,專門存放和展示微芯片計算機設備的大廳,擺放計算機的平臺旁邊。
朱靖垣面帶微笑,看著自己的兒子打開了機箱側板,有些緊張也有些興奮的介紹計算機的情況。
這個主機箱的設計,朱靖垣提過幾個簡單的提示或者說要求。
最終的機箱的成品,或者說是這個計算機的主機外形,與后世比較大的全塔機箱非常類似。
外面看上去都是一個立起來的長方體鐵盒子。
但是這個機箱內部的結構,卻跟朱靖垣前世的主機有很明顯的區別。
朱靖垣前世典型電腦機箱,最初是按照臥倒放置的方式設計的。
機箱里面的主板躺在底面上,其他功能版垂直插在主板上,整個體系的受力情況是非常穩定的。
同時臥倒的機箱上面,正好可以擺放巨大的顯像管顯示器。
但是液晶顯示器普及之后,就沒有人能夠容忍臥倒的機箱單獨占用巨大的桌面空間了。
所以很多廠商理所當然的把機箱立起來了,放在桌子邊沿或者是桌子下面。
這個做法剛開始沒有什么問題,早期的顯示卡和散熱器等外掛設備,重量都是相對較比較輕的。
就算是側掛在主板上,也不會對主板造成什么影響。
但是隨著時代發展,處理器和顯卡的功率不斷飆升,散熱器和顯卡重量也隨之不斷增加。
后來甚至出現了顯卡和散熱器都比主板還要大的情況。
于是就出現了主板被顯卡和散熱器拉彎的情況。
還有顯卡自己的重量把自己的電路板壓彎的情況。
由于個人電腦的存量過于巨大,相關產業的規模也是異常的龐大,涉及到了無數的配件廠商。
沿用了數十年的電腦機箱結構始終沒有更新過。
朱靖垣預料到了這種令人無語的結果,從一開始就要求把機箱設計成立起來的。
同時還不準主板也立起來,要繼續平放在機箱內部。
于是主機板就成了窄而長的樣式,機箱內部被設計成了上中下三層的樓房形式。
最上面一層安裝前后躺平的主機板,主機板上豎直安裝處理器、賬表芯片、顯示芯片等功能芯片和插板。
以后顯卡變大了,處理器散熱器變大了,繼續保持默認豎裝的方式,能僵持他們變形的可能。
中間層目前全部是硬盤層,是占據了整個主機最大重量比例的部分。
最下層是安裝電源和其他功能的空間。
由于目前各種零件的制作工藝都比較低,特別是硬盤的規模異常龐大。
整個機箱的高度達到了一米,前后寬度達到了八十厘米,整體側向厚度也有三十二厘米。
這比朱靖垣前世的全塔機箱都要大很多。
不過隨著工藝的不斷改進,這個機箱的尺寸應該也能同步縮小的。
(本章完)
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