談?wù)凜PU是如何制作成的

如果按價(jià)格/重量來(lái)計(jì)算，CPU要比黃金還貴得多。幾乎所有的人都知道CPU主要是以硅為 

為原料制成的。而硅是地球上多得無(wú)法計(jì)數(shù)的元素了（如果我高中的化學(xué)知識(shí)沒(méi)有記錯(cuò) 

硅應(yīng)該是排名第二的）是什么魔力使這種最不值錢(qián)的東西變成炙手可熱的寶物的呢？是 

科學(xué)。是科學(xué)才有這點(diǎn)石成金的法力。 

一、CPU的設(shè)計(jì) 

1.CPU的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 

在英文中，CPU的設(shè)計(jì)稱之為Architecture Design。意思是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所謂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就 

是構(gòu)造我們平常談?wù)摰某瑯?biāo)量(SuperScalar)，流水線(Pipeline)，分支預(yù)測(cè)(BranchPre 

diction)這一類(lèi)的東西。CPU最底層是晶體管(Transistor)，由晶體管再組成最基本的邏 

輯電路——與門(mén)(AND Gate)，或門(mén)(OR Gate)，非門(mén)NOT Gate)等等由這些基本的邏輯電路 

再進(jìn)一步組成基本的功能體，如寄存器(Register)，正反觸發(fā)器(Flip－Flop)解碼器 

Decoder)等等。有了這些一個(gè)個(gè)具有一定功能的模塊后，就可以考慮CPU的結(jié)構(gòu)問(wèn)題了。 

比如CPU內(nèi)采用幾條BUS，多少個(gè)寄存器，多少CACHE，幾級(jí)的流水線，同時(shí)并發(fā)多少指令 

怎樣進(jìn)行分支預(yù)測(cè)、指令預(yù)取Prefetch)和推測(cè)執(zhí)行(Speculative Excution)?，F(xiàn)在的CP 

U的晶體管數(shù)已經(jīng)突破了1000萬(wàn)，其設(shè)計(jì)都是在專用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件下進(jìn)行的。 

2.印刷電路掩模的制造（Mask Preparation）當(dāng)設(shè)計(jì)工作結(jié)束后，緊接著就是進(jìn)行印刷電路掩模(Glass Photo Mask)的制造。 

由于現(xiàn)在的CPU都采用了多層電路設(shè)計(jì)(一般為4－6層)，所以對(duì)于每一層都要獨(dú)立的 

制造其掩模。每一層掩模實(shí)際就是這一層電路設(shè)計(jì)圖的縮微電負(fù)片為了進(jìn)行大批量的生 

產(chǎn)實(shí)際的一片掩模都含有上百個(gè)完全相同的縮微電路圖(這就象印郵票一樣，一版印下去就 

是幾十張)。當(dāng)這樣的掩模制作好后，就可以開(kāi)始批量生產(chǎn) 

二、CPU的生產(chǎn) 

1.硅的提純。 

通常制造CPU的硅從石英巖中提煉。經(jīng)過(guò)數(shù)次的提純和其它工藝處理，得到了純凈的 

硅晶體(PureSilicon Crystal)。這些純凈硅被熔解加工成柱狀(Cylinder)，稱為硅錠 

2.晶片的制造(Wafer)提純得到的硅錠下一步將要被切割成為4/1000英寸的薄片(約0.1毫米)，稱為晶片(Wafer) 

這一步工作以及以后的工作)必須在超凈室內(nèi)進(jìn)行。所謂超凈就是要比手術(shù)室還要干凈 

1000倍。工作人員都穿著叫做兔寶寶(Bunny Suit)”的專用服裝。之所以這樣是因?yàn)榧?nbsp;

使一個(gè)小小的灰塵也可能造成整個(gè)芯片制造的失敗。晶片經(jīng)過(guò)刨光除屑等表面處理后， 

將被放到一種專用的設(shè)備中(Diffusion Oven)，在這里晶片的表面將要被“鍍”上一層 

絕緣薄膜。這層薄膜就是隨后進(jìn)行電路刻蝕的基底。 

3.電路印刷 

當(dāng)?shù)诙焦ぷ鹘Y(jié)束后，晶片表面要被涂上一層明膠一樣的感光乳劑，稱為感光保護(hù)膜。 

涂有這種感光保護(hù)的晶片在掩模的覆蓋下進(jìn)行紫外線照射由于掩模的作用，使晶片表面的 

感光涂層部分感光而發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。感光的部分變硬，不感光的部分仍然維持原樣。感 

光完成之后，晶片表面用化學(xué)溶劑進(jìn)行沖洗。沒(méi)有感光的部分將被沖洗掉(Etching)，從 

而形成一些微小的細(xì)槽，這些細(xì)槽就是我們?cè)O(shè)計(jì)的電路圖。 

4.CPU晶片的產(chǎn)生(Die) 

到第三步工作結(jié)束后，一層電路的印制就算完成。之后重復(fù)進(jìn)行“鍍膜”，涂感光劑， 

紫外線照射，化學(xué)  劑蝕刻的步驟。有幾層電路就要重復(fù)幾次?當(dāng)電路印制完成后，晶片 

上就是一個(gè)一個(gè)的CPU雛形了(就象一張印張上的整齊排列著的郵票一樣)。 

下一步的工作可想而知，一定是切割了。晶片上的一個(gè)個(gè)小CPU雛形被激光刀切割了下來(lái) 

這樣的一個(gè)個(gè)小CPU雛形叫做模(Die)。你知道一個(gè)Die有多大嗎？只有30平方毫米到300 

平也就是5，6個(gè)毫米見(jiàn)方到17個(gè)毫米見(jiàn)方。比如300MHz的PentiumII面積為203平方毫米 

5.CPU封裝 

到第四步結(jié)束后，離CPU誕生就只差一步了——封裝。封裝就是在Die上聯(lián)結(jié)引出一些金 

屬