熟透了的大腦2019-06-12 21:03:15—— CPU的製造工藝和流程 CPU 發展至今已經有二十多年的歷史，其中製造 CPU 的工藝技術也經過了長足的發展，以前的製造工藝比較粗糙，而且對於讀者瞭解最新的技術也沒有多大幫助，所以我們舍之不談，用今天比較新的製造工藝來向大家闡述。 許多對電腦知識略知一二的朋友大多會知道 CPU 裡面最重要的東西就是晶體管了，提高 CPU 的速度，最重要的一點說白了就是如何在相同的CPU面積裡面放進去更加多的電晶體。由於 CPU 實在太小，太精密，裡面組成了數目相當多的電晶體，所以人手是絕對不可能完成的（笑），只能夠透過光刻工藝來進行加工的。這就是為什麼一塊 CPU 裡面為什麼可以數量如此之多的電晶體。電晶體其實就是一個雙位的開關：即開和關。如果您回憶起基本計算的時代，那就是一臺計算機需要進行工作的全部。兩種選擇，開和關，對於機器來說即0和1。那麼如何製作一個CPU 呢？ 以下我們用英特爾為例子告訴大家。 首先：取出一張利用鐳射器剛剛從類似幹香腸一樣的矽柱上切割下來的矽片，它的直徑約為 20cm。除了 CPU 之外，英特爾還可以在每一矽片上製作數百個微處理器。每一個微處理器都不足一平方釐米。 接著就是矽片鍍膜了。相信學過化學的朋友都知道矽（Si）這個絕佳的半導體材料，它可以電腦裡面最最重要的元素啊！在矽片表面增加一層由我們的老朋友二氧化矽（SiO2）構成的絕緣層。這是透過 CPU 能夠導電的基礎。其次就輪到光刻膠了，在矽片上面增加了二氧化矽之後，隨後在其上鍍上一種稱為“光刻膠”的材料。這種材料在經過紫外線照射後會變軟、變粘。然後就是光刻掩膜，在我們考慮製造工藝前很久，就早有一非常聰明的美國人在腦子裡面設計出了 CPU，並且想盡方法使其按他們的設計意圖工作。CPU 電路設計的照相掩膜貼放在光刻膠的上方。照相字後自然要曝光“衝曬”了，我們將於是將掩膜和矽片曝光於紫外線。這就象是放大機中的一張底片。該掩膜允許光線照射到矽片上的某區域而不能照射到另一區域，這就形成了該設計的潛在映像。 一切都辦妥了之後，就要到相當重要的刻蝕工藝出場了。我們採用一種溶液將光線照射後完全變軟變粘的光刻膠“塊”除去，這就露出了其下的二氧化矽。本工藝的最後部分是除去曝露的二氧化矽以及殘餘的光刻膠。對每層電路都要重複該光刻掩膜和刻蝕工藝，這得由所生產的 CPU 的複雜程度來確定。儘管所有這些聽起來象來自“星球大戰”的高科技，但刻蝕實際上是一種非常古老的工藝。幾個世紀以前，該工藝最初是被藝術家們用來在紙上、紡織品上甚至在樹木上創作精彩繪畫的。在微處理器的生產過程中，該照相刻蝕工藝可以依照電路圖形刻蝕成導電細條，其厚度比人的一根頭髮絲還細許多倍。 接下來就是摻雜工藝。現在我們從矽片上已曝露的區域開始，首先倒入一化學離子混合液中。這一工藝改變摻雜區的導電方式，使得每個電晶體可以通、斷、或攜帶資料。將此工藝一次又一次地重複，以製成該 CPU 的許多層。不同層可透過開啟視窗聯接起來。電子以高達 400MHz 或更高的速度在不同的層面間流上流下，視窗是透過使用掩膜重複掩膜、刻蝕步驟開啟的。視窗開啟後就可以填充他們了。視窗中填充的是種最普通的金屬－鋁。終於接近尾聲了，我們把完工的電晶體接入自動測試裝置中，這個裝置每秒可作一萬次檢測，以確保它能正常工作。在透過所有的測試後必須將其封入一個陶瓷的或塑膠的封殼中，這樣它就可以很容易地裝在一塊電路板上了。 目前，單單 Intel 具有 14 家晶片製造廠。儘管微處理器的基本原料是沙子（提煉矽），但工廠內空氣中的一粒灰塵就可能毀掉成千上萬的晶片。因此生產 CPU 的環境需非常乾淨。事實上，工廠中生產晶片的超淨化室比醫院內的手術室還要潔淨1萬倍。“一級”的超淨化室最為潔淨，每平方英尺只有一粒灰塵。為達到如此一個無菌的環境而採用的技術多令人難以置信。在每一個超淨化室裡，空氣每分鐘要徹底更換一次。空氣從天花板壓入，從地板吸出。淨化室內部的氣壓稍高於外部氣壓。這樣，如果淨化室中出現裂縫，那麼內部的潔淨空氣也會透過裂縫溜走－防止受汙染的空氣流入。 但這只是事情一半。在晶片製造廠裡，Intel 有上千名員工。他們都穿著特殊的稱為“兔裝”的工作服。兔裝是由一種特殊的非棉絨、抗靜電纖維製成的，它可以防止灰塵、髒物和其它汙染損壞生產中的計算機晶片。這兔裝有適合每一個人的各種尺寸以及一系列顏色，甚至於白色。員工可以將兔裝穿在在普通衣服的外面，但必須經過含有 54 個單獨步驟的嚴格著裝程式。而且每一次進入和離開超淨化室都必須重複這個程式。因此，進入淨化室之後就會停留一陣。在製造車間裡，英特爾的技術專家們切割矽片，並準備印刻電路模板等一系列複雜程式。這個步驟將矽片變成了一個半導體，它可以象電晶體一樣有開啟和關閉兩種狀態。這些開啟和關閉的狀態對應於數字電碼。把成千上萬個電晶體整合在英特爾的微處理器上，能表示成千上萬個電碼，這樣您的電腦就能處理一些非常複雜的軟體公式了。
