电脑cpu工艺流程 | cpu制作工艺流程

电脑cpu工艺流程 | cpu制作工艺流程

cpu制作工艺流程

1.主频

主频,也就是cpu的时钟频率,简单地说也就是cpu的工作频率,例如我们常说的p4(奔四)1.8ghz,这个1.8ghz(1800mhz)就是cpu的主频。一般说来,一个时钟周期完成的指令数是固定的,所以主频越高,cpu的速度也就越快。主频=外频x倍频。

此外,需要说明的是amd的athlonxp系列处理器其主频为pr(performancerating)值标称,例如athlonxp1700+和1800+。举例来说,实际运行频率为1.53ghz的athlonxp标称为1800+,而且在系统开机的自检画面、windows系统的系统属性以及wcpuid等检测软件中也都是这样显示的。

2.外频

外频即cpu的外部时钟频率,主板及cpu标准外频主要有66mhz、100mhz、133mhz几种。此外主板可调的外频越多、越高越好,特别是对于超频者比较有用。

3.倍频

倍频则是指cpu外频与主频相差的倍数。例如athlonxp2000+的cpu,其外频为133mhz,所以其倍频为12.5倍。

4.接口

接口指cpu和主板连接的接口。主要有两类,一类是卡式接口,称为slot,卡式接口的cpu像我们经常用的各种扩展卡,例如显卡、声卡等一样是竖立插到主板上的,当然主板上必须有对应slot插槽,这种接口的cpu目前已被淘汰。另一类是主流的针脚式接口,称为socket,socket接口的cpu有数百个针脚,因为针脚数目不同而称为socket370、socket478、socket462、socket423等。

5.缓存

缓存就是指可以进行高速数据交换的存储器,它先于内存与cpu交换数据,因此速度极快,所以又被称为高速缓存。与处理器相关的缓存一般分为两种——l1缓存,也称内部缓存;和l2缓存,也称外部缓存。例如pentium4“willamette”内核产品采用了423的针脚架构,具备400mhz的前端总线,拥有256kb全速二级缓存,8kb一级追踪缓存,sse2指令集。

内部缓存(l1cache)

也就是我们经常说的一级高速缓存。在cpu里面内置了高速缓存可以提高cpu的运行效率,内置的l1高速缓存的容量和结构对cpu的性能影响较大,l1缓存越大,cpu工作时与存取速度较慢的l2缓存和内存间交换数据的次数越少,相对电脑的运算速度可以提高。不过高速缓冲存储器均由静态ram组成,结构较复杂,在cpu管芯面积不能太大的情况下,l1级高速缓存的容量不可能做得太大,l1缓存的容量单位一般为kb。

外部缓存(l2cache)

cpu外部的高速缓存,外部缓存成本昂贵,所以pentium4willamette核心为外部缓存256k,但同样核心的赛扬4代只有128k。

6.多媒体指令集

为了提高计算机在多媒体、3d图形方面的应用能力,许多处理器指令集应运而生,其中最著名的三种便是intel的mmx、sse/sse2和amd的3dnow!指令集。理论上这些指令对目前流行的图像处理、浮点运算、3d运算、视频处理、音频处理等诸多多媒体应用起到全面强化的作用。

7.制造工艺

早期的处理器都是使用0.5微米工艺制造出来的,随着cpu频率的增加,原有的工艺已无法满足产品的要求,这样便出现了0.35微米以及0.25微米工艺。制作工艺越精细意味着单位体积内集成的电子元件越多,而现在,采用0.18微米和0.13微米制造的处理器产品是市场上的主流,例如northwood核心p4采用了0.13微米生产工艺。而在2003年,intel和amd的cpu的制造工艺会达到0.09毫米。

8.电压(vcore)

cpu的工作电压指的也就是cpu正常工作所需的电压,与制作工艺及集成的晶体管数相关。正常工作的电压越低,功耗越低,发热减少。cpu的发展方向,也是在保证性能的基础上,不断降低正常工作所需要的电压。例如老核心athlonxp的工作电压为1.75v,而新核心的athlonxp其电压为1.65v。

9.封装形式

所谓cpu封装是cpu生产过程中的最后一道工序,封装是采用特定的材料将cpu芯片或cpu模块固化在其中以防损坏的保护措施,一般必须在封装后cpu才能交付用户使用。cpu的封装方式取决于cpu安装形式和器件集成设计,从大的分类来看通常采用socket插座进行安装的cpu使用pga(栅格阵列)方式封装,而采用slotx槽安装的cpu则全部采用sec(单边接插盒)的形式封装。现在还有plga(plasticlandgridarray)、olga(organiclandgridarray)等封装技术。由于市场竞争日益激烈,目前cpu封装技术的发展方向以节约成本为主。

10.整数单元和浮点单元

alu—运算逻辑单元,这就是我们所说的“整数”单元。数学运算如加减乘除以及逻辑运算如“or、and、asl、rol”等指令都在逻辑运算单元中执行。在多数的软件程序中,这些运算占了程序代码的绝大多数。

而浮点运算单元fpu(floatingpointunit)主要负责浮点运算和高精度整数运算。有些fpu还具有向量运算的功能,另外一些则有专门的向量处理单元。

整数处理能力是cpu运算速度最重要的体现,但浮点运算能力是关系到cpu的多媒体、3d图形处理的一个重要指标,所以对于现代cpu而言浮点单元运算能力的强弱更能显示cpu的性能。


cpu制作工艺流程详解

实施例1

将30wt%褐煤粉、65wt%1-甲基萘和0.05wt%碘化锌催化剂充分搅拌混合成煤浆,煤浆热溶催化反应生成热溶液化产物,加氢温度为420℃、压力为6MPa、氢油体积比为500、空速1h-1,将得到的热溶液化产物经减压蒸馏分离得到沸点450~500℃之间的褐煤热溶催化重质组分;

取沸点为450~500℃之间的褐煤热溶催化工艺的重质产物1吨加入供氢溶剂四氢化萘1吨溶解,溶解物输送入加氢塔中,控制反应温度为370℃,反应压力为5MPa,反应时间为1小时,得到氢化沥青混合物。然后将氢化沥青混合物输送入闪蒸塔内,控制闪蒸温度为320℃,塔顶压力为10KPa,空塔流速为2m/s,取塔底物料即为氢化沥青。然后将氢化沥青输送入热处理器中,控制温度为400℃,处理时间为1.5小时,期间持续以50L/min/kg的流量输入氢气为氢化沥青提供氢气氛围,制得各向异性沥青。然后将各向异性沥青投入焦化塔内,控制塔内温度为470℃,塔顶压力为0.5MPa,反应30小时后得到生焦,取生焦置于煅烧炉中,以75℃/h的升温速度由室温升至1250℃,然后维持温度为1250℃下继续煅烧12小时,即得针状焦产品。

实施例2

将45wt%褐煤粉、58.3wt%1-甲基萘和1wt%碘化锌催化剂充分搅拌混合成煤浆,煤浆热溶催化反应生成热溶液化产物,加氢温度为500℃、压力为10MPa、氢油体积比为450、空速0.5h-1,将得到的热溶液化产物经减压蒸馏分离得到沸点480~510℃之间的褐煤热溶催化重质组分;

取沸点为480~510℃之间的褐煤热溶催化工艺的重质产物2吨和供氢溶剂热溶催化轻油16吨溶解,溶解物输送入加氢塔中,控制反应温度为360℃,反应压力为9MPa,反应时间为2小时,得到氢化沥青混合物。然后将氢化沥青混合物输送入闪蒸塔内,控制闪蒸温度为330℃,塔顶压力为20KPa,空塔流速为1m/s,取塔底物料即为氢化沥青。然后将氢化沥青输送入热处理器中,控制温度为440℃,处理时间为0.5小时,期间持续以150L/min/kg的流量输入氢气为氢化沥青提供氢气氛围,制得各向异性沥青。然后将各向异性沥青投入焦化塔内,控制塔内温度为500℃,塔顶压力为0.6MPa,反应18小时后得到生焦,取生焦置于煅烧炉中,以100℃/h的升温速度由室温升至1350℃,然后维持温度为1350℃下继续煅烧8小时,即得针状焦产品。

实施例3

将50wt%褐煤粉、55wt%1-甲基萘和5wt%碘化锌催化剂充分搅拌混合成煤浆,煤浆热溶催化反应生成热溶液化产物,加氢温度为450℃、压力为13MPa、氢油体积比为600、空速0.2h-1,将得到的热溶液化产物经减压蒸馏分离得到沸点450~480℃之间的褐煤热溶催化重质组分;

取沸点为450~480℃之间的褐煤热溶催化工艺的重质产物1.5吨加入供氢溶剂热溶催化中油11吨溶解,溶解物输送入加氢塔中,控制反应温度为450℃,反应压力为1MPa,反应时间为0.5小时,得到氢化沥青混合物。然后将氢化沥青混合物输送入闪蒸塔内,控制闪蒸温度为400℃,塔顶压力为80KPa,空塔流速为0.5m/s,取塔底物料即为氢化沥青。然后将氢化沥青输送入热处理器中,控制温度为500℃,处理时间为1小时,期间持续以100L/min/kg的流量输入氢气为氢化沥青提供氢气氛围,制得各向异性沥青。然后将各向异性沥青投入焦化塔内,控制塔内温度为550℃,塔顶压力为1.5MPa,反应5小时后得到生焦,取生焦置于煅烧炉中,以50℃/h的升温速度由室温升至1400℃,然后维持温度为1400℃下继续煅烧2小时,即得针状焦产品


cpu如何制作过程

如果想要制作一个CPU,首先得明白下计算机的组成结构(或者计算机的替代品,因为并不是只有计算机有CPU,现在的电子产品都很先进,很多设备例如手机、洗衣机甚至电 视和你家的汽车上面都得装一个CPU),数字电路基础,还最好有点编程的基础(当然,没有也没关系,这些知识都很容易获得,各种书上面都会提到,并且在接下来的过程中我会提到这些知识)

我们要实现的是一个RISC指令集的CPU,并且我们最后要自己为这个CPU设计指令并且编码。


CPU制作流程

1、首先是了解CPU的接口,用软件查看CPU的情况,主要看接口和功耗。替换的CPU必须符合功耗和接口相符。第二是看CPU的芯片组,一定要主板支持才能正常使用。

2、第二步是拆机,整个拆机过程如果自己不熟悉建议不要自己拆。可以叫别人帮忙。如果要自己拆可以参考拆机教程。首先是拆背面的螺丝,把光驱和内存硬盘都可以拆下来。然后再拆下键盘就可以把正面螺丝拆卸。(有的要拆显示器,有的不必)把主板拆卸下来就是更换CPU的过程了。

3、把散热器拆下来,把散热器上的硅胶擦干净。顺便把散热器风扇清理干净这也算顺便清理灰尘了(所以可以送到修理店清理灰尘时顺便更换CPU)。

4、将CPU的锁扣拧到打开的位置,将CPU取下。将新的CPU平整的放上去,然后拧上锁扣。

5、将硅胶均匀涂抹在CPU上,另外均匀涂抹在电脑的显卡芯片上。将散热器按上去(先别拧螺丝,让硅胶充分接触一下。

6、将散热器螺丝拧好,然后看每个螺丝,将散热器装牢固。

7、最后就是将整个电脑复原的操作。运行电脑,更新驱动。如果电脑正常运行,这样就可以。个人建议没有自己拆机过程的,去维修店说清理灰尘顺便更换CPU。


cpu怎么制作过程

1、CPU制程技术最小能做到0.11纳米。

2、芯片制程越小,单位体积的集成度越高,就意味着处理效率和发热量越小。

3、制程工艺的提升,决定3D晶体管横面积大小。在不破坏硅原子本身的前提下,芯片制造目

前是有理论极限的,在0.5nm左右,因为本身硅原子之间也要保持一定的距离。

4、制程工艺 就是通常我们所说的CPU的“制作工艺”,是指在生产CPU过程中,集成电路的精细度,也就是说精度越高,生产工艺越先进。在同样的材料中可以制造更多的电子元件,连接线也越细,精细度就越高,CPU的功耗也就越小。


电脑cpu制作工艺

CPU是整个微机系统的核心,它往往是各种档次微机的代名词,CPU的性能大致上反映出微机的性能,因此,它的性能指标十分重要。CPU主要的性能指标有:

1、主频:也叫时钟频率,单位是MHz(每秒百万次),用来表示CPU的运算速度。

对于相同的系统而言,主频越高,表明CPU的运算速度越快,从i 80486DX2开始,主频=外频*倍频系数 2、倍频系数:指CPU主频和外频之间的相对比例关系,例如当外频100MHz时,如果用5倍频来运行,CPU的速度(主频)便函是100*5=500MHz,现在Intel公司生产的CPU基本上全部采用了倍频系数不能改变的锁频技术,因此,电脑民烧友对CPU超频只好采用提高外频的方法进行。

3、L1 Cache:集成在CPU内部的一级高速缓存,容量有32KB、64KB、128KB等。

Cache译为“缓存”,这是一种速度比内存更快的保存设备,它的功能是用来减少CPU因等待慢速设备(如内存)所导致的延迟,进而改善系统的性能。

目前电脑内部有3种Cache,按照距离CPU核心的层数来分,有L1、L2、L3种类。

4、生产工艺技术;指在半导体硅材料上生产CPU时内部各元件间的连接线宽度,一般用微米表示,微米数值越小,生产工艺越先进。CPU内部功耗和发热量就越小。

5、CPU内核和I/O工作电压:CPU的工作电压分内核电压和I/O电压两种。

其中内核电压根据CPU生产工艺而定,一般微米越小内核工作电压越低,I/O电压一般都在3V左右,具体数值根据各厂家具体的CPU型号而定。

6、接口标准:指CPU安装在电脑主板上时使用的插座类型。

7、超频能力:超频就是在实际使用时让CPU工作在高于标准称时钟频率上。一般情况下,CPU都能在正常工作电压下跳高一档主频运行。 8、内存总线速度:指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度。

9、扩展总线速度:指安装在微机系统上的局部总(如PCI总线)接口卡的工作速度。

10、工作电压:指CPU正常工作所需的电压。

早期CPU的工作电压一般为5V,随着CPU主频的提高,CPU工作电压有逐步下降的趋势,以解决发热过高的问题。 11、地址总线宽度:它决定了CPU可以访问的物理地址空间,对于486以上的计算机系统,一址线的宽度为32位,可以直接访问4GB的物理空间。 12、超标量:指一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。


cpu制作方法

第一阶段

第1阶段(1971——1973年)是4位和8位低档微处理器时代,通常称为第1代,其典型产品是Intel4004和Intel8008微处理器和分别由它们组成的MCS-4和MCS-8微机。基本特点是采用PMOS工艺,集成度低(4000个晶体管/片),系统结构和指令系统都比较简单,主要采用机器语言或简单的汇编语言,指令数目较少(20多条指令),基本指令周期为20~50μs,用于简单的控制场合。

Intel在1969年为日本计算机制造商Busicom的一项专案,着手开发第一款微处理器,为一系列可程式化计算机研发多款晶片。最终,英特尔在1971年11月15日向全球市场推出4004微处理器,当年Intel 4004处理器每颗售价为200美元。4004 是英特尔第一款微处理器,为日后开发系统智能功能以及个人电脑奠定发展基础,其晶体管数目约为2300颗。

第二阶段

第2阶段(1974——1977年)是8位中高档微处理器时代,通常称为第2代,其典型产品是Intel8080/8085、Motorola公司、Zilog公司的Z80等。它们的特点是采用NMOS工艺,集成度提高约4倍,运算速度提高约10~15倍(基本指令执行时间1~2μs)。指令系统比较完善,具有典型的计算机体系结构和中断、DMA等控制功能。软件方面除了汇编语言外,还有BASIC、FORTRAN等高级语言和相应的解释程序和编译程序,在后期还出现了操作系统。

1974年,Intel推出8080处理器,并作为Altair个人电脑的运算核心,Altair在《星舰奇航》电视影集中是企业号太空船的目的地。电脑迷当时可用395美元买到一组Altair的套件。它在数个月内卖出数万套,成为史上第一款下订单后制造的机种。Intel 8080晶体管数目约为6千颗。

第三阶段

第3阶段(1978——1984年)是16位微处理器时代,通常称为第3代,其典型产品是Intel公司的8086/8088,Motorola公司的M68000,Zilog公司的Z8000等微处理器。其特点是采用HMOS工艺,集成度(20000~70000晶体管/片)和运算速度(基本指令执行时间是0.5μs)都比第2代提高了一个数量级。指令系统更加丰富、完善,采用多级中断、多种寻址方式、段式存储机构、硬件乘除部件,并配置了软件系统。这一时期著名微机产品有IBM公司的个人计算机。1981年IBM公司推出的个人计算机采用8088CPU。紧接着1982年又推出了扩展型的个人计算机IBM PC/XT,它对内存进行了扩充,并增加了一个硬磁盘驱动器。

80286(也被称为286)是英特尔首款能执行所有旧款处理器专属软件的处理器,这种软件相容性之后成为英特尔全系列微处理器的注册商标,在6年的销售期中,估计全球各地共安装了1500万部286个人电脑。Intel 80286处理器晶体管数目为13万4千颗。1984年,IBM公司推出了以80286处理器为核心组成的16位增强型个人计算机IBM PC/AT。由于IBM公司在发展个人计算机时采用 了技术开放的策略,使个人计算机风靡世界。

第四阶段

第4阶段(1985——1992年)是32位微处理器时代,又称为第4代。其典型产品是Intel公司的80386/80486,Motorola公司的M69030/68040等。其特点是采用HMOS或CMOS工艺,集成度高达100万个晶体管/片,具有32位地址线和32位数据总线。每秒钟可完成600万条指令(Million Instructions Per Second,MIPS)。微型计算机的功能已经达到甚至超过超级小型计算机,完全可以胜任多任务、多用户的作业。同期,其他一些微处理器生产厂商(如AMD、TEXAS等)也推出了80386/80486系列的芯片。

80386DX的内部和外部数据总线是32位,地址总线也是32位,可以寻址到4G B内存,并可以管理64TB的虚拟存储空间。它的运算模式除了具有实模式和保护模式以外,还增加了一种“虚拟86”的工作方式,可以通过同时模拟多个8086微处理器来提供多任务能力。80386SX是Intel为了扩大市场份额而推出的一种较便宜的普及型CPU,它的内部数据总线为32位,外部数据总线为16位,它可以接受为80286开发的16位输入/输出接口芯片,降低整机成本。80386SX推出后,受到市场的广泛的欢迎,因为80386SX的性能大大优于80286,而价格只是80386的三分之一。Intel 80386 微处理器内含275,000 个晶体管—比当初的4004多了100倍以上,这款32位元处理器首次支持多工任务设计,能同时执行多个程序。Intel 80386晶体管数目约为27万5千颗。

1989年,我们大家耳熟能详的80486芯片由英特尔推出。这款经过四年开发和3亿美元资金投入的芯片的伟大之处在于它首次实破了100万个晶体管的界限,集成了120万个晶体管,使用1微米的制造工艺。80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。

80486是将80386和数学协微处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内。80486中集成的80487的数字运算速度是以前80387的两倍,内部缓存缩短了微处理器与慢速DRAM的等待时间。并且,在80x86系列中首次采用了RISC(精简指令集)技术,可以在一个时钟周期内执行一条指令。它还采用了突发总线方式,大大提高了与内存的数据交换速度。由于这些改进,80486的性能比带有80387数学协微处理器的80386 DX性能提高了4倍。

第五阶段

第5阶段(1993-2005年)是奔腾(pentium)系列微处理器时代,通常称为第5代。典型产品是Intel公司的奔腾系列芯片及与之兼容的AMD的K6、K7系列微处理器芯片。内部采用了超标量指令流水线结构,并具有相互独立的指令和数据高速缓存。随着MMX(Multi Media eXtended)微处理器的出现,使微机的发展在网络化、多媒体化和智能化等方面跨上了更高的台阶。

1997年推出的Pentium II处理器结合了IntelMMX技术,能以极高的效率处理影片、音效、以及绘图资料,首次采用Single Edge Contact (S.E.C) 匣型封装,内建了高速快取记忆体。这款晶片让电脑使用者撷取、、以及透过网络和亲友分享数位相片、与新增文字、音乐或制作家庭电影的转场效果、使用可视电话以及透过标准电话线与网际网络传送影片,Intel Pentium II处理器晶体管数目为750万颗。

1999年推出的Pentium III处理器加入70个新指令,加入网际网络串流SIMD延伸集称为MMX,能大幅提升先进影像、3D、串流音乐、影片、语音辨识等应用的性能,它能大幅提升网际网络的使用经验,让使用者能浏览逼真的线上博物馆与商店,以及下载高品质影片,Intel首次导入0.25微米技术,Intel Pentium III晶体管数目约为950万颗。

与此同年,英特尔还发布了Pentium IIIXeon处理器。作为Pentium II Xeon的后继者,除了在内核架构上采纳全新设计以外,也继承了Pentium III处理器新增的70条指令集,以更好执行多媒体、流媒体应用软件。除了面对企业级的市场以外,Pentium III Xeon加强了电子商务应用与高阶商务计算的能力。在缓存速度与系统总线结构上,也有很多进步,很大程度提升了性能,并为更好的多处理器协同工作进行了设计。

2000年英特尔发布了Pentium 4处理器。用户使用基于Pentium 4处理器的个人电脑,可以创建专业品质的影片,透过因特网传递电视品质的影像,实时进行语音、影像通讯,实时3D渲染,快速进行MP3编码解码运算,在连接因特网时运行多个多媒体软件。

Pentium 4处理器集成了4200万个晶体管,到了改进版的Pentium 4(Northwood)更是集成了5千5百万个晶体管;并且开始采用0.18微米进行制造,初始速度就达到了1.5GHz。

Pentium 4还提供的SSE2指令集,这套指令集增加144个全新的指令,在128bit压缩的数据,在SSE时,仅能以4个单精度浮点值的形式来处理,而在SSE2指令集,该资料能采用多种数据结构来处理:

4个单精度浮点数(SSE)对应2个双精度浮点数(SSE2);对应16字节数(SSE2);对应8个字数(word);对应4个双字数(SSE2);对应2个四字数(SSE2);对应1个128位长的整数(SSE2) 。

2003年英特尔发布了Pentium M(mobile)处理器。以往虽然有移动版本的Pentium II、III,甚至是Pentium 4-M产品,但是这些产品仍然是基于台式电脑处理器的设计,再增加一些节能,管理的新特性而已。即便如此,Pentium III-M和Pentium 4-M的能耗远高于专门为移动运算设计的CPU,例如全美达的处理器。

英特尔Pentium M处理器结合了855芯片组家族与Intel PRO/Wireless2100网络联机技术,成为英特尔Centrino(迅驰)移动运算技术的最重要组成部分。Pentium M处理器可提供高达1.60GHz的主频速度,并包含各种效能增强功能,如:最佳化电源的400MHz系统总线、微处理作业的融合(Micro-OpsFusion)和专门的堆栈管理器(DedicatedStack Manager),这些工具可以快速执行指令集并节省电力。

2005年Intel推出的双核心处理器有Pentium D和Pentium Extreme Edition,同时推出945/955/965/975芯片组来支持新推出的双核心处理器,采用90nm工艺生产的这两款新推出的双核心处理器使用是没有针脚的LGA 775接口,但处理器底部的贴片电容数目有所增加,排列方式也有所不同。

桌面平台的核心代号Smithfield的处理器,正式命名为Pentium D处理器,除了摆脱阿拉伯数字改用英文字母来表示这次双核心处理器的世代交替外,D的字母也更容易让人联想起Dual-Core双核心的涵义。

Intel的双核心构架更像是一个双CPU平台,Pentium D处理器继续沿用Prescott架构及90nm生产技术生产。Pentium D内核实际上由于两个独立的Prescott核心组成,每个核心拥有独立的1MB L2缓存及执行单元,两个核心加起来一共拥有2MB,但由于处理器中的两个核心都拥有独立的缓存,因此必须保证每个二级缓存当中的信息完全一致,否则就会出现运算错误。

为了解决这一问题,Intel将两个核心之间的协调工作交给了外部的MCH(北桥)芯片,虽然缓存之间的数据传输与存储并不巨大,但由于需要通过外部的MCH芯片进行协调处理,毫无疑问的会对整个的处理速度带来一定的延迟,从而影响到处理器整体性能的发挥。

由于采用Prescott内核,因此Pentium D也支持EM64T技术、XD bit安全技术。值得一提的是,Pentium D处理器将不支持Hyper-Threading技术。原因很明显:在多个物理处理器及多个逻辑处理器之间正确分配数据流、平衡运算任务并非易事。比如,如果应用程序需要两个运算线程,很明显每个线程对应一个物理内核,但如果有3个运算线程呢?因此为了减少双核心Pentium D架构复杂性,英特尔决定在针对主流市场的Pentium D中取消对Hyper-Threading技术的支持。

同出自Intel之手,而且Pentium D和Pentium Extreme Edition两款双核心处理器名字上的差别也预示着这两款处理器在规格上也不尽相同。其中它们之间最大的不同就是对于超线程(Hyper-Threading)技术的支持。Pentium D不支持超线程技术,而Pentium Extreme Edition则没有这方面的限制。在打开超线程技术的情况下,双核心Pentium Extreme Edition处理器能够模拟出另外两个逻辑处理器,可以被系统认成四核心系统。

Pentium EE系列都采用三位数字的方式来标注,形式是Pentium EE8xx或9xx,例如Pentium EE840等等,数字越大就表示规格越高或支持的特性越多。

Pentium EE 8x0:表示这是Smithfield核心、每核心1MB二级缓存、800MHzFSB的产品,其与Pentium D 8x0系列的唯一区别仅仅只是增加了对超线程技术的支持,除此之外其它的技术特性和参数都完全相同。

Pentium EE 9x5:表示这是Presler核心、每核心2MB二级缓存、1066MHzFSB的产品,其与Pentium D 9x0系列的区别只是增加了对超线程技术的支持以及将前端总线提高到1066MHzFSB,除此之外其它的技术特性和参数都完全相同。

单核心的Pentium 4、Pentium 4 EE、Celeron D以及双核心的Pentium D和Pentium EE等CPU采用LGA775封装。与以前的Socket 478接口CPU不同,LGA 775接口CPU的底部没有传统的针脚,而代之以775个触点,即并非针脚式而是触点式,通过与对应的LGA 775插槽内的775根触针接触来传输信号。LGA 775接口不仅能够有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率,同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。

第六阶段

第6阶段(2005年至今)是酷睿(core)系列微处理器时代,通常称为第6代。“酷睿”是一款领先节能的新型微架构,设计的出发点是提供卓然出众的性能和能效,提高每瓦特性能,也就是所谓的能效比。早期的酷睿是基于笔记本处理器的。 酷睿2:英文名称为Core 2 Duo,是英特尔在2006年推出的新一代基于Core微架构的产品体系统称。于2006年7月27日发布。酷睿2是一个跨平台的构架体系,包括服务器版、桌面版、移动版三大领域。其中,服务器版的开发代号为Woodcrest,桌面版的开发代号为Conroe,移动版的开发代号为Merom。

酷睿2处理器的Core微架构是Intel的以色列设计团队在Yonah微架构基础之上改进而来的新一代英特尔架构。最显著的变化在于在各个关键部分进行强化。为了提高两个核心的内部数据交换效率采取共享式二级缓存设计,2个核心共享高达4MB的二级缓存。

继LGA775接口之后,Intel首先推出了LGA1366平台,定位高端旗舰系列。首颗采用LGA 1366接口的处理器代号为Bloomfield,采用经改良的Nehalem核心,基于45纳米制程及原生四核心设计,内建8-12MB三级缓存。LGA1366平台再次引入了Intel超线程技术,同时QPI总线技术取代了由Pentium 4时代沿用至今的前端总线设计。最重要的是LGA1366平台是支持三通道内存设计的平台,在实际的效能方面有了更大的提升,这也是LGA1366旗舰平台与其他平台定位上的一个主要区别。

作为高端旗舰的代表,早期LGA1366接口的处理器主要包括45nm Bloomfield核心酷睿i7四核处理器。随着Intel在2010年迈入32nm工艺制程,高端旗舰的代表被酷睿i7-980X处理器取代,全新的32nm工艺解决六核心技术,拥有最强大的性能表现。对于准备组建高端平台的用户而言,LGA1366依然占据着高端市场,酷睿i7-980X以及酷睿i7-950依旧是不错的选择。

Core i5是一款基于Nehalem架构的四核处理器,采用整合内存控制器,三级缓存模式,L3达到8MB,支持Turbo Boost等技术的新处理器电脑配置。它和Core i7(Bloomfield)的主要区别在于总线不采用QPI,采用的是成熟的DMI(Direct MediaInterface),并且只支持双通道的DDR3内存。结构上它用的是LGA1156接口,i5有睿频技术,可以在一定情况下超频。LGA1156接口的处理器涵盖了从入门到高端的不同用户,32nm工艺制程带来了更低的功耗和更出色的性能。主流级别的代表有酷睿i5-650/760,中高端的代表有酷睿i7-870/870K等。我们可以明显的看出Intel在产品命名上的定位区分。但是整体来看中高端LGA1156处理器比低端入门更值得选购,面对AMD的低价策略,Intel酷睿i3系列处理器完全无法在性价比上与之匹敌。而LGA1156中高端产品在性能上表现更加抢眼。

Core i3可看作是Core i5的进一步精简版(或阉割版),将有32nm工艺版本(研发代号为Clarkdale,基于Westmere架构)这种版本。Core i3最大的特点是整合GPU(图形处理器),也就是说Core i3将由CPU+GPU两个核心封装而成。由于整合的GPU性能有限,用户想获得更好的3D性能,可以外加显卡。值得注意的是,即使是Clarkdale,显示核心部分的制作工艺仍会是45nm。i3 i5 区别最大之处是 i3没有睿频技术。代表有酷睿i3-530/540。

2010年6月,Intel再次发布革命性的处理器——第二代Core i3/i5/i7。第二代Core i3/i5/i7隶属于第二代智能酷睿家族,全部基于全新的Sandy Bridge微架构,相比第一代产品主要带来五点重要革新:1、采用全新32nm的Sandy Bridge微架构,更低功耗、更强性能。2、内置高性能GPU(核芯显卡),视频编码、图形性能更强。 3、睿频加速技术2.0,更智能、更高效能。4、引入全新环形架构,带来更高带宽与更低延迟。5、全新的AVX、AES指令集,加强浮点运算与加密解密运算。

SNB(Sandy Bridge)是英特尔在2011年初发布的新一代处理器微架构,这一构架的最大意义莫过于重新定义了“整合平台”的概念,与处理器“无缝融合”的“核芯显卡”终结了“集成显卡”的时代。这一创举得益于全新的32nm制造工艺。由于Sandy Bridge 构架下的处理器采用了比之前的45nm工艺更加先进的32nm制造工艺,理论上实现了CPU功耗的进一步降低,及其电路尺寸和性能的显著优化,这就为将整合图形核心(核芯显卡)与CPU封装在同一块基板上创造了有利条件。此外,

第二代酷睿还加入了全新的高清视频处理单元。视频转解码速度的高与低跟处理器是有直接关系的,由于高清视频处理单元的加入,新一代酷睿处理器的视频处理时间比老款处理器至少提升了30%。新一代Sandy Bridge处理器采用全新LGA1155接口设计,并且无法与LGA1156接口兼容。Sandy Bridge是将取代Nehalem的一种新的微架构,不过仍将采用32nm工艺制程。比较吸引人的一点是这次Intel不再是将CPU核心与GPU核心用“胶水”粘在一起,而是将两者真正做到了一个核心里。

在2012年4月24日下午北京天文馆,intel正式发布了ivy bridge(IVB)处理器。22nm Ivy Bridge会将执行单元的数量翻一番,达到最多24个,自然会带来性能上的进一步跃进。Ivy Bridge会加入对DX11的支持的集成显卡。另外新加入的XHCI USB 3.0控制器则共享其中四条通道,从而提供最多四个USB 3.0,从而支持原生USB3.0。cpu的制作采用3D晶体管技术,CPU耗电量会减少一半。采用22nm工艺制程的Ivy Bridge架构产品将延续LGA1155平台的寿命,因此对于打算购买LGA1155平台的用户来说,起码一年之内不用担心接口升级的问题了。

2013年6月4日intel 发表四代CPU「Haswell」,第四世代CPU脚位(CPU接槽)称为『IntelLGA1150』,主机板名称为Z87、H87、Q87等8系列晶片组,Z87为超频玩家及高阶客群,H87为中低阶一般等级,Q87为企业用。「Haswell」CPU将会用于笔记型电脑、桌上型CEO套装电脑以及 DIY零组件CPU,陆续替换现行的第三世代「Ivy Bridge」。


cpu制作工艺流程图

说到处理器,大家还是习惯性想到CPU这个简称,它的全名是中央处理单元(Central Processing Unit),被认为是PC的“大脑”,使用电脑时的每个操作都要经过CPU处理,这就是它的本意。

CPU、GPU之外 Intel酷睿处理器带来AI加速

早期的CPU就是这么简单、枯燥,而当前大家所用的CPU,实际上不只是CPU中央处理单元那么简单了。十多年前,酷睿十代开启后,Intel就在CPU处理器内增加了iGPU,也就是核显单元,让CPU有了图形输出、3D游戏能力,现在大家买的CPU绝大多数都是CPU+GPU双重功能的。


cpu制造流程

制造CPU的基本原料 如果问及CPU的原料是什么,大家都会轻而易举的给出答案—是硅。

这是不假,但硅又来自哪里呢?其实就是那些最不起眼的沙子。难以想象吧,价格昂贵,结构复杂,功能强大,充满着神秘感的CPU竟然来自那根本一文不值的沙子。当然这中间必然要经历一个复杂的制造过程才行。不过不是随便抓一把沙子就可以做原料的,一定要精挑细选,从中提取出最最纯净的硅原料才行。试想一下,如果用那最最廉价而又储量充足的原料做成CPU,那么成品的质量会怎样,你还能用上像现在这样高性能的处理器吗?  除去硅之外,制造CPU还需要一种重要的材料就是金属。目前为止,铝已经成为制作处理器内部配件的主要金属材料,而铜则逐渐被淘汰,这是有一些原因的,在目前的CPU工作电压下,铝的电迁移特性要明显好于铜。所谓电迁移问题,就是指当大量电子流过一段导体时,导体物质原子受电子撞击而离开原有位置,留下空位,空位过多则会导致导体连线断开,而离开原位的原子停留在其它位置,会造成其它地方的短路从而影响芯片的逻辑功能,进而导致芯片无法使用。这就是许多Northwood Pentium 4换上SNDS(北木暴毕综合症)的原因,当发烧友们第一次给Northwood Pentium 4超频就急于求成,大幅提高芯片电压时,严重的电迁移问题导致了CPU的瘫痪。这就是intel首次尝试铜互连技术的经历,它显然需要一些改进。不过另一方面讲,应用铜互连技术可以减小芯片面积,同时由于铜导体的电阻更低,其上电流通过的速度也更快。  除了这两样主要的材料之外,在芯片的设计过程中还需要一些种类的化学原料,它们起着不同的作用,这里不再赘述。CPU制造的准备阶段 在必备原材料的采集工作完毕之后,这些原材料中的一部分需要进行一些预处理工作。而作为最主要的原料,硅的处理工作至关重要。首先,硅原料要进行化学提纯,这一步骤使其达到可供半导体工业使用的原料级别。而为了使这些硅原料能够满足集成电路制造的加工需要,还必须将其整形,这一步是通过溶化硅原料,然后将液态硅注入大型高温石英容器而完成的。  而后,将原料进行高温溶化。中学化学课上我们学到过,许多固体内部原子是晶体结构,硅也是如此。为了达到高性能处理器的要求,整块硅原料必须高度纯净,及单晶硅。然后从高温容器中采用旋转拉伸的方式将硅原料取出,此时一个圆柱体的硅锭就产生了。从目前所使用的工艺来看,硅锭圆形横截面的直径为200毫米。不过现在intel和其它一些公司已经开始使用300毫米直径的硅锭了。在保留硅锭的各种特性不变的情况下增加横截面的面积是具有相当的难度的,不过只要企业肯投入大批资金来研究,还是可以实现的。intel为研制和生产300毫米硅锭而建立的工厂耗费了大约35亿美元,新技术的成功使得intel可以制造复杂程度更高,功能更强大的集成电路芯片。而200毫米硅锭的工厂也耗费了15亿美元。下面就从硅锭的切片开始介绍CPU的制造过程。在制成硅锭并确保其是一个绝对的圆柱体之后,下一个步骤就是将这个圆柱体硅锭切片,切片越薄,用料越省,自然可以生产的处理器芯片就更多。切片还要镜面精加工的处理来确保表面绝对光滑,之后检查是否有扭曲或其它问题。这一步的质量检验尤为重要,它直接决定了成品CPU的质量。新的切片中要掺入一些物质而使之成为真正的半导体材料,而后在其上刻划代表着各种逻辑功能的晶体管电路。掺入的物质原子进入硅原子之间的空隙,彼此之间发生原子力的作用,从而使得硅原料具有半导体的特性。今天的半导体制造多选择CMOS工艺(互补型金属氧化物半导体)。其中互补一词表示半导体中N型MOS管和P型MOS管之间的交互作用。而N和P在电子工艺中分别代表负极和正极。多数情况下,切片被掺入化学物质而形成P型衬底,在其上刻划的逻辑电路要遵循nMOS电路的特性来设计,这种类型的晶体管空间利用率更高也更加节能。同时在多数情况下,必须尽量限制pMOS型晶体管的出现,因为在制造过程的后期,需要将N型材料植入P型衬底当中,而这一过程会导致pMOS管的形成。在掺入化学物质的工作完成之后,标准的切片就完成了。然后将每一个切片放入高温炉中加热,通过控制加温时间而使得切片表面生成一层二氧化硅膜。通过密切监测温度,空气成分和加温时间,该二氧化硅层的厚度是可以控制的。在intel的90纳米制造工艺中,门氧化物的宽度小到了惊人的5个原子厚度。这一层门电路也是晶体管门电路的一部分,晶体管门电路的作用是控制其间电子的流动,通过对门电压的控制,电子的流动被严格控制,而不论输入输出端口电压的大小。准备工作的最后一道工序是在二氧化硅层上覆盖一个感光层。这一层物质用于同一层中的其它控制应用。这层物质在干燥时具有很好的感光效果,而且在光刻蚀过程结束之后,能够通过化学方法将其溶解并除去。光刻蚀 这是目前的CPU制造过程当中工艺非常复杂的一个步骤,为什么这么说呢?光刻蚀过程就是使用一定波长的光在感光层中刻出相应的刻痕,由此改变该处材料的化学特性。这项技术对于所用光的波长要求极为严格,需要使用短波长的紫外线和大曲率的透镜。刻蚀过程还会受到晶圆上的污点的影响。每一步刻蚀都是一个复杂而精细的过程。设计每一步过程的所需要的数据量都可以用10GB的单位来计量,而且制造每块处理器所需要的刻蚀步骤都超过20步(每一步进行一层刻蚀)。而且每一层刻蚀的图纸如果放大许多倍的话,可以和整个纽约市外加郊区范围的地图相比,甚至还要复杂,试想一下,把整个纽约地图缩小到实际面积大小只有100个平方毫米的芯片上,那么这个芯片的结构有多么复杂,可想而知了吧。当这些刻蚀工作全部完成之后,晶圆被翻转过来。短波长光线透过石英模板上镂空的刻痕照射到晶圆的感光层上,然后撤掉光线和模板。通过化学方法除去暴露在外边的感光层物质,而二氧化硅马上在陋空位置的下方生成。掺杂 在残留的感光层物质被去除之后,剩下的就是充满的沟壑的二氧化硅层以及暴露出来的在该层下方的硅层。这一步之后,另一个二氧化硅层制作完成。然后,加入另一个带有感光层的多晶硅层。多晶硅是门电路的另一种类型。由于此处使用到了金属原料(因此称作金属氧化物半导体),多晶硅允许在晶体管队列端口电压起作用之前建立门电路。感光层同时还要被短波长光线透过掩模刻蚀。再经过一部刻蚀,所需的全部门电路就已经基本成型了。然后,要对暴露在外的硅层通过化学方式进行离子轰击,此处的目的是生成N沟道或P沟道。这个掺杂过程创建了全部的晶体管及彼此间的电路连接,没个晶体管都有输入端和输出端,两端之间被称作端口。重复这一过程   从这一步起,你将持续添加层级,加入一个二氧化硅层,然后光刻一次。重复这些步骤,然后就出现了一个多层立体架构,这就是你目前使用的处理器的萌芽状态了。在每层之间采用金属涂膜的技术进行层间的导电连接。今天的P4处理器采用了7层金属连接,而Athlon64使用了9层,所使用的层数取决于最初的版图设计,并不直接代表着最终产品的性能差异。接下来的几个星期就需要对晶圆进行一关接一关的测试,包括检测晶圆的电学特性,看是否有逻辑错误,如果有,是在哪一层出现的等等。而后,晶圆上每一个出现问题的芯片单元将被单独测试来确定该芯片有否特殊加工需要。  而后,整片的晶圆被切割成一个个独立的处理器芯片单元。在最初测试中,那些检测不合格的单元将被遗弃。这些被切割下来的芯片单元将被采用某种方式进行封装,这样它就可以顺利的插入某种接口规格的主板了。大多数intel和AMD的处理器都会被覆盖一个散热层。在处理器成品完成之后,还要进行全方位的芯片功能检测。这一部会产生不同等级的产品,一些芯片的运行频率相对较高,于是打上高频率产品的名称和编号,而那些运行频率相对较低的芯片则加以改造,打上其它的低频率型号。这就是不同市场定位的处理器。而还有一些处理器可能在芯片功能上有一些不足之处。比如它在缓存功能上有缺陷(这种缺陷足以导致绝大多数的CPU瘫痪),那么它们就会被屏蔽掉一些缓存容量,降低了性能,当然也就降低了产品的售价,这就是Celeron和Sempron的由来。在CPU的包装过程完成之后,许多产品还要再进行一次测试来确保先前的制作过程无一疏漏,且产品完全遵照规格所述,没有偏差。


cpu的生产工艺

CPU即是中央处理器,它是一块超大规模的集成电路,是一台计算机的运算核心(Core)和控制核心(Control Unit)。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

它的主要技术指标如下:

主频,外频和倍频。主频是CPU的时钟频率,即CPU的工作频率。一般来说,一个时钟周期完成的指令数是固定的,所以主频越高,CPU的速度也就越快。外频及CPU和周边传输数据的频率,具体是指CPU到芯片组之间的总线速度。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。倍频和外频相乘就是主频。

地址总线宽度。地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间,例如32位的地址总线,最多可以直接访问4GB的物理空间。

数据总线宽度。数据总线宽度决定了CPU与内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。

工作电压。工作电压指的是CPU正常工作所需的电压。低电压能够解决耗电多和发热过高的问题,使CPU工作时的温度降低,工作状态稳定。

高速缓冲存储器。它是一种速度比内存更快的存储设备,用于缓解CPU和主存储器之间速度不匹配的矛盾,进而改善整个计算机系统的性能。很多大型、中型、小型以及微型计算机中都采用高速缓存器。

除上述性能指标外,CPU还有其他如制造工艺、接口类型、多媒体指令集、装封形式、整数单元和浮点单元强弱等性能指标。


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