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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。CPU的架构和工艺四十多年前 , Intel 的创始人戈登摩尔 ( Gordon Moore) 经过长期的对比 , 研究后发现 : CPU中的部件 ( 我们现在所说的晶体管 ) 在不断增加 , 其价格也在不断下降。”随着单位成本的降低以及单个集成电路集成的晶体管数量的增加;到1975 年 , 从经济学来分析 , 单个集成电路应该集成 65000 个晶体管。” Intel 此后几年的发展都被摩尔提前算在了纸上 , 使人们大为惊奇 , ”摩尔定律”也名声大振。为了让人们更直观地了解摩尔定律 , 摩尔及其同事总结出一句极为精练的公式 ”集
2、成电路所包含的晶体管每 18 个月就会翻一番”。从摩尔定律之诞生后 , 芯片产业有了前进的方向 : 为了不断提升性能 , 工程师要做的是不断向芯片中添加足够多的晶体管。 但这个方向很快就受到了挑战 , Intel 在 70 年代末就发现摩尔定律的预测偏离了实际 , 并做出了少许修改。其实摩尔定律起初只是简单观察的结果 , 不过却由 Intel 不断扩充和执行下以资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。及成为她们最喜欢的方式,同时也是这家技术水平高、生产潜力大的企业的最有利可图的模式。在 ISSCC 大会上 ,摩尔本人就指出了摩尔定律中的另一个错误,即晶圆尺寸的发展并没有按
3、照摩尔定律预测在发展到53 英寸 ,现在只发展到12 英寸( 300mm)。摩尔本人提出对摩尔定律质疑的主要原因,就是半导体生产工艺在 0.18mm后漏电率快速上升 , 到 0.13mm后更为严重。漏电率快速上升现象的出现 , 使得 90nm、 65nm 及以后的半导体生产工艺、 特别是需要高速运行的 CPU生产工艺面临严峻挑战。摩尔定律在拉动着芯片产业飞奔的同时 , 在现实中的表现也常常让人们担心。国际半导体技术蓝图机构 (ITRS) 为 IC 组件的发展起草了一份雄心勃勃的发展规划 , 同时也提出警告 , 晶体管数目的增长速度显著快于设计能力的提高速度。不过 , ITRS 认为在设计技术之
4、外 , 设计成本才是对半导体技术可持续发展的最大威胁 , 并导致设计和生产力之间产生鸿沟。 在 CPU生产厂商方面 , 按照摩尔定律这个速度发展 , 到本世纪末 , 处理器生产线投资至少是数千亿乃至上万亿美元。谁投资得起 ? 投资能回收吗 ? IT 产业能在这个方向上健康发展下去吗 ?但另外一个现象引起又我们注意 : 摩尔认为 , 尽管摩尔定律并不总是正确的 , 却似乎总能够延续下去。按照专业人士的分析 , CPU的发展在触及摩尔定律的极限之前 , 将朝着更高性能、 更低功耗、 更低成本的方向发展 , 在可预见的未来 , CPU的处理能力将继续保持高速增长 , 小型化、 集成化永远是发展趋势。
5、总之在过去的四十多年 , 半导体工业的发展突破了一个又一个看似不可能跨越的瓶颈 , 神奇地遵循着摩尔定律 , 如今的半导体科技已经达到了几乎不可能为之的地步。而这一切都得益于生产技术的不断进步 , 能够预见伴随着处理器的发展 , 生产技术这种发展趋势仍将持续下去。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。从实际情况来看 , Intel 最新发布的桌面级 CPU Pentium Extreme Edition 955, 使用更先进的 65 nm制程 , 集成了 3 亿 7600 万个晶体管。已走入不惑之年的摩尔定律面临不少问题 , 比如计算机整体架构落伍、 漏电率和功耗、经济
6、鸿沟 , 但其还继续着辉煌 , 这是为什么呢。下文将从生产工艺和芯片设计的角度阐述当今 CPU的发展趋势 , 希望能解答大家对当今 CPU发展的少许不解 , 以便让大家火眼金睛看清这场精彩纷呈的 CPU斗争。1 、 CPU的生产过程要了解 CPU的生产工艺 , 我们需要先知道 CPU是怎么被制造出来的。让我们分几个步骤学习 CPU的生产过程。( 1)硅提纯生产 CPU等芯片的材料是半导体 , 现阶段主要的材料是硅 Si, 这是一种非金属元素 , 从化学的角度来看 , 由于它处于元素周期表中金属元素区与非金属元素区的交界处 , 因此具有半导体的性质 , 适合于制造各种微小的晶体管 , 是当前最适
7、宜于制造现代大规模集成电路的材料之一。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。在硅提纯的过程中 , 原材料硅将被熔化 , 并放进一个巨大的石英熔炉。这时向熔炉里放入一颗晶种 , 以便硅晶体围着这颗晶种生长 , 直到形成一个几近完美的单晶硅。 以往的硅锭的直径大都是 200 毫米 , 而 CPU厂商正在增加 300 毫米晶圆的生产。( 2)切割晶圆硅锭造出来了 , 并被整型成一个完美的圆柱体 , 接下来将被切割成片状 , 称为晶圆。晶圆才被真正用于 CPU的制造。所谓的”切割晶圆”也就是用机器从单晶硅棒上切割下一片事先确定规格的硅晶片 , 并将其划分成多个细小的区域 , 每
8、个区域都将成为一个 CPU的内核 (Die) 。一般来说 , 晶圆切得越薄 , 相同量的硅材料能够制造的 CPU成品就越多。( 3)影印 ( Photolithography)在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻 (Photoresist) 物质 , 紫外线经过印制着 CPU复杂电路结构图样的模板照射硅基片 , 被紫外线照射的地方光阻物质溶解。 而为了避免让不需要被曝光的区域也受到光的干扰 , 必须制资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。作遮罩来遮蔽这些区域。这是个相当复杂的过程,每一个遮罩的复杂程度得用10GB数据来描述。( 4)蚀刻 (Etching)这是
9、CPU生产过程中重要操作 , 也是 CPU工业中的重头技术。蚀刻技术把对光的应用推向了极限。蚀刻使用的是波长很短的紫外光并配合很大的镜头。短波长的光将透过这些石英遮罩的孔照在光敏抗蚀膜上 , 使之曝光。接下来停止光照并移除遮罩 , 使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗蚀膜 , 以及在下面紧贴着抗蚀膜的一层硅。然后 , 曝光的硅将被原子轰击 , 使得暴露的硅基片局部掺杂 , 从而改变这些区域的导电状态 , 以制造出 N 井或 P 井, 结合上面制造的基片 , CPU的门电路就完成了。( 5)重复、 分层为加工新的一层电路 , 再次生长硅氧化物 , 然后沉积一层多晶硅 , 涂敷光阻物质 , 重复
10、影印、 蚀刻过程 , 得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。重复多遍 , 形成一个 3D的结构 , 这才是最终的 CPU的核心。每几层中间都要填上金属作为导体。 Intel 的 Pentium 4 处理器有 7 层, 而 AMD的 Athlon 64 则达到了 9 层。层数决定于设计时 CPU的布局 , 以及经过的电流大小。( 6)封装这时的 CPU是一块块晶圆 , 它还不能直接被用户使用 , 必须将它封入一个陶瓷的或塑料的封壳中 , 这样它就能够很容易地装在一块电路板上了。 封装结构各有不同 , 但越高级的 CPU封装也越复杂 , 新的封装往往能带来芯片电气性资料内容仅供您学习参考，如有不当或者
11、侵权，请联系改正或者删除。能和稳定性的提升 ,并能间接地为主频的提升提供坚实可靠的基础。( 7)多次测试测试是一个 CPU制造的重要环节 , 也是一块 CPU出厂前必要的考验。这一步将测试晶圆的电气性能 , 以检查是否出了什么差错 , 以及这些差错出现在哪个步骤 ( 如果可能的话 ) 。接下来 , 晶圆上的每个 CPU核心都将被分开测试。由于 SRAM(静态随机存储器 , CPU中缓存的基本组成 ) 结构复杂、密度高 , 因此缓存是 CPU中容易出问题的部分 , 对缓存的测试也是 CPU测试中的重要部分。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。每块 CPU将被进行完全测试
12、 , 以检验其全部功能。某些 CPU能够在较高的频率下运行 , 因此被标上了较高的频率 ; 而有些 CPU因为种种原因运行频率较低 , 因此被标上了较低的频率。最后 , 个别 CPU可能存在某些功能上的缺陷 , 如果问题出在缓存上 , 制造商依然能够屏蔽掉它的部分缓存 , 这意味着这块CPU依然能够出售 , 只是它可能是 Celeron 等低端产品。当 CPU被放进包装盒之前 , 一般还要进行最后一次测试 , 以确保之前的工作准确无误。根据前面确定的最高运行频率和缓存的不同 , 它们被放进不同的包装 , 销往世界各地。2、 不断进步的生产工艺随着生产工艺的进步 , CPU 应该是越做越小 ?
13、可为什么现在 CPU仿佛尺寸并没有减少多少 , 那么是什么原因呢 ? 实际上 CPU厂商很希望把 CPU的集成度进一步提高 , 同样也需要把 CPU做得更小 , 可是因为现在的生产工艺还达不到这个要求。生产工艺这 4 个字到底包含些什么内容呢 , 这其中有多少高精尖技术的汇聚 , CPU生产厂商是如何应正确呢 ? 下文将根据上面 CPU制造的 7 个步骤展开叙述 , 让我们一起了解当今不断进步的 CPU生产工艺。( 1)晶圆尺寸硅晶圆尺寸是在半导体生产过程中硅晶圆使用的直径值。硅晶圆尺寸越大越好 , 因为这样每块晶圆能生产更多的芯片。比如 , 同样使用 0.13 微米的制程在 200mm的晶圆上能够生产大约 179 个处理器核心 , 而使用 300mm的晶圆能够制造大约 427 个处理器核心 , 300mm直径的晶圆的面积是 200mm直径晶圆的 2.25 倍 , 出产的处理器个数却是后者的 2.385 倍, 而且 300mm晶圆实际的成本并不会