液体金属

CPU的制作工艺,点石成金,从沙子到芯片

发布时间:2023/1/3 9:46:47   

CPU随着制造技术的进步,在它里面集成的电子元件也变得越来越多。很多同学可能想不到,就是这么一个小小的东西,竟然是地球上制造最复杂的产品。

那么它是怎么做出来的呢?我们下面来简单介绍一下CPU的制作工艺。

第1步硅提纯

沙子是制造半导体的基础。把沙子中的硅进行分离,再经过多个步骤进行提纯,得到一个大约斤几近完美的单晶硅,也就是大家看到的这一个元宝。

第2步切割晶圆

圆柱体切成片状,这些被切成一片一片非常薄的圆盘就是晶圆。

第3步影印

也就是涂抹光阻物质。晶圆不停地旋转,以使蓝色液体均匀涂在它上面。

第4步蚀刻

制造CPU的门电路。上面有设计好的各种电路,通过照射把它们印在晶圆上。

第5步重复分层

重复多遍,形成CPU的核心。为了加工新的一层电路,再次重复上面的过程,得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构,这个3D的结构才是最终的CPU的核心。

每几层中间都要填上金属作为导体,根据CPU设计时的布局以及通过的电流大小不同,层数也会不一样。

CPU的制作工艺是朝着高密度的方向发展,像这个CPU的制作工艺是22nm。CPU制作工艺的纳米数越小,意味着同等面积下晶体管数量越多,工作能力越强大,相对功耗就越低,更适合在较高的频率下运行,所以也更适合超频。

多金属层是建立各种晶体管的互联,如果我们把芯片放大数万倍,可以看到它的内部结构复杂到不可思议,是不是有点像多层高速公路系统。

第6步封装

将晶圆封入一个封壳中。把内核跟衬底、散热片堆在一起,就是我们熟悉的CPU了。

第7步多次测试

测试是CPU制作的重要环节,也是一块CPU出厂前必要的考验。最后一步是测试CPU的电气性能,分级确定CPU的最高工作频率,根据稳定性等规格制定价格。然后放进不同的包装,销往世界各地。

晶体管对于CPU的重要性

很多对电脑知识稍微懂一点的同学,都知道CPU里面最重要的东西就是晶体管。想要提高CPU的速度,说白了就是如何在相同的CPU面积里面放进去更多的晶体管。

那么一个CPU中到底有多少个晶体管呢?最早期的CPU有将近3万个晶体管,而现在CPU则有惊人的20亿个晶体管。

因为CPU实在是太小,太精密了,要放进去几十亿个晶体管,人的手是绝对不可能完成的,只能通过光刻工艺来进行加工。

CPU,为什么更多的晶体管更强?

简单地说,CPU就像一个储存开关的大仓库。每个晶体管都是一个开关,晶体管越多,开关越多。

一个CPU拥有的晶体管越多,电流在一个时间单位上流动的分支就越多,那么我们可以在CPU上处理的数据也越多,是不是机器就越快了!



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