核弹研究员评价芯片:造芯片比原子弹难多了,原子弹大学生都能造

谈数码过千里 2025-01-18 16:02:43
前沿导读

中国核弹科学家、原中国工程物理研究院研究员魏世杰在访谈中表示,造芯片要比造原子弹难很多,原子弹现在看起来,难度不是很大,美国的一个大学生,就能造个原子弹出来。根据现有的公开资料为基础,通过这些公开的资料,就可以造原子弹。

核武器与芯片

魏研究员在访谈中还指出,原子弹和芯片完全属于两个难度的技术领域。

原子弹的基础是核物理,其关键就是要掌握核裂变的原理,即重原子核(如铀 - 235或钚 - 239)吸收一个中子后,会分裂成两个或多个较轻的原子核,同时释放出巨大的能量、几个中子以及γ射线。

这个过程涉及到复杂的量子力学计算,要精确地计算出裂变发生的概率、中子的产生和传播规律等。像费米、奥本海默等科学家在原子弹研发初期,花费了大量时间在理论推导上,构建数学模型来预测裂变反应的链式反应能否持续进行。

核武器的发展,在论证阶段困难度最高,需要用到各种相关的物理化学知识来佐证核武器的可行性,在通过气体扩散法、离心分离法等将天然铀中铀 - 235的丰度从0.72%提高到武器级的90%以上,这一过程虽然技术难度较大,但是技术点相对集中。

而芯片不但技术难度大,而且技术点分散的特别多,每一个技术节点都需要相应的技术创新。以CPU举例,CPU涉及到指令集架构的设计、还要考虑与存储器之间进行数据交换的传输效率。

并且对于不同的产品,指令集架构需要重新进行研发。例如,电脑端的x86架构和移动端的ARM架构,这两种不同的指令集架构,它们在设计上各有特点,x86架构在处理复杂计算任务时有优势,但功耗相对较高;ARM架构则以低功耗、高能效比著称,适用于移动设备等对功耗敏感的场景。

核武器的流程是先进行体系的论证,只要理论体系可以跑的通,剩下就是进行材料上面的研发。

但是芯片的逻辑电路,需要使用硬件语言(如Verilog或VHDL)来描述电路的功能,然后通过电子设计自动化(EDA)工具进行仿真和验证。

例如,在设计一个高速缓存(Cache)电路时,要考虑到数据的存储方式、访问速度、命中率等多个因素。缓存的组织结构(如直接映射、全相联、组相联等)会影响其性能,设计人员需要通过大量的仿真和优化来确定最佳的缓存设计方案,以提高芯片的整体性能。

在制造上面,虽然原子弹的制造环节多,但是产业模式简单,主要依赖于本国的科研力量以及材料资源。芯片产业极其依靠全球的产业链分工,而且需要上下游供应链进行协同发展。

芯片的基材是高纯度的硅片,而且纯度要达到99.9999%以上,任何细小的杂质,都会直接影响到芯片的性能与可靠性。

拿铁元素举例,微量的铁杂质会在硅中形成复合中心,降低少数载流子的寿命,影响晶体管的开关速度。而且除了硅材料,芯片制造还需要各种特殊的材料,如光刻胶、掩模版材料等,这些材料的性能和质量也直接影响芯片制造的成功率。

芯片的制造还需要依靠光刻机、刻蚀机、离子注入机、化学气相沉积等设备,这些设备是无法依靠单一国家的力量制造而成。

光刻机经过曝光工艺之后,需要在晶圆上面涂抹光刻胶,然后经过刻蚀机的处理,将多余的光刻胶去除。一旦在设备与材料上面出现偏差,比如光刻胶和清洗液的材料不匹配,那么会导致两种材料无法直接进行有效的化学反应,已曝光的晶圆会直接报废。

成本与市场因素

除此之外,芯片产业还需要考虑市场因素,必须要有盈利的能力,才能继续下一步的研发。

而原子弹等核武器的研发是从0到1的过程,只要成功研发了出来,就不需要像芯片那样持续进行迭代和技术创新。只要能够制造出具有威慑力的原子弹武器,就能在战略上产生重大影响,提升国家在国际上面的军事力量与话语权。

芯片产业需要不断的进行技术创新,提升产品性能,以此来匹配使用体验更好的消费级电子产品。根据摩尔定律的影响,每经过18个月或者更短的时间,芯片内部的晶体管堆叠数量翻倍,芯片的性能翻倍,功耗降低,上一代的芯片在制造成本上面会大幅度下降。

这就意味着相关企业需要不断的打磨技术工艺,从7nm到5nm、3nm,在下探到技术瓶颈之后,就需要在晶体管的技术上面动手。将曾经的fin FET晶体管技术更换成GAA晶体管,以此来实现更好的电流控制。

芯片产业是需要不断在底层技术、制造技术、制造材料等领域持续发展的,产业链分工繁杂,而且主流的制造设备掌握在少数国家企业的手里。

原子弹的产业链相对独立,依靠美国和苏联的理论基础,再加上国内的资源开采与材料储备,完全可以在几年的时间内攻克原子弹等核武器技术。

芯片技术虽然发展了几十年,但是这几十年当中的变数太多,尤其是在全球的高端芯片领域,目前仍然是少数企业和国家所持有的技术。

芯片的设计制造,涉及多个领域,任何一个环节的缺失,都会对相关产业造成严重的阻碍。美国曾经在制造上面卡中国脖子,后来又在EDA设计软件上面对中国进行封锁,EDA软件市场被美国的三大巨头——Synopsys、Cadence、Mentor牢牢掌控,占据90%的份额。

一旦美国限制出口,中国芯片企业将面临无从下手的困境,这也极大拖慢了中国企业在芯片产业的技术发展。

相对于原子弹这种可以不计成本的技术研发,芯片产业需要重点考虑成本和市场因素。

原子弹的目的是国家的战略威慑,价值在于维护国家的安全与战略平衡,是国家军事技术的命脉,不能去考虑成本方面的问题。

而芯片的设计和制造,需要考虑成本与投入产出方面的规模。技术研发、设备采购、材料采购等方面投入大量资金,同时要确保产品能够以合理的价格进入市场并获得利润。

例如,如果中国举国之力花费1000亿美元制造出一个2nm的芯片,但市场不接受,芯片无法通过消费市场进行盈利,那么之前的这些资金投入将无法收回,下一步的技术研发也无法继续下去。

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