為什麼人們通常熱衷於欣賞機械結構,卻更少有人欣賞集成電路?
是因為它的尺度超出了肉眼觀察的極限了嗎?
――――――原問題:為什麼人類能欣賞機械結構,卻不能欣賞集成電路?
主要是不了解吧。
首先,在大部分人眼中,晶元=CPUorGPU,隨著智能手機的普及,再多加一個SOC吧
所以提到晶元大部分人想到的是這樣
四四方方的金屬匣子而已。
或是這樣
嗯也不要和他們解釋soc是啥了,他們只要聽到手機的soc裡面集成了GPU和CPU的時候,腦海中自然會是另外一種畫風。
哦,晶元原來就是CPU+GPU 。
沒錯,在很多人眼中集成電路≠晶元,IC是啥我不知道。
他們眼中集成電路是啥?
集成電路=PCB
是這樣的。高貴黑金板...
集成電路=把電路集成在電路板上。
嗯沒毛病.....
這種誤解無可厚非,誰的行業沒有點什麼誤解?如同想到隔壁電氣工程就連想到架電線,想到心理學就連想到算命先生,想到金融就聯想到股票交易大廳.....
晶元=集成電路=IC
來欣賞欣賞晶元的美吧
反對另外一個回答說集成電路沒有立體結構的。
以下截圖自某視頻,侵刪。
這是一個....被脫光的晶元....黑色的那些東西是晶元封裝導線是金線,嗯,真·金線。中間那個是集成電路矽片。
講道理這張圖沒有拍出矽片的美,我也肢解過一個晶元,當時瞬間被矽片的色彩迷倒了
放大再放大
bigger then bigger
這時候就要用電子顯微鏡了。
再放大再放大!
可以看到,集成電路是有立體結構的!不然你讓這麼多導線在一個平面內怎麼走,怎麼繞!
再大。
我要大,我要大!
直到這裡我才發現這個晶元的工藝水平實際上不高,1000nm最小尺寸已經是落後工藝水平了。
現在最流行的先進工藝finfet長這樣
比如什麼台積電16nm,三星14nm,因特爾準備搞的10nm啥的都是用的finfet工藝
(2017.2.13 更新一下,原來就看過這組圖片了,在回答這個問題的時候本來想找出來,結果找不著了,意外重發現)
攝影師Christoph Morlinghaus鏡頭下的集成電路,密集恐懼症者速散。
緩衝區。
緩衝區
嗯最後科普一下...這些尺度不是指單個晶體管大小!!!
而是柵極長度。即圖中的L(圖盜自網路,侵刪。)
感謝評論區的Kevin Hahn前輩指出,現在先進工藝尺寸只有象徵意義了,而不具體代表實際柵極長度。具體參見
為什麼原來說7nm是半導體工藝的極限,但現在又被突破了? - Kevin Hahn 的回答 - 知乎
以下為引用:
目前的14nm/16nm節點,其柵極長度僅為24nm,預計從10nm節點開始,柵極長度將低於20nm。
集成電路之美,在於小,微,在於人類最尖端製造科技的體現。
正所謂一沙一世界。
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補張圖,矽片的色彩。
當時肢解一片stm32f407掏出的矽片的照片找不到了,圖盜自網路,侵刪
嗯當時我肢解出的小矽片就是這種色彩,當然沒那麼濃重罷了,反正挺好看也挺震撼的。
對了值得一提的是這種色彩不是硅本身的色彩,多晶硅的原本色彩難提多好看。矽片一定是印著電路的那一面才有這種顏色。
而且這當然不是最後塞在封裝裡面成為可以用的晶元的矽片....而是晶圓,把上面密密麻麻一塊一塊的矽片切下來再測試封裝起來就是最後能用的晶元了...當然由於製作工藝的原因,畢竟晶元的生產已經是沒有什麼成語可以描述的精密了,出點小錯是正常的。所以並不是一片晶圓上所有的矽片都是能用的晶元的,所以經過測試完割下來的只佔裡面的一大部分。
封裝的存在是人們無法欣賞到集成電路哪怕矽片之美的罪魁禍首之一。
至於為啥要給晶元加封裝......人家怕著涼還不能加衣服么....這些矽片嬌嫩的很不加封裝怕是一點小灰塵就能要了他們的命。所以就有了那些金屬殼,或者黑漆漆的東西的封裝。
當然也有透明封裝的晶元
最常見的就是.....LED
沒錯led也是晶元的一種。
但是你不可能用金屬或者黑塑料把用來照明的led封起來哇!
還有我當時在網上有看到過相關介紹來著,有用透明材料封裝的晶元,但是也不知道有什麼卵用,塞到電路板上封到產品盒子里,沒幾個人會關心裏面的晶元封裝透明不透明,也沒幾個會想把產品拆了看看裡面矽片真容。所以在成本的考量下,美艷的矽片就這樣被塞在了黑漆漆的盒子里。
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好了找到了,一片慘死的stm32f407暴力破拆全過程
由於當時是使用的暴力破拆手段......所以矽片自然不能保全,一部分還粘在封裝殼上,給封裝殼也上了色(右邊兩片是矽片)。
我突然想到,可能「機械」的東西多了一個「動」的維度。
我印象中那些讓人驚艷的機械設計,都是運動著展示的。而集成電路,即使在工作的時候,即使放大了,也看不到有什麼「動」的感覺。
說起來,這讓我想起了一種器件,不知道算不算是 「集成電路」: MEMS ,這是會動的集成電路吧。
我記得第一次看到 TI 的 DMD 的視頻的時候,真的覺得美哭了。
現在大多數的電影放映機、投影儀都使用了 DMD 這塊晶元,DMD 這塊小晶元上,有成千上萬個小鏡子(寬度只有幾微米),放大了大概會是這樣的:
每個小鏡子在信號的控制下就可以動起來,那這有什麼用呢?
(gif 動圖)一束光打到這個 晶元上,那些鏡子朝向對的,會把光反射到屏幕上,朝向不對的,會把光反射到別的地方。
沒錯,打到屏幕上了的點,會很亮,成了亮的像素點,沒有打到屏幕上的,就黑黑的了。這樣可以用信號控制,產生二值(只有黑和白)圖像了。
故事沒有完,這些鏡子的運動頻率是可以很高的,這意味著,我們還可以取巧地構造出灰度圖像(不僅只有黑和白兩種,還有二者之間的多種灰色):如果在較短的周期內,讓某個像素點被照射的時間大於另一個像素點,那麼二者在亮度上就會有差異了,通過照射時間這一層控制,可以實現灰度圖像。
再說,怎麼實現彩色的呢?
你可能馬上想到,我搞三套嘛,燈的顏色不同就行了。除了這個,還有成本低的方案,在燈泡那裡加一個色輪,一個旋轉的輪子。輪子上不同的扇形部分,顏色不同。bingo,於是彩色,其實是時間上的疊加了。。最後還是看個視頻吧,所謂微電子也會「動」之美:
視頻:http://v.youku.com/v_show/id_XMzgwNTEzNzQw.html?from=s7.8-1.2spm=a2h0k.8191393.bodydiv.5!3~5!24~A之前的答主們提了很多數字IC,那我就來貼一些微波集成電路吧
其實自己還是更喜歡SEM下device的樣子 就像下邊這張(當然 最美的肯定還是自己fabricate的device啦 哈哈哈哈)Ref:"Practical MMIC Design", Steven Marsh, 2006 ARTECH HOUSE, INC不不不,大部分人類並不能欣賞世界上大部分機械結構。即使簡單如家用電風扇的搖頭機構,或者櫃門開閉的阻尼機構,「大部分人類」根本沒興趣了解。有足夠大「欣賞」人群的機械結構,其實僅限於瑞士鐘錶而已。這些「欣賞者」是否真的理解了瑞士鐘錶的原理?其實未必,他們只需要了解廠商教育他們了解並從中感受到「美」的那部分「原理」。至於為什麼只有瑞士鐘錶,倒也簡單:當你只剩下情懷的時候,你就只能努力賣情懷;但凡除了情懷還有點用的,一般顧不上賣情懷。
能欣賞機械結構的人還真不多。談到結構這就需要門檻了。最多欣賞的是噴塗,鈑金工藝。剩下的還有什麼?「蒸鋼鐵鉚」「炮塔多多」?電路也一樣。欣賞欣賞電子管都比晶體管強。
不知道機械有沒有類似的書?。。。
這就是做機械的痛了吧,任何門外漢都會過來說兩句,有的東西你還要費半天勁去解釋他還認為你說的不對。電路是有門檻的,你不懂電氣你就是看不懂,各個電氣元件是什麼功能都不知道的話你是沒有辦法發表意見的。 以上
FMCW模塊,一個22G信號源,經過濾波和分路器分成兩路,一路進發射天線發射出去,另一路送入環形二極體混頻器,與接收天線接收到的信號混頻,得到中頻輸出。
從集成電路時代開始,人類對科技就有了恐懼感。
以前騎著一大坨皮帶曲軸齒輪組當馬用。日子悠哉悠哉,造物主智商上的優越感顯露無疑。集成電路出現後這破玩意竟然能秒答出摻雜開方的混合運算!發明者歡欣不已,普通百姓卻感到受到了威脅。
機械替代馬的工作,我開心。集成電路替代我的工作,我恐懼。
其實有點符合恐怖谷理論。人類喜歡先進的工具,但工具先進到能替代人類智能的時候,好感度會瞬間跌入谷底。
況且集成電路沒有動態美感,這也是一大原因。一堆花里胡哨的金屬板子動也不動,有啥看頭?先不說集成電路,就說普通的PCB。
從小就覺得電路板超美啊,集成電路晶元也超美的,以前用鉗子暴力拆解塑料封裝的DIP集成塊,偶爾會剝離出完整的晶片,不過SIM卡的成功率高一點,因為封裝比較軟。如果一定要看完整的晶元,不妨到淘寶上買一塊UVEPROM,晶元的位置是石英玻璃窗,直接可以看到。
板子的顏色很重要:藍色綠色最佳,不僅美觀,而且能夠清楚看到走線;紅色次之,顏色過於鮮艷,費眼睛(雖然答主很喜歡紅色);黑色白色土黃色完全是異端好嗎,尤其是黑色和白色,完全看不到走線,一個一個的貼片元件在板子上非常突兀,毫無美感。土黃色就一個字:丑。
板子的布線布局也很重要。一般都還好,個別電路板為布線方便會把主控晶元扭轉45°,就顯得很彆扭;有一款全志SoC的開發板(名字就不說了)布局丑的一比,主要晶元七扭八歪,連低年級本科生的麵包板電路都不如。
恰好德州儀器的開發板特別喜歡紅色(好像還有白色),所以除了上課和參加小比賽的時候不得不用msp430開發板,根本不會用紅色的板子。
黑色的代表是BBB和淘寶上比較暢銷的一款FPGA開發板品牌,要不是因為便宜,碰都不想碰好嗎。
下面照片除了4004版圖之外都是答主自己拍的。
英特爾伽利略開發板
Intel Edison
很久之前的無線路由器,集成度不高
樹莓派
富士通P8215T筆記本電腦的CPU和PCH晶元
全家福
Intel 4004的版圖因為集成電路的複雜程度遠遠超過一般人一眼看過去的理解範疇。換言之,看不懂。
打個比方,你右鍵點開網頁源代碼,找到js代碼,基本上有點編程基礎的人都能懂個大概。但是同樣的代碼,如果混淆過的話恐怕就沒人敢說一遍看懂了,如果編譯成IR或者彙編就更不可能看懂了。而集成電路的layout,你可以把它理解為一個二維的混淆過的編譯完又彙編過的二進位碼,還特么是全並行的。。。機械的美屬於大眾已認知的美,從宏觀上看就具有實際化,立體化。並且在人類使用機械漫長的進程中,對機械的設計,比例大小以及精密程度習以為常。對其的審美也自然有從習慣中,潛意識裡有了美感的界限。對於電子電路等的認識,對於非專業人士它是抽象的,是你一眼望並不能了解這是做什麼功能的,普通電路看起來像圖畫一張,不懂這是什麼意思,只能欣賞他的結構美感以及它的梳密排列。對於集成晶元等,你壓根就看不到內部結構,所以非專業人員並不能欣賞電子電路。不用說實物,就給大家一個很簡單的齒輪設計三視圖,每個人都認識這個是齒輪,這個齒輪長得好不好看,精不精緻一目了然。但是看一個普通電路圖,特別是你現在身邊用的複雜一點點的電路,非專業人士很少能看得懂,更甭談欣賞了,最多告訴你哪個線條整齊好看。這又如何欣賞。。。至於集成的晶元。。。能有機會接觸到,看到的人本來就不多,其中專業人士占很大比例,非專業人士更是無法欣賞了
個人觀點。對我們吃瓜群眾而言,能感受的美主要局限於「設計精巧」層面上。機械對「設計精巧」的表達更直觀(機械臂動?),而電路的表達則相對模糊(電子跑路),且很多設計美都分散在每步的工藝過程中,只有理解設計、工作原理,最好有機會自己流次片之後,才能體會出精巧。上面提的IC,微波集成電路很炫酷啊,沒流過。流過最簡單的LED晶元,差不多類似的東西。講真,每次光刻、顯影或者完成一步工藝之後用顯微鏡看片子都會發出「舞草,這都行」,「卧槽,這麼規整」,「歪日,能洗的這麼乾淨」...的感嘆...比如某結構最簡單的燈的片子:第一次光刻的透明電極檯面,還帶花邊的。第二次光刻PN電極:第三次光刻SiO2,這張上面光刻膠還沒洗乾淨。這是洗乾淨的腐蝕完SiO2的取片子不小心碰到顯微鏡鏡頭劃壞的鑷子夾邊緣把光刻膠夾碎了225納米左右厚SiO2(橘)覆蓋在ITO(綠)上下面是P-GaN,MQW,N-GaN,Sapphire...這玩意跟集成電路的製作過程差不多,「一層一層」的,不過集成電路設計排線什麼的複雜更多。嗯,真心流一遍才能體會到炫酷。前面廢話這麼多,有人可能也體會不出美在哪裡。就像昨天看了個問題如何評價鳳姐的詩,看到相當一部分人講寫的真不錯,反正我是沒覺出來。
或許是人類的經驗與直覺,決定了我們對(經典)力學的理解通常會比電磁學要更容易一些吧。
鑒於作為一個電子專業白痴的我混淆了電路與集成電路的概念,請大家移步gilluin的回答,並欣賞他提供的集成電路圖片。
謝謝理解!雖然我的確是誤解了專業概念,但我的觀點並不會改變———————————————原答文——————————————(多圖,慎入)微觀世界中的有序布局,同樣具有令人驚嘆的美感。
先問是不是再問為什麼,這不是提問的規矩嘛?
你這個問題明顯次序搞反了呀……譬如說,
你當真確定人類不能欣賞集成電路???下面這些集成電路圖片,不美嘛???還是說,只有你認為不美???這麼特別的電路板造型,很美好不好???好不好???好不好???這是機械鐘錶構造圖還有其他機械,比如汽車(以上圖片摘自網路,非商用,不刪)上面這些圖片美死了有沒有???有沒有???????
其實呢,無論是否機械化,有些規律化的結構本身就帶有強烈的美感。
所以無論什麼東西,當這種美感被人類意識到,就一定會湧現一大批欣賞者們。就比如說,很多人很喜歡人體血管分布造型,也有很多人很喜歡植物細胞剖面圖。這些規律化的組織結構所呈現出的一種特殊美感,不同於自然界外在表現的非規律化美感,不像我們單純看風景,或是人物動物植物的自然形象。
當我們看慣了非規律化的美,一時可能是會接受不了這種規律化的美。 但我們總會意識到這種規律化美感的存在—— 因為我們一定會明白,在自然界那層帶有豐富變化的表皮之下,就是這些規律化的組織結構。比如上面提到的人體血管,植物細胞,甚至就是分子原子電子核子這些構成……它們用規律的結構,構建起了一個充滿變化的世界,讓人不得不驚嘆自然界造物主的神奇。 人類機械結構那種規律化的美感,說穿了只不過是自然界規律化美感的零頭而已,但卻因為也符合了這種嚴謹的規律,同樣展示出精美絕倫的藝術感。 誰能說上帝不是位藝術家呢……當你意識到了這點,你也會逐漸愛上微觀世界以及規律化結構組織所呈現的藝術美。
切,真是的,
提個問都不好好走大腦……(這句話我也許更應該用來批評自己,回個答都沒好好做功課……以後一定注意!!!謝謝大家)2017-01-12你找女朋友在乎的是她漂亮還是在乎你女朋友是由多少細胞組成的?
一個很重要的原因,電路是靜止的,你看不見裡面電子的運動,也就不能理解他的工作方式。
而機械是可見的,通過觀察,就能一定程度上理解機械的工作方式,體會其精妙的地方。
首先,因為機械運動是動態的,有意思。而CPU內部的電子流動,是看不見的,給人感覺是靜態的。靜態的,就沒有動態的有意思嘛。但實際上,CPU和計算機體系結構里的數據流動是非常的歡快的。
其次,人類傾向于欣賞整體展現出的巧妙,這沒有問題,因為它直觀,直接給人以感覺。
而計算機科學的美在於,對簡單的單元大量的疊加,以實現複雜的巧妙的功能。這種大量簡單結構的疊加,顯得很枯燥。最後,針對中國人的性格來說。更喜歡靈活的大的謀略和智慧。你那一小步一小步的穩定的不變的門邏輯是個什麼鬼?
但是,計算機科學的美,就在於用簡單的穩定的小模塊大量的疊加以實現複雜巧妙的功能。因為穩定,我們才可以放心地一層一層的抽象。在有限的硬體結構上,我們還可以複合無限的協議(protocol)來實現我們的目的。搞機械的,一個簡單的皮帶傳動模塊,就不知道有多少變數,她/他 敢這麼放心地疊加和抽象嗎?靜與動,無機與有機,局部與整體,硬體與抽象,無限與有限,都 如此天衣無縫合而為一,這才是人類幾千年歷史的思想和智慧的結晶,凝結成了計算機科學的美。
嗯。。。,不禁一句呻吟,我高潮了。這個感覺,如同我入門計算機的時候,讀到那些巧妙的思想,似乎觸摸了前輩大牛思維的脈搏。分分鐘高潮了。
同時,也在反思。你說這些CPU等等的計算機科學的設計思路很難嗎?不,一點都不難。但是我們民族為什麼對此沒有貢獻,我們這麼多年都幹些什麼去了?我們都幹了些啥。工業基礎是一部分原因。現在基礎有了,可以把過去的一切計算機學科的成就當作全人類共有的基礎。但是,懂得欣賞CPU的美,懂得欣賞計算機科學的美,才是我們能在這一領域有所建樹的開端。
但是,能欣賞這個美的人,還是太少呵。不過,比過去亦有進步了。你看,不是有很多人都已經在欣賞機械結構的美了嗎?在過去個100年,這有什麼美的?小老婆的奶子那才叫美呢。但在那時,世界上,已經有很多人在欣賞機械的美,電磁的美,分子的美,數學的美了。
我真覺得,一個國家的脊樑,真是這些能欣賞科學和工程美的青年,雖然他們素有情商低的名聲,和各種狗的稱謂。
————襄陽郭靖 答於2017年瓦倫丁子日(真的好感謝提這個問題的人,把我這兩年關於計算機科學的思考所得都引導出來了。也整理了一下自己的夢想。Dream,is my lover.好開心,吃飯去啦,一個人的晚餐也要是精彩的)俺就欣賞不來機械,而我是人類,所以一定是你們錯了!
看到這個問題,我突然想起以前在很多網站看到的一些評論。
比如我見過有人認為機械錶結構比電子錶複雜。我還見過一個人認為cpu結構很簡單,難度只在製程上。說到底就是欺負微晶元人眼看不清,有點鳴不平
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