制造工艺

制造CPU或GPU的制程

制造工艺指制造CPU或GPU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。

分类

CPU

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。

2017年1月3日，美国高通公司在CES2017正式推出其最新的顶级移动平台——集成X16 LTE的Qualcomm骁龙835处理器。骁龙835处理器是首款采用10纳米FinFET工艺节点实现商用制造的移动平台。

GPU

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。

详解

硅提纯

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。

切割晶圆

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CPU与GPU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。

影印

（Photolithography）

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。

蚀刻

(Etching)

这是CPU与GPU生产过程中重要操作，也是处理器工业中的重头技术。蚀刻技术把对光的应用推向了极限。蚀刻使用的是波长很短的紫外光并配合很大的镜头。短波长的光将透过这些石英遮罩的孔照在光敏抗蚀膜上，使之曝光。接下来停止光照并移除遮罩，使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗蚀膜，以及下面紧贴着抗蚀膜的一层硅。

然后，曝光的硅将被原子轰击，使得暴露的硅基片局部掺杂，从而改变这些区域的导电状态，以制造出N井或P井，结合上面制造的基片，处理器的门电路就完成了。

重复分层

为加工新的一层电路，再次生长硅氧化物，然后沉积一层多晶硅，涂敷光阻物质，重复影印、蚀刻过程，得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。重复多遍，形成一个3D的结构，这才是最终的CPU与GPU的核心。每几层中间都要填上金属作为导体。

封装

这时的CPU或GPU是一块块晶圆，它还不能直接被用户使用，必须将它封入一个陶瓷的或塑料的封壳中，这样它就可以很容易地装在一块电路板上了。封装结构各有不同，但越高级的处理器封装也越复杂，新的封装往往能带来芯片电气性能和稳定性的提升，并能间接地为主频的提升提供坚实可靠的基础。

多次测试

测试是一个处理器制造的重要环节，也是一块处理器出厂前必要的考验。这一步将测试晶圆的电气性能，以检查是否出了什么差错，以及这些差错出现哪个步骤（如果可能的话）。

当CPU或GPU被放进包装盒之前，一般还要进行最后一次测试，以确保之前的工作准确无误。根据前面测试而确定的处理器的体质不同，它们被放进不同的包装，销往世界各地。

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