谈谈CPU是怎样制作成的

  chw ·  2007-09-16 20:06  ·  33866 次点击
如果按价格/重量来计算,CPU要比黄金还贵得多。几乎所有的人都知道CPU主要是以硅为为原料制成的。而硅是地球上多得无法计数的元素了(如果我高中的化学知识没有记错硅应该是排名第二的)是什么魔力使这种最不值钱的东西变成炙手可热的宝物的呢?是科学。是科学才有这点石成金的法力。
一、CPU的设计
1.CPU的结构设计
在英文中,CPU的设计称之为ArchitectureDesign。意思是结构设计。所谓结构设计就是构造我们平常谈论的超标量(SuperScalar),流水线(Pipeline),分支预测(BranchPrediction)这一类的东西。CPU最底层是晶体管(Transistor),由晶体管再组成最基本的逻辑电路——与门(ANDGate),或门(ORGate),非门NOTGate)等等由这些基本的逻辑电路再进一步组成基本的功能体,如寄存器(Register),正反触发器(Flip-Flop)解码器Decoder)等等。有了这些一个个具有一定功能的模块后,就可以考虑CPU的结构问题了。比如CPU内采用几条BUS,多少个寄存器,多少CACHE,几级的流水线,同时并发多少指令怎样进行分支预测、指令预取Prefetch)和推测执行(SpeculativeExcution)。现在的CPU的晶体管数已经突破了1000万,其设计都是在专用的计算机辅助设计软件下进行的。
2.印刷电路掩模的制造(MaskPreparation)
当设计工作结束后,紧接着就是进行印刷电路掩模(GlassPhotoMask)的制造。由于现在的CPU都采用了多层电路设计(一般为4-6层),所以对于每一层都要独立的制造其掩模。每一层掩模实际就是这一层电路设计图的缩微电负片为了进行大批量的生产实际的一片掩模都含有上百个完全相同的缩微电路(这就象印邮票一样,一版印下去就是几十张)。当这样的掩模制作好后,就可以开始批量生产
二、CPU的生产
1.硅的提纯。通常制造CPU的硅从石英岩中提炼。经过数次的提纯和其它工艺处理,得到了纯净的硅晶体(PureSiliconCrystal)。这些纯净硅被熔解加工成柱状(Cylinder),称为硅锭
2.晶片的制造(Wafer)提纯得到的硅锭下一步将要被切割成为4/1000英寸的薄片(约0.1毫米),称为晶片(Wafer)这一步工作以及以后的工作)必须在超净室内进行。所谓超净就是要比手术室还要干净1000倍。工作人员都穿着叫做兔宝宝(BunnySuit)”的专用服装。之所以这样是因为即使一个小小的灰尘也可能造成整个芯片制造的失败。晶片经过刨光除屑等表面处理后,将被放到一种专用的设备中(DiffusionOven),在这里晶片的表面将要被“镀”上一层绝缘薄膜。这层薄膜就是随后进行电路刻蚀的基底。
3.电路印刷
当第二步工作结束后,晶片表面要被涂上一层明胶一样的感光乳剂,称为感光保护膜。涂有这种感光保护的晶片在掩模的覆盖下进行紫外线照射由于掩模的作用,使晶片表面的感光涂层部分感光而发生光化学反应。感光的部分变硬,不感光的部分仍然维持原样。感光完成之后,晶片表面用化学溶剂进行冲洗。没有感光的部分将被冲洗掉(Etching),从而形成一些微小的细槽,这些细槽就是我们设计的电路图。
4.CPU晶片的产生(Die)
到第三步工作结束后,一层电路的印制就算完成。之后重复进行“镀膜”,涂感光剂,紫外线照射,化学剂蚀刻的步骤。有几层电路就要重复几次?当电路印制完成后,晶片上就是一个一个的CPU雏形了(就象一张印张上的整齐排列着的邮票一样)。下一步的工作可想而知,一定是切割了。晶片上的一个个小CPU雏形被激光刀切割了下来这样的一个个小CPU雏形叫做模(Die)。你知道一个Die有多大吗?只有30平方毫米到300平也就是5,6个毫米见方到17个毫米见方。比如300MHz的PentiumII面积为203平方毫米
5.CPU封装
到第四步结束后,离CPU诞生就只差一步了——封装。封装就是在Die上联结引出一些金属

7 条回复

方建国  2010-07-12 12:44
学习了,谢谢,不过对我作用不大。
whszzx  2010-07-11 08:13
看了真长知识,谢谢提供
yangdr  2008-10-15 07:48
大多数人都不知道CPU是怎样制作成的,看了真长知识,谢谢提供
seafood_shi  2008-10-14 09:44
还有封装,各种不同的封装技术.
ketezzr  2008-10-14 09:42
长了很多知识,谢谢了。
redleaf  2008-10-13 12:44
将来会有神经元CPU了,置入人的大脑里
谢世健  2008-07-23 09:12
原来CPU是这样制作成的

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