CPU与GPU制造工艺

基础知识科普站
2021-12-05 10:18
关键字: CPU GPU 制造工艺
收藏

制造工艺指制造CPUGPU的制程,或指晶体管门电路的尺寸,单位为纳米(nm)。主流的CPU制程已经达到了7-14纳米(AMD三代锐龙已全面采用7nm工艺,intel第9代全面采用14nm),更高的在研发制程甚至已经达到了4nm或更高,已经正式商用的高通855已采用7nm制程。

更先进的制造工艺可以使CPU与GPU内部集成更多的晶体管,使处理器具有更多的功能以及更高的性能;更先进的制造工艺会减少处理器的散热设计功耗(TDP),从而解决处理器频率提升的障碍;更先进的制造工艺还可以使处理器的核心面积进一步减小,也就是说在相同面积的晶圆上可以制造出更多的CPU与GPU产品,直接降低了CPU与GPU的产品成本,从而最终会降低CPU与GPU的销售价格使广大消费者得利.....处理器自身的发展历史也充分的说明了这一点,先进的制造工艺不仅让CPU的性能和功能逐步提升,也使成本得到了有效的控制。

CPU制作工艺指的是在生产CPU过程中,要加工各种电路和电子元件,制造导线连接各个元器件等。现在其生产的精度以纳米(以前用微米)来表示,精度越高,生产工艺越先进。在同样的材料中可以容纳更多的电子元件,连接线也越细,有利于提高CPU的集成度。制造工艺的纳米数是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展,密度愈高的IC电路设计,意味着在同样大小面积的IC中,可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。微电子技术的发展与进步,主要是靠工艺技术的不断改进。芯片制造工艺从1971年开始,经历了10微米、6微米、3微米、1.5微米、1微米、800纳米、600纳米、350纳米、250纳米、180纳米、130纳米、90纳米、65纳米、45纳米、32纳米、22纳米、14纳米、10纳米,一直发展到(2019年)最新的7纳米,而5纳米将是下一代CPU的发展目标。

显卡的制造工艺实际上就是指显示核心的制程,它指的是晶体管门电路的尺寸,现阶段主要以纳米(nm)为单位。显示芯片的制造工艺与CPU一样,也是用微米来衡量其加工精度的。制造工艺的提高,意味着显示芯片的体积将更小、集成度更高,可以容纳更多的晶体管。和中央处理器一样,显示卡的核心芯片,也是在硅晶片上制成的。微电子技术的发展与进步,主要是靠工艺技术的不断改进,显示芯片制造工艺在1995年以后,从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、0.11微米、90纳米、80纳米、65纳米、55纳米、40纳米、28纳米、16纳米、12纳米一直发展到现在的7纳米制程。显卡厂商AMD(超威半导体)已经有三款7nnm工艺显卡在售。

生产CPU与GPU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或GPU厂商正在增加300毫米晶圆的生产。

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CPUGPU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,每个区域都将成为一个处理器的内核(Die)。一般来说,晶圆切得越薄,相同量的硅材料能够制造的处理器成品就越多。

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,紫外线通过印制着处理器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不受到光的干扰,必须制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。

相关推荐