网站开发 实训 报告,门户网站开发注意事项,seo网站编辑专业,想要接网站业务如何做来源#xff1a;电子产品世界CPU(Centralprocessingunit)是现代计算机的核心部件#xff0c;又称为“微处理器”。对于PC而言#xff0c;CPU的规格与频率常常被用来作为衡量一台电脑性能强弱重要指标。Intelx86架构已经经历了二十多个年头#xff0c;而x86架构的CPU对我们大… 来源电子产品世界CPU(Centralprocessingunit)是现代计算机的核心部件又称为“微处理器”。对于PC而言CPU的规格与频率常常被用来作为衡量一台电脑性能强弱重要指标。Intelx86架构已经经历了二十多个年头而x86架构的CPU对我们大多数人的工作、生活影响颇为深远。CPU 它是计算机的核心部件计算机进行信息处理可分为两个步骤将数据和程序(即指令序列)输入到计算机的存储器中。从第一条指令的地址起开始执行该程序得到所需结果结束运行。CPU的作用是协调并控制计算机的各个部件执行程序的指令序列使其有条不紊地进行。因此它必须具有以下基本功能a)取指令当程序已在存储器中时首先根据程序入口地址取出一条程序为此要发出指令地址及控制信号。b)分析指令即指令译码。是对当前取得的指令进行分析指出它要求什么操作并产生相应的操作控制命令。c)执行指令根据分析指令时产生的“操作命令”形成相应的操作控制信号序列通过运算器存储器及输入/输出设备的执行实现每条指令的功能其中包括对运算结果的处理以及下条指令地址的形成。将其功能进一步细化可概括如下能对指令进行译码并执行规定的动作可以进行算术和逻辑运算能与存储器外设交换数据提供整个系统所需要的控制尽管各种CPU的性能指标和结构细节各不相同但它们所能完成的基本功能相同。由功能分析可知任何一种CPU内部结构至少应包含下面这些部件算术逻辑运算部件(ALU)、累加器、程序计数器、指令寄存器、译码器、时序和控制部件。许多对电脑知识略知一二的朋友大多会知道CPU里面最重要的东西就是晶体管了提高CPU的速度最重要的一点说白了就是如何在相同的CPU面积里面放进去更加多的晶体管由于CPU实在太小太精密里面组成了数目相当多的晶体管所以人手是绝对不可能完成的只能够通过光刻工艺来进行加工的。这就是为什么一块CPU里面为什么可以数量如此之多的晶体管。晶体管其实就是一个双位的开关即开和关。如果您回忆起基本计算的时代那就是一台计算机需要进行工作的全部。两种选择开和关对于机器来说即0和1。那么您将如何制作一个CPU呢?在今天的文章中我们将一步一步的为您讲述中央处理器从一堆沙子到一个功能强大的集成电路芯片的全过程。制造CPU的基本原料如果问及CPU的原料是什么大家都会轻而易举的给出答案—是硅。这是不假但硅又来自哪里呢?其实就是那些最不起眼的沙子。难以想象吧价格昂贵结构复杂功能强大充满着神秘感的CPU竟然来自那根本一文不值的沙子。当然这中间必然要经历一个复杂的制造过程才行。不过不是随便抓一把沙子就可以做原料的一定要精挑细选从中提取出最最纯净的硅原料才行。试想一下如果用那最最廉价而又储量充足的原料做成CPU那么成品的质量会怎样你还能用上像现在这样高性能的处理器吗?英特尔技术人员在半导体生产工厂内使用自动化测量工具依据严格的质量标准对晶圆的制造进度进行监测。除去硅之外制造CPU还需要一种重要的材料就是金属。目前为止铝已经成为制作处理器内部配件的主要金属材料而铜则逐渐被淘汰这是有一些原因的在目前的CPU工作电压下铝的电迁移特性要明显好于铜。所谓电迁移问题就是指当大量电子流过一段导体时导体物质原子受电子撞击而离开原有位置留下空位空位过多则会导致导体连线断开而离开原位的原子停留在其它位置会造成其它地方的短路从而影响芯片的逻辑功能进而导致芯片无法使用。这就是许多Northwood PenTIum 4换上SNDS(北木暴毕综合症)的原因当发烧友们第一次给Northwood PenTIum 4超频就急于求成大幅提高芯片电压时严重的电迁移问题导致了CPU的瘫痪。这就是intel首次尝试铜互连技术的经历它显然需要一些改进。不过另一方面讲应用铜互连技术可以减小芯片面积同时由于铜导体的电阻更低其上电流通过的速度也更快。除了这两样主要的材料之外在芯片的设计过程中还需要一些种类的化学原料它们起着不同的作用这里不再赘述。CPU制造的准备阶段在必备原材料的采集工作完毕之后这些原材料中的一部分需要进行一些预处理工作。而作为最主要的原料硅的处理工作至关重要。首先硅原料要进行化学提纯这一步骤使其达到可供半导体工业使用的原料级别。而为了使这些硅原料能够满足集成电路制造的加工需要还必须将其整形这一步是通过溶化硅原料然后将液态硅注入大型高温石英容器而完成的。晶圆上的方块称为“芯片(die)”每个微处理器都会成为个人计算机系统的“大脑”。而后将原料进行高温溶化。中学化学课上我们学到过许多固体内部原子是晶体结构硅也是如此。为了达到高性能处理器的要求整块硅原料必须高度纯净及单晶硅。然后从高温容器中采用旋转拉伸的方式将硅原料取出此时一个圆柱体的硅锭就产生了。从目前所使用的工艺来看硅锭圆形横截面的直径为200毫米。不过现在intel和其它一些公司已经开始使用300毫米直径的硅锭了。在保留硅锭的各种特性不变的情况下增加横截面的面积是具有相当的难度的不过只要企业肯投入大批资金来研究还是可以实现的。intel为研制和生产300毫米硅锭而建立的工厂耗费了大约35亿美元新技术的成功使得intel可以制造复杂程度更高功能更强大的集成电路芯片。而200毫米硅锭的工厂也耗费了15亿美元。下面就从硅锭的切片开始介绍CPU的制造过程。清洁的空气源源不断地从天花板和地板中的空隙中流入室内。无尘车间中的全部空气每分钟都会多次更换。在制成硅锭并确保其是一个绝对的圆柱体之后下一个步骤就是将这个圆柱体硅锭切片切片越薄用料越省自然可以生产的处理器芯片就更多。切片还要镜面精加工的处理来确保表面绝对光滑之后检查是否有扭曲或其它问题。这一步的质量检验尤为重要它直接决定了成品CPU的质量。新的切片中要掺入一些物质而使之成为真正的半导体材料而后在其上刻划代表着各种逻辑功能的晶体管电路。掺入的物质原子进入硅原子之间的空隙彼此之间发生原子力的作用从而使得硅原料具有半导体的特性。今天的半导体制造多选择CMOS工艺(互补型金属氧化物半导体)。其中互补一词表示半导体中N型MOS管和P型MOS管之间的交互作用。而N和P在电子工艺中分别代表负极和正极。多数情况下切片被掺入化学物质而形成P型衬底在其上刻划的逻辑电路要遵循nMOS电路的特性来设计这种类型的晶体管空间利用率更高也更加节能。同时在多数情况下必须尽量限制pMOS型晶体管的出现因为在制造过程的后期需要将N型材料植入P型衬底当中而这一过程会导致pMOS管的形成。在掺入化学物质的工作完成之后标准的切片就完成了。然后将每一个切片放入高温炉中加热通过控制加温时间而使得切片表面生成一层二氧化硅膜。通过密切监测温度空气成分和加温时间该二氧化硅层的厚度是可以控制的。在intel的90纳米制造工艺中门氧化物的宽度小到了惊人的5个原子厚度。这一层门电路也是晶体管门电路的一部分晶体管门电路的作用是控制其间电子的流动通过对门电压的控制电子的流动被严格控制而不论输入输出端口电压的大小。准备工作的最后一道工序是在二氧化硅层上覆盖一个感光层。这一层物质用于同一层中的其它控制应用。这层物质在干燥时具有很好的感光效果而且在光刻蚀过程结束之后能够通过化学方法将其溶解并除去。● 光刻蚀这是目前的CPU制造过程当中工艺非常复杂的一个步骤为什么这么说呢?光刻蚀过程就是使用一定波长的光在感光层中刻出相应的刻痕 由此改变该处材料的化学特性。这项技术对于所用光的波长要求极为严格需要使用短波长的紫外线和大曲率的透镜。刻蚀过程还会受到晶圆上的污点的影响。每一步刻蚀都是一个复杂而精细的过程。设计每一步过程的所需要的数据量都可以用10GB的单位来计量而且制造每块处理器所需要的刻蚀步骤都超过20步(每一步进行一层刻蚀)。而且每一层刻蚀的图纸如果放大许多倍的话可以和整个纽约市外加郊区范围的地图相比甚至还要复杂试想一下把整个纽约地图缩小到实际面积大小只有100个平方毫米的芯片上那么这个芯片的结构有多么复杂可想而知了吧。当这些刻蚀工作全部完成之后晶圆被翻转过来。短波长光线透过石英模板上镂空的刻痕照射到晶圆的感光层上然后撤掉光线和模板。通过化学方法除去暴露在外边的感光层物质而二氧化硅马上在陋空位置的下方生成。英特尔技术人员在监测自动湿刻蚀工具中的晶圆该工艺可清除晶圆上多余的操作助剂或者污染物。● 掺杂在残留的感光层物质被去除之后剩下的就是充满的沟壑的二氧化硅层以及暴露出来的在该层下方的硅层。这一步之后另一个二氧化硅层制作完成。然后加入另一个带有感光层的多晶硅层。多晶硅是门电路的另一种类型。由于此处使用到了金属原料(因此称作金属氧化物半导体)多晶硅允许在晶体管队列端口电压起作用之前建立门电路。感光层同时还要被短波长光线透过掩模刻蚀。再经过一部刻蚀所需的全部门电路就已经基本成型了。然后要对暴露在外的硅层通过化学方式进行离子轰击此处的目的是生成N沟道或P沟道。这个掺杂过程创建了全部的晶体管及彼此间的电路连接没个晶体管都有输入端和输出端两端之间被称作端口。● 重复这一过程从这一步起你将持续添加层级加入一个二氧化硅层然后光刻一次。重复这些步骤然后就出现了一个多层立体架构这就是你目前使用的处理器的萌芽状态了。在每层之间采用金属涂膜的技术进行层间的导电连接。今天的P4处理器采用了7层金属连接而Athlon64使用了9层所使用的层数取决于最初的版图设计并不直接代表着最终产品的性能差异。● 封装测试过程接下来的几个星期就需要对晶圆进行一关接一关的测试包括检测晶圆的电学特性看是否有逻辑错误如果有是在哪一层出现的等等。而后晶圆上每一个出现问题的芯片单元将被单独测试来确定该芯片有否特殊加工需要。而后整片的晶圆被切割成一个个独立的处理器芯片单元。在最初测试中那些检测不合格的单元将被遗弃。这些被切割下来的芯片单元将被采用某种方式进行封装这样它就可以顺利的插入某种接口规格的主板了。大多数intel和AMD的处理器都会被覆盖一个散热层。在处理器成品完成之后还要进行全方位的芯片功能检测。这一部会产生不同等级的产品一些芯片的运行频率相对较高于是打上高频率产品的名称和编号而那些运行频率相对较低的芯片则加以改造打上其它的低频率型号。这就是不同市场定位的处理器。而还有一些处理器可能在芯片功能上有一些不足之处。比如它在缓存功能上有缺陷(这种缺陷足以导致绝大多数的CPU瘫痪)那么它们就会被屏蔽掉一些缓存容量降低了性能当然也就降低了产品的售价这就是Celeron和Sempron的由来。在CPU的包装过程完成之后许多产品还要再进行一次测试来确保先前的制作过程无一疏漏且产品完全遵照规格所述没有偏差。未来智能实验室是人工智能学家与科学院相关机构联合成立的人工智能互联网和脑科学交叉研究机构。未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市云脑研究计划构建互联网城市云脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。  如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”