談談CPU是如何制作成的

如果按價格/重量來計算，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法計數(shù)的元素了（如果我高中的化學知識沒有記錯 

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

科學。是科學才有這點石成金的法力。 

一、CPU的設計 

1.CPU的結構設計 

在英文中，CPU的設計稱之為Architecture Design。意思是結構設計。所謂結構設計就 

是構造我們平常談論的超標量(SuperScalar)，流水線(Pipeline)，分支預測(BranchPre 

diction)這一類的東西。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(AND Gate)，或門(OR Gate)，非門NOT Gate)等等由這些基本的邏輯電路 

再進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。有了這些一個個具有一定功能的模塊后，就可以考慮CPU的結構問題了。 

比如CPU內采用幾條BUS，多少個寄存器，多少CACHE，幾級的流水線，同時并發(fā)多少指令 

怎樣進行分支預測、指令預取Prefetch)和推測執(zhí)行(Speculative Excution)。現(xiàn)在的CP 

U的晶體管數(shù)已經突破了1000萬，其設計都是在專用的計算機輔助設計軟件下進行的。 

2.印刷電路掩模的制造（Mask Preparation）當設計工作結束后，緊接著就是進行印刷電路掩模(Glass Photo Mask)的制造。 

由于現(xiàn)在的CPU都采用了多層電路設計(一般為4－6層)，所以對于每一層都要獨立的 

制造其掩模。每一層掩模實際就是這一層電路設計圖的縮微電負片為了進行大批量的生 

產實際的一片掩模都含有上百個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)。當這樣的掩模制作好后，就可以開始批量生產 

二、CPU的生產 

1.硅的提純。 

通常制造CPU的硅從石英巖中提煉。經過數(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)必須在超凈室內進行。所謂超凈就是要比手術室還要干凈 

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

使一個小小的灰塵也可能造成整個芯片制造的失敗。晶片經過刨光除屑等表面處理后， 

將被放到一種專用的設備中(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行電路刻蝕的基底。 

3.電路印刷 

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

涂有這種感光保護的晶片在掩模的覆蓋下進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)生光化學反應。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，晶片表面用化學溶劑進行沖洗。沒有感光的部分將被沖洗掉(Etching)，從 

而形成一些微小的細槽，這些細槽就是我們設計的電路圖。 

4.CPU晶片的產生(Die) 

到第三步工作結束后，一層電路的印制就算完成。之后重復進行“鍍膜”，涂感光劑， 

紫外線照射，化學  劑蝕刻的步驟。有幾層電路就要重復幾次?當電路印制完成后，晶片 

上就是一個一個的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。晶片上的一個個小CPU雛形被激光刀切割了下來 

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

平也就是5，6個毫米見方到17個毫米見方。比如300MHz的PentiumII面積為203平方毫米 

5.CPU封裝 

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

屬