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芯片里面几千万的晶体管是怎么弄上去的?

1. 当前CPU上的晶体管已经远远不是千万级别的概念,而是数个billion。

2. 目前最先进的制程工艺是Intel 刚刚公布的14nm工艺,Fin Pitch小于 50nm,可以说是技术上的一个飞跃了。关于所谓的14nm,实际只能初略的反映工艺的一个技术节点,真正的沟道长度要比14nm要长一些。

3. 关于14nm之后的技术,目前理论预测的极限大概在3nm左右。出去开会的时候和一些工业界的大牛们有过一些学习,据说目前11nm已经完成了大规模生产最初阶段的论证,而7nm也基本完成了实验室阶段的研发。感觉5nm,甚至是3nm只是时间上的问题。

4. 关于CPU的生产流程,实际只包含Intel的工艺是不完整的。目前技术上有两大阵营,一者是Intel为首的Bulk Si FinFET 技术,一者是IBM为首的 SOI Si 技术,两者技术各有利弊。

5. 关于那么多晶体管是怎么弄上去的,实际最本质的还是光刻技术 Photolithography,随着特征尺寸的缩小,光刻的重要性已经上升到无法上升的地步了,以至于出现了EUV Extreme ultraviolet lithography 和Multiple patterning  Multiple patterning 等诸多逆天的技术,光这些技术都可以说上很多文字了。

5. 半导体产业毋庸置疑是近百年最为激动人心的领域,正是这无数的晶体管一代又一代的更新变革才有了近些年几乎爆炸式的IT 技术进步。

6. 之前很难想象那几十亿个晶体管能几乎完全一致并且整齐划一的工作而不出现任何错误,这本身就是一件非常amazing的事情,其实在那小小的CPU背后包含了无数人几十年的心血(Intel在美国的技术研发部门有一万多人,其中有8000多PhD,可想而知其中投入的人力物力之大),于是这个问题就不难理解了。

之前因为科研需求,拆过一个AMD的CPU,放在个人主页上,有兴趣可以去看看。>>Deep into CPU

鉴于很多朋友表示国内看不到图片,于是放两张照片和大家分享。

这是一个Top-down View 的SEM照片,可以非常清晰的看见CPU内部的层状结构,越往下线宽越窄,越靠近器件层。 

 

这是某一层互联的SEM结构,可以看到清晰的排线,跨接等结构,如果仔细看,还可以发现下层的互联线金属层。 

这是CPU的截面视图,可以清晰的看到层状的CPU结构,由上到下有大约10层,其中最下层为器件层,即是MOSFET晶体管。 

拆解的CPU是AMD的产品,AMD作为IBM阵营的公司,同Intel不同,其采用的是SOI 衬底技术。  

来源:知乎 www.zhihu.com  作者:吴恒

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