纳瓦霍人编织的集成电路：555定时器

# 一块描绘集成电路的纳瓦霍编织品：555定时器 来源：http://www.righto.com/2025/09/marilou-schultz-navajo-555-weaving.html 著名迪内（纳瓦霍）编织艺术家 Marilou Schultz 近日完成了一件精美的编织作品：黑色背景上密布粗白线，其间点缀着红橙色菱形图案。这件引人注目的地毯看似抽象，实则展示了一颗名为 555 定时器的微小硅芯片的内部电路。该芯片拥有数百种应用，从声音发生器到雨刷控制器无所不包。555 曾一度是全球最畅销的集成电路，销量达数十亿颗。但芯片是如何变成地毯的呢？ Marilou Schultz 作品《流行芯片》。图片由《第一美洲艺术杂志》提供。(https://static.righto.com/images/navajo-555/rug-555.jpg) 555 芯片由一片微小的硅片构成，其顶层覆盖一层金属布线。在地毯中，这些布线表现为粗白线，而硅片则形成黑色背景。地毯上最引人注目的特征之一是边缘的红橙色菱形图案；这些对应着硅芯片与其八个引脚之间的连接。极细的金键合线（比头发丝还细）连接到方形焊盘上以提供这些连接。555 芯片的电路包含 25 个晶体管——可开关的硅器件。地毯上有三个占据主导地位的大晶体管（内部有王字图案的填充方块），其余晶体管则由小圆点表示。 这件编织作品的灵感来源于 Antoine Bercovici（Siliconinsider (https://x.com/siliconinsid)）拍摄的一张 555 定时器晶圆照片；是我向 Schultz 推荐了这张照片作为地毯的可能主题。下图对比了编织品（左）与晶圆照片（右）。可以看到，编织品紧密遵循了实际芯片的布局，但在一些细节上做了艺术化处理。例如，去掉了两个焊盘，顶部的电路被简化，底部的型号编号也被移除。 地毯（左）与原照片（右）的对比。555 定时器的暗场图像由 Antoine Bercovici 提供。(https://static.righto.com/images/navajo-555/comparison.jpg) 地毯（左）与原照片（右）的对比。555 定时器的暗场图像由 Antoine Bercovici 提供。 Antoine 使用暗场显微镜拍摄了晶圆照片，这种特殊显微镜能在黑色背景上成像。这幅图像突出了晶圆顶部的金属层。相比之下，标准明场显微镜拍摄的图像如下所示。芯片制造时，硅区域会被“掺杂”杂质以形成晶体管和电阻。这些区域在下图中表现为硅片颜色的微妙变化。 RCA CA555 芯片。图片由 Tiny Transistors 提供。(https://static.righto.com/images/navajo-555/RCA-CA555.jpg) 在编织品中，芯片的设计显得几乎巨大无比，很容易让人忘记实际的芯片是微观的。在下图中，我拿到了一款封装在金属罐中的芯片版本，而不是常见的黑色矩形塑料封装。切开金属罐的顶部，可以看到里面微小的芯片，八根金键合线将晶圆连接到封装的引脚。如果放大照片，你可能会认出地毯上占据主导地位的那三个大晶体管。 金属罐封装内的 555 定时器晶圆，旁边放了一美分硬币作对比。点击此图（或任何其他图片）可查看大图。(https://static.righto.com/images/navajo-555/1-penny.jpg) 金属罐封装内的 555 定时器晶圆，旁边放了一美分硬币作对比。点击此图（或任何其他图片）可查看大图。 艺术家 Marilou Schultz 自 1994 年起就开始创作芯片编织品，当时英特尔委托制作一件基于奔腾芯片的地毯，作为赠送给 AISES（美国印第安人科学与工程学会）的礼物。尽管 Schultz 从小就学习编织，但奔腾地毯因其复杂的图案和缺乏对称性而成为挑战；一天的工作可能只增加一英寸。这件引人注目的编织品由长角纳瓦霍-楚罗绵羊的羊毛制成，并用传统植物染料染色。 《芯片复制品》，Marilou Schultz 创作，1994 年。羊毛。照片摄于国家美术馆，2024 年。(https://static.righto.com/images/navajo-555/pentium-rug.jpg) 《芯片复制品》，Marilou Schultz 创作，1994 年。羊毛。照片摄于国家美术馆，2024 年。 对于 555 定时器的编织品，Schultz 尝试了不同材料。银色和金色的金属线代表芯片中的铝和铜。艺术家解释道：“加入金属线花费了更多时间”，但这是值得的，因为“在黑暗中用一点光线照射地毯时，金属线闪闪发光，效果非常壮观。” 黑色和淡紫色使用了苯胺染料。虽然天然洋苏木染料能产生漂亮的紫色，但会随时间褪色，因此 Schultz 选择了苯胺染料。淡紫色是献给艺术家的母亲的，她于二月去世；紫色是她最喜欢的颜色。 ## 芯片内部 555 芯片如何产生特定的时间延迟？您需要添加外部元件——电阻和电容——来选择时间。电容以电阻控制的速度被充（电）。当电容“满”时，555 芯片切换操作并开始放（电）电容。这就像给水槽注水：如果水槽（电容）很大，水流（大电阻）很小，水槽会慢慢充满。但如果水槽（电容）很小，水流（小电阻）很大，水槽会很快充满。通过使用不同的电阻和电容，555 定时器可以提供从微秒到小时的时间间隔。 我制作了一个交互式芯片浏览器，展示地毯区域如何对应物理芯片中的特定电子元件。点击地毯的任何部分，了解芯片中相应元件的功能。 点击晶圆或原理图查看详情... 例如，两个大的方形晶体管用于打开或关闭芯片的输出，而第三个大晶体管则在电容充满时将其放电。（准确地说，电容在 1/3 满到 2/3 满之间变化，以避免接近“空”和“满”时的问题。）芯片内部有称为比较器的电路，用于检测电容电压达到 1/3 或 2/3，并在这些点切换放电和充电。如果想知道关于 555 芯片的更多技术细节，可以参考我之前关于早期 555 芯片 (https://www.righto.com/2022/01/silicon-die-teardown-look-inside-early.html)、与地毯相似的 555 定时器 (https://www.righto.com/2016/02/555-timer-teardown-inside-worlds-most.html) 以及更现代的 CMOS 版本 555 (https://www.righto.com/2016/04/teardown-of-cmos-555-timer-chip-how.html) 的文章。 ## 结论 纳瓦霍编织品与集成电路图案之间的相似性早已被认可 (https://archive.computerhistory.org/resources/access/text/2017/01/102770254-05-01-acc.pdf)。Marilou Schultz 的集成电路编织品将这些视觉隐喻变成了具体的艺术品。然而，这种联系不仅仅是隐喻性的；在 1960 年代，半导体公司 Fairchild 曾在新墨西哥州希普罗克雇佣了许多纳瓦霍工人来组装芯片。我在《作为纳瓦霍编织品的奔腾芯片》 (https://www.righto.com/2024/08/pentium-navajo-fairchild-shiprock.html) 中写过这段复杂的历史。 这件作品正在 SITE Santa Fe 的《Once Within a Time》 (https://www.sitesantafe.org/en/once-within-a-time/) 展览中展出（持续至 2026 年 1 月）。我还没有亲自参观过这个展览，如果你去了请告诉我。关于 Marilou Schultz 的艺术更多信息，请参见《将微芯片变成艺术的迪内编织艺术家》 (https://hyperallergic.com/1014669/marilou-schultz-dine-weaver-who-turns-microchips-into-art)，或 YouTube 上的《与 Marilou Schultz 的对话》 (https://www.youtube.com/watch?v=lyVDvYURpqo)。 非常感谢 Marilou Schultz 与我讨论她的艺术。感谢《第一美洲艺术杂志》 (https://firstamerican.art/) 提供她 555 地毯的照片。关注我的 Mastodon ([@[email protected]](https://oldbytes.space/@kenshirriff))、Bluesky (@righto.com (https://bsky.app/profile/righto.com)) 或 RSS (https://www.righto.com/feeds/posts/default) 获取更新。