处理器是如何生产出来的？

处理器在我们日常生活中使用的大多数电子设备中的重要性已广为人知——而且，尽管我们都听说过这件作品的名字，但通常我们对它的开发和使用知之甚少安装在设备上。

细想之下， 秀美科技 准备了这个解释处理器是如何生产的特别节目——从它们的功能到创建和制造过程进行解释。 查看：

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处理器的作用是什么？

客观回答， o 处理器是计算机的组件，它执行使设备工作的指令和任务. 它负责处理数据和执行软件指令，例如计算、存储和获取信息。

换句话说，处理器相当于计算机中的人脑，它会执行几个基本的运算功能，并允许多个活动同时发生。 该部分负责处理接收到的二进制格式 0 和 1 的数据，并根据存储在其内部存储器中的指令对其进行解释。

过去，处理器只有一个内核。 然而，今天，他们可以拥有多个核心，以更有效地同时处理多个传入。 例如，有处理器 双核 （2 芯）， 四核心 （4 核），甚至像 32 核处理器 AMD Ryzen Threadripper 3970X 在高性能计算机上。

因此，一台计算机可以同时执行多项任务，例如，您可以在一个程序中编辑文本、在另一个程序中听音乐以及浏览互联网。 这个概念也适用于现代视频游戏，它不仅处理游戏本身，还处理游戏机的菜单界面， 流 和其他资源。

硅的重要性

你肯定听说过 硅谷 并且您知道材料对于技术世界中的多个组件很重要，但是您是否停下来思考原因？ 硅被用作有机硅、玻璃、水泥、陶瓷的主要成分，其在多个领域大量使用的原因恰恰是其高可用性，因为它被认为是地球表面第二大发现元素，仅次于氧气。

在科技行业，硅之所以如此重要，与晶体管有关，晶体管具有放大电流或阻碍电流通过的功能，具体取决于其在电路中的配置。

我们现代技术的整个基础诞生于 1947 年 John Bardeen 和 Walter House Brittain 在 贝尔电话 反过来，该设备是使用硅制成的。

除了其特性和可用性之外，硅被认为是一种易于使用的元素，科学家们已经找到了将其生长成完美有序晶体的方法，生产出近乎完美的硅晶体，将其切成小刀片，称为 晶圆，是制造计算机芯片的基础。

处理器制造

如上所述， 晶圆 硅非常重要——它是创建任何处理器芯片的基本组件。 此外，在完全受控的地点生产非常重要，因为它需要由 99,9999% 的纯硅组成，需要昂贵而复杂的工艺来制造——每一个 晶圆 30 厘米的成本超过 20 美元，这样的公司 英特尔.

接下来，将展示单个晶体管的制造过程，因为不可能同时从教学上展示所有过程的构造。 然而，构建处理器的技术 酷睿2 涉及构建 291 亿个此类晶体管。

该过程的第一部分包括氧化上层 晶圆 (1)，将其转化为二氧化硅 (2)，由此，该表面将成为构建构成处理器的晶体管的基础。 接下来，将涂上一层感光材料 (3) 并进行光刻工艺，包括在表面的某些区域发射紫外线 - 由于设计不同，每个处理器的图案都不同得到。

在光刻中曝光后，部件将转变成凝胶状物质，通过化学浴将其去除，留下二氧化硅的曝光区域层和其他仍然被剩余光敏层覆盖的区域 (4)。 下一步是不同化合物的新化学浴，以去除二氧化硅未受保护的部分，只留下顶部经过光刻的层 (5)，最后，剩余的光敏部分被去除，只剩下结构设计中所需的二氧化硅层。

至此，晶体管层已经制作完成。 然而，通常晶体管根据其复杂性有多个层，因此开始构建其第二层 (7)，再次被二氧化硅覆盖并保持之前在下面进行的设计。 对8、9、10和11中文本中的图像的处理重复前面的过程，施加感光层并通过化学浴去除，留下必要的二氧化硅。

在这个过程的中间，有一个引入杂质（12）的步骤，这些杂质是离子。 这将是必要的 晶圆 硅变成导电材料，这些离子将仅粘附在先前工艺中暴露于二氧化硅层的层中。 下一步是使用图像 13、14、15 和 16 中相同的先前概念应用第三层。

最后，这个过程在你的第三层之后几乎完成了一个精心设计的结构。 然后，采用先进技术应用一层厚度仅为 3 个原子的薄金属层 (17)，最后，再次进行光刻工艺以在工艺结束时去除不需要的部分 (18)。

所有这些复杂的过程都是针对将构成我们处理器内部结构的数千个晶体管同时执行的，在实际生产中，使用的掩模包含处理器的所有组件及其层结构，并且在最后任务，处理器将完成其所有的复杂性。

小型化

得益于纳米技术，技术行业已设法在不增加物理尺寸的情况下增加处理器的容量。 纳米技术是科学的一个分支，专注于纳米尺寸的物品。 一纳米等于一毫米的百万分之一，而一 微米 等于千分之一毫米。

借助纳米技术，芯片上的晶体管可以做得越来越小。 例如，处理器 英特尔486 它有大约 1 万个大小约为 1 微米的晶体管。 最新的处理器，例如 英特尔酷睿2，拥有大约 291 亿个晶体管，采用 0,045 微米（45 纳米）的制造技术。

技术行业将面临物理极限，不可能进一步减少已经由几个原子形成的晶体管。 然而，已经有研究正在进行以找到解决这个问题的方法。 其中之一是量子计算，它不仅克服了经典处理器的物理限制，而且还可以彻底改变整个计算。

模型的封装和定义

一旦处理器的光刻工艺和构造完成，每个部件都将使用电探针进行测试，从而为每个内核通电。 欧 晶圆 然后它将在一个称为“切块” 以对带有标签和不同型号和系列的每个处理器进行封装​​。

好奇的是，一般来说，制造商喜欢 AMD e 英特尔 为每个处理器维护一条生产线，并将它们之间的差异作为 核心二重奏 2.4 GHz 和 核心二重奏 2.96 GHz 是由于生产线上可能发生的变化。 然后，执行识别这些差异的过程，以使每个处理器适应具有其自身规范的标识。

这样，处理器终于完成了。 你觉得这个过程有趣吗？ 在评论中告诉我们！

文字校对： 达西奥卡斯特洛布兰科

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来源： 硬件, 半导体：基础知识、技术和应用 e 计算机组织与设计：硬件/软件接口.