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天將降大任于芯片也,必先……

發布時間:2018-05-25  瀏覽次數:569 次  來源:科毅科技股份有限公司

人肉計算機救不了三體世界
“陛下,我們把這臺計算機命名為‘秦一號’。請看,那里,中心部分,是CPU,是計算機的核心計算元件,由您最精銳的五個軍團構成……”
——出自《三體I》
在《三體I》中,劉慈欣設計了壹臺由3000萬人組成的計算機,用最精銳的5個團組成了CPU。但就算是用上了精銳的部隊,漫長的運算和頻繁的出錯還是導致這臺“人肉計算機”最終沒能解開三體世界的秘密。
大劉夸張的構想還是揭示了CPU芯片的兩個關鍵性能——速度與穩定性。在現實中,要在指甲蓋大小的CPU芯片中容納數以億計的晶體管元件,還要保證它不出問題,想想就是壹件很復雜的事情,而事實也確實如此。

世界上第一臺計算機eniac,跟秦1號有一拼

“天將降大任于斯人也,必先苦其心志,勞其筋骨,餓其體膚,空乏其身,行拂亂其所為,所以動心忍性,曾益其所不能!

嗯……這話放在芯片身上再合適不過了。
2
從原材料到成品
芯片要經歷哪些磨難?
1
準備工作
在微觀世界中,一;覊m簡直算是龐然大物了,所以芯片生產車間要絕對干凈。舉個栗子,美國的芯片公司GLOBAL FOUNDRIES的絕對無塵車間比手術室干凈100000倍,而且整個車間有兩個足球場那麼大。

Golbal Foundries 的絕對無塵車間
2
上刀山
生產芯片的原材石料是單晶硅,需要用石英砂通過復雜的化學反應制成純度99.999%的硅錠,然后我們的芯片就開始正式受苦了。

單晶硅硅錠
一開始就要“上刀山”,用刀具將硅錠切割成單晶硅的圓片——晶圓。25片晶圓被裝在一個密閉的箱體中,進入有數百道工序的生產線。

晶圓箱體進入生產線
3
曝曬
晶圓上數以億計的晶體管是怎么來的?先給晶圓涂上壹層叫做光刻膠的“防曬霜”。
然后,用紫外燈透過印有電路圖的蒙版,有的光能透過蒙版抵達晶圓表面,這部分的“防曬霜”就被溶解了。

電路的光刻
4
毀容
光刻膠被溶解的區域會漏出晶圓表面,然后就可以往晶圓的臉上潑硫酸,啊不,是用化學物質將暴露的晶圓腐蝕掉,而覆蓋有光刻膠的區域則不會被腐蝕。


電路蝕刻
蝕刻之后,晶圓表面就會呈現出復雜的“溝渠”。它們組成了所謂的晶體管,但這些晶體管還無法發揮作用。
5
改造
為了讓晶體管發揮自身的電特性,還需要對晶圓進行原子摻雜,因為純度過高的單晶硅是無法導電的!


原子摻雜
晶圓表示:“MMP!壹開始把老子提純了,現在又要摻雜!”

6
下火海
光是摻雜還不夠,因為這時候離子在晶格中是無序排列的,通過高溫讓這些摻雜的原子被激活,并將晶格中的硅原子踹下去,取而代之。

高溫激活

7
一盆冷水
經過上面這些殘酷的考驗,晶圓已經是身心俱疲了,生產線還要殘忍的澆壹盆冷水——經過之前的工序,晶圓的表面和溝道內已經積累了壹些小分子的殘渣,需要用水沖洗將它們去除。

雜質沖洗
8
鋼筋鐵骨
真正強大的芯片還要穿上“盔甲”,讓數億的晶體管元件彼此相連,將電信號輸送到每一個角落。經過物理氣相沈淀進行復銅后,晶圓的體內已經像金剛狼壹樣強大了(雖然流淌的是銅而不是艾德曼合金)。

物理氣相沈淀法復銅

去掉多余的銅,防止短路

復雜的芯片可不僅僅有壹層電路,10層、甚至20層的結構實現起來難度就更大了。

復雜的布線結構
獻祭與重生
到此,晶圓的使命已經完成,它的身上已經承載了許許多多的芯片。深明大義的晶圓選擇獻祭自己,將自己千刀萬剮,以芯片的姿態重生。

晶圓切割出芯片
這些芯片經過性能檢測、封裝后,最終變成了我們生活中所使用的各種芯片。

芯片封裝
3
看了這么多,心疼了嗎?
經過了這壹番折騰,小伙伴們有沒有心疼芯片壹分鐘呢?再看看自己的小豬佩奇手表,雖然結構簡單,但里面也是有芯片的!


從今以后也請好好愛護你們的小豬佩奇吧~

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