CPU制造工艺是什么

小白QA2020-04-16 14:02:33阅读(...)

CPU制造工艺又叫做CPU制程,它的先进与否决定了CPU的性能优劣。CPU的制造是一项极为复杂的过程,当今世上只有少数几家厂商具备研发和生产CPU的能力。无论是Intel还是AMD,制作工艺都是发展蓝图中的重中之重。

CPU 制造工艺又叫做 CPU 制程,它的先进与否决定了 CPU 的性能优劣。CPU 的制造是一项极为复杂的过程,当今世上只有少数几家厂商具备研发和生产 CPU 的能力。CPU 的发展史也可以看作是制作工艺的发展史。几乎每一次制作工艺的改进都能为 CPU 发展带来最强大的源动力,无论是 Intel 还是 AMD,制作工艺都是发展蓝图中的重中之重。

CPU制造工艺是什么

工艺要素

随着生产工艺的进步,CPU 应该是越做越小?可为什么现在 CPU 好像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,但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 生产厂商是如何应对的呢?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。

生产流程

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。

(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,所以具有半导体的性质,适合于制造各种微小的晶体管,是目前最适宜于制造现代大规模集成电路的材料之一。

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。

工艺方向

在现有常规工艺的支撑下,CPU 很难再向前发展,并且遇到越来越多的障碍,接下来讨论 CPU 的继续发展方向。

两种泄漏电流

首先是门泄漏,这是电子的一种自发运动,由负极的硅底板通过管道流向正极的门;其次是通过晶体管通道的硅底板进行的电子自发从负极流向正极的运动。这个被称作亚阈泄漏或是关状态泄漏(也就是说当晶体管处于“关”的状态下,也会进行一些工作)。这两者都需要提高门电压以及驱动电流来进行补偿。这种情况自然的能量消耗以及发热量都有负面的影响。

现在让我们回顾一下场效应晶体管中的一个部分——在门和通道之间的绝缘二氧化硅(silicon dioxide)薄层。这个薄层的作用就相当于一个电子屏障,用途也就是防止门泄漏。很显然,这个层越是厚,其阻止泄漏的效果就越好。不过还要考虑它在通道中的影响,如果我们想要缩短通道(也就是减小晶体管体积),就必须减少这个层。在过去的 10 年中,这个薄层的厚度已经逐渐达到整个通道长度的 1/45。目前,处理器厂商们正在做的是使这个层越来越薄,而不顾随之增加的门泄漏。不过这个方式也有它的限度,Intel 的技术员说这个薄层的最小厚度是 2.3 纳米,如果低于这个厚度,门泄漏将急剧增大。这也是摩尔本人提到的“漏电率快速上升”而制约摩尔定律继续前进。

到目前为止,处理器厂商还没有对亚阈泄漏做什么工作,不过这一情况很快就要改变了。操作电流和门操作时间是标志晶体管性能的两个主要参数,而亚阈泄漏对两者有不小的影响。为了保证晶体管的性能,厂商们不得不提高驱动电流来得到想要的结果。这点在主板的供电系统和电源规范中有明显体现,我们也可以理解为什么越来越多的供电和散热规范是 Intel 等 CPU 厂商提出的。

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