CPU 是怎么被制造出來(lái)的

　　（ 1 ） 硅提純

　　生產(chǎn) CPU 等芯片的材料是半導(dǎo)體，現(xiàn)階段主要的材料是硅 Si ，這是一種非金屬元素，從化學(xué)的角度來(lái)看，由于它處于元素周期表中金屬元素區(qū)與非金屬元素區(qū)的交界處，所以具有半導(dǎo)體的性質(zhì)，適合于制造各種微小的晶體管，是目前最適宜于制造現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的材料之一。

　　在硅提純的過(guò)程中，原材料硅將被熔化，并放進(jìn)一個(gè)巨大的石英熔爐。這時(shí)向熔爐里放入一顆晶種，以便硅晶體圍著這顆晶種生長(zhǎng)，直到形成一個(gè)幾近完美的單晶硅。以往的硅錠的直徑大都是 200 毫米，而 CPU 廠商正在增加 300 毫米晶圓的生產(chǎn)。

　　（ 2 ）切割晶圓

　　硅錠造出來(lái)了，并被整型成一個(gè)完美的圓柱體，接下來(lái)將被切割成片狀，稱為晶圓。晶圓才被真正用于 CPU 的制造。所謂的“切割晶圓”也就是用機(jī)器從單晶硅棒上切割下一片事先確定規(guī)格的硅晶片，并將其劃分成多個(gè)細(xì)小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都將成為一個(gè) CPU 的內(nèi)核 （Die） 。一般來(lái)說(shuō)，晶圓切得越薄，相同量的硅材料能夠制造的 CPU 成品就越多。

　　（ 3 ）影印（ Photolithography ）

　　在經(jīng)過(guò)熱處理得到的硅氧化物層上面涂敷一種光阻 （Photoresist） 物質(zhì)，紫外線通過(guò)印制著 CPU 復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)圖樣的模板照射硅基片，被紫外線照射的地方光阻物質(zhì)溶解。而為了避免讓不需要被曝光的區(qū)域也受到光的干擾，必須制作遮罩來(lái)遮蔽這些區(qū)域。這是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，每一個(gè)遮罩的復(fù)雜程度得用 10GB 數(shù)據(jù)來(lái)描述。

　　（ 4 ）蝕刻 （Etching）

　　這是 CPU 生產(chǎn)過(guò)程中重要操作，也是 CPU 工業(yè)中的重頭技術(shù)。蝕刻技術(shù)把對(duì)光的應(yīng)用推向了極限。蝕刻使用的是波長(zhǎng)很短的紫外光并配合很大的鏡頭。短波長(zhǎng)的光將透過(guò)這些石英遮罩的孔照在光敏抗蝕膜上，使之曝光。接下來(lái)停止光照并移除遮罩，使用特定的化學(xué)溶液清洗掉被曝光的光敏抗蝕膜，以及在下面緊貼著抗蝕膜的一層硅。

　　然后，曝光的硅將被原子轟擊，使得暴露的硅基片局部摻雜，從而改變這些區(qū)域的導(dǎo)電狀態(tài)，以制造出 N 井或 P 井，結(jié)合上面制造的基片， CPU 的門電路就完成了。

　　（ 5 ）重復(fù)、分層

　　為加工新的一層電路，再次生長(zhǎng)硅氧化物，然后沉積一層多晶硅，涂敷光阻物質(zhì)，重復(fù)影印、蝕刻過(guò)程，得到含多晶硅和硅氧化物的溝槽結(jié)構(gòu)。重復(fù)多遍，形成一個(gè) 3D 的結(jié)構(gòu)，這才是最終的 CPU 的核心。每幾層中間都要填上金屬作為導(dǎo)體。 Intel 的 Pentium 4 處理器有 7 層，而 AMD 的 Athlon 64 則達(dá)到了 9 層。層數(shù)決定于設(shè)計(jì)時(shí) CPU 的布局，以及通過(guò)的電流大小。

　　（ 6 ）封裝

　　這時(shí)的 CPU 是一塊塊晶圓，它還不能直接被用戶使用，必須將它封入一個(gè)陶瓷的或塑料的封殼中，這樣它就可以很容易地裝在一塊電路板上了。封裝結(jié)構(gòu)各有不同，但越高級(jí)的 CPU 封裝也越復(fù)雜，新的封裝往往能帶來(lái)芯片電氣性能和穩(wěn)定性的提升，并能間接地為主頻的提升提供堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。

　　（ 7 ）多次測(cè)試

　　測(cè)試是一個(gè) CPU 制造的重要環(huán)節(jié)，也是一塊 CPU 出廠前必要的考驗(yàn)。這一步將測(cè)試晶圓的電氣性能，以檢查是否出了什么差錯(cuò)，以及這些差錯(cuò)出現(xiàn)在哪個(gè)步驟（如果可能的話）。接下來(lái)，晶圓上的每個(gè) CPU 核心都將被分開(kāi)測(cè)試。

　　由于 SRAM （靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器， CPU 中緩存的基本組成）結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密度高，所以緩存是 CPU 中容易出問(wèn)題的部分，對(duì)緩存的測(cè)試也是 CPU 測(cè)試中的重要部分。

　　每塊 CPU 將被進(jìn)行完全測(cè)試，以檢驗(yàn)其全部功能。某些 CPU 能夠在較高的頻率下運(yùn)行，所以被標(biāo)上了較高的頻率;而有些 CPU 因?yàn)榉N種原因運(yùn)行頻率較低，所以被標(biāo)上了較低的頻率。最后，個(gè)別 CPU 可能存在某些功能上的缺陷，如果問(wèn)題出在緩存上，制造商仍然可以屏蔽掉它的部分緩存，這意味著這塊 CPU 依然能夠出售，只是它可能是 Celeron 等低端產(chǎn)品。

　　當(dāng) CPU 被放進(jìn)包裝盒之前，一般還要進(jìn)行最后一次測(cè)試，以確保之前的工作準(zhǔn)確無(wú)誤。根據(jù)前面確定的最高運(yùn)行頻率和緩存的不同，它們被放進(jìn)不同的包裝，銷往世界各地。