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[導(dǎo)讀]更先進(jìn)的制造工藝可以使CPU與GPU內(nèi)部集成更多的晶體管,使處理器具有更多的功能以及更高的性能;更先進(jìn)的制造工藝會(huì)減少處理器的散熱設(shè)計(jì)功耗(TDP)。

制造工藝指制造CPUGPU的制程,或指晶體管門(mén)電路的尺寸,單位為納米(nm)。主流的CPU制程已經(jīng)達(dá)到了7-14納米(AMD三代銳龍已全面采用7nm工藝,intel第9代全面采用14nm),更高的在研發(fā)制程甚至已經(jīng)達(dá)到了4nm或更高,已經(jīng)正式商用的高通855已采用7nm制程。

CPU與GPU制造工藝

更先進(jìn)的制造工藝可以使CPU與GPU內(nèi)部集成更多的晶體管,使處理器具有更多的功能以及更高的性能;更先進(jìn)的制造工藝會(huì)減少處理器的散熱設(shè)計(jì)功耗(TDP),從而解決處理器頻率提升的障礙;更先進(jìn)的制造工藝還可以使處理器的核心面積進(jìn)一步減小,也就是說(shuō)在相同面積的晶圓上可以制造出更多的CPU與GPU產(chǎn)品,直接降低了CPU與GPU的產(chǎn)品成本,從而最終會(huì)降低CPU與GPU的銷(xiāo)售價(jià)格使廣大消費(fèi)者得利.....處理器自身的發(fā)展歷史也充分的說(shuō)明了這一點(diǎn),先進(jìn)的制造工藝不僅讓CPU的性能和功能逐步提升,也使成本得到了有效的控制。

CPU制作工藝指的是在生產(chǎn)CPU過(guò)程中,要加工各種電路和電子元件,制造導(dǎo)線連接各個(gè)元器件等?,F(xiàn)在其生產(chǎn)的精度以納米(以前用微米)來(lái)表示,精度越高,生產(chǎn)工藝越先進(jìn)。在同樣的材料中可以容納更多的電子元件,連接線也越細(xì),有利于提高CPU的集成度。制造工藝的納米數(shù)是指IC內(nèi)電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢(shì)是向密集度愈高的方向發(fā)展,密度愈高的IC電路設(shè)計(jì),意味著在同樣大小面積的IC中,可以擁有密度更高、功能更復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。微電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步,主要是靠工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)。芯片制造工藝從1971年開(kāi)始,經(jīng)歷了10微米、6微米、3微米、1.5微米、1微米、800納米、600納米、350納米、250納米、180納米、130納米、90納米、65納米、45納米、32納米、22納米、14納米、10納米,一直發(fā)展到(2019年)最新的7納米,而5納米將是下一代CPU的發(fā)展目標(biāo)。

顯卡的制造工藝實(shí)際上就是指顯示核心的制程,它指的是晶體管門(mén)電路的尺寸,現(xiàn)階段主要以納米(nm)為單位。顯示芯片的制造工藝與CPU一樣,也是用微米來(lái)衡量其加工精度的。制造工藝的提高,意味著顯示芯片的體積將更小、集成度更高,可以容納更多的晶體管。和中央處理器一樣,顯示卡的核心芯片,也是在硅晶片上制成的。微電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步,主要是靠工藝技術(shù)的不斷改進(jìn),顯示芯片制造工藝在1995年以后,從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納米、80納米、65納米、55納米、40納米、28納米、16納米、12納米一直發(fā)展到現(xiàn)在的7納米制程。顯卡廠商AMD(超威半導(dǎo)體)已經(jīng)有三款7nnm工藝顯卡在售。

生產(chǎn)CPU與GPU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或GPU廠商正在增加300毫米晶圓的生產(chǎn)。

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CPUGPU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)處理器的內(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處理器成品就越多。

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)印制著處理器復(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)域不受到光的干擾,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。

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