cpu晶體管如何集成
cpu晶體管如何集成
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cpu晶體管集成方法一：
CPU是Central Processing Unit(中央微處理器)的縮寫，它是計算機中最重要的一個部分，由運算器和控制器組成。如果把計算機比作人，那么CPU就是人的大腦。CPU的發(fā)展非常迅速，個人電腦從8088(XT)發(fā)展到現(xiàn)在的Pentium 4時代，只經(jīng)過了不到二十年的時間。
從生產(chǎn)技術來說，最初的8088集成了29000個晶體管，而PentiumⅢ的集成度超過了2810萬個晶體管;CPU的運行速度，以MIPS(百萬個指令每秒)為單位，8088是0.75MIPS，到高能奔騰時已超過了1000MIPS。不管什么樣的CPU，其內部結構歸納起來都可以分為控制單元、邏輯單元和存儲單元三大部分，這三個部分相互協(xié)調，對命令和數(shù)據(jù)進行分析、判斷、運算并控制計算機各部分協(xié)調工作。
CPU從最初發(fā)展至今已經(jīng)有二十多年的歷史了，這期間，按照其處理信息的字長，CPU可以分為：4位微處理器、8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以及正在醞釀構建的64位微處理器，可以說個人電腦的發(fā)展是隨著CPU的發(fā)展而前進的。
Intel 4004
1971年，英特爾公司推出了世界上第一款微處理器4004，這是第一個可用于微型計算機的四位微處理器，它包含2300個晶體管。隨后英特爾又推出了8008，由于運算性能很差，其市場反應十分不理想。1974年，8008發(fā)展成8080,成為第二代微處理器。8080作為代替電子邏輯電路的器件被用于各種應用電路和設備中，如果沒有微處理器,這些應用就無法實現(xiàn)。
由于微處理器可用來完成很多以前需要用較大設備完成的計算任務，價格又便宜，于是各半導體公司開始競相生產(chǎn)微處理器芯片。Zilog公司生產(chǎn)了8080的增強型Z80，摩托羅拉公司生產(chǎn)了6800，英特爾公司于1976年又生產(chǎn)了增強型8085,但這些芯片基本沒有改變8080的基本特點，都屬于第二代微處理器。它們均采用NMOS工藝,集成度約9000只晶體管,平均指令執(zhí)行時間為1μS～2μS,采用匯編語言、BASIC、Fortran編程，使用單用戶操作系統(tǒng)。
Intel 8086
1978年英特爾公司生產(chǎn)的8086是第一個16位的微處理器。很快Zilog公司和摩托羅拉公司也宣布計劃生產(chǎn)Z8000和68000。這就是第三代微處理器的起點。
8086微處理器最高主頻速度為8MHz，具有16位數(shù)據(jù)通道，內存尋址能力為1MB。同時英特爾還生產(chǎn)出與之相配合的數(shù)學協(xié)處理器i8087,這兩種芯片使用相互兼容的指令集，但i8087指令集中增加了一些專門用于對數(shù)、指數(shù)和三角函數(shù)等數(shù)學計算的指令。人們將這些指令集統(tǒng)一稱之為 x86指令集。雖然以后英特爾又陸續(xù)生產(chǎn)出第二代、第三代等更先進和更快的新型CPU，但都仍然兼容原來的x86指令，而且英特爾在后續(xù)CPU的命名上沿用了原先的x86序列，直到后來因商標注冊問題，才放棄了繼續(xù)用阿拉伯數(shù)字命名。
1979年，英特爾公司又開發(fā)出了8088。8086和8088在芯片內部均采用16位數(shù)據(jù)傳輸，所以都稱為16位微處理器，但8086每周期能傳送或接收16位數(shù)據(jù)，而8088每周期只采用8位。因為最初的大部分設備和芯片是8位的，而8088的外部8位數(shù)據(jù)傳送、接收能與這些設備相兼容。8088采用40針的DIP封裝，工作頻率為6.66MHz、7.16MHz或8MHz，微處理器集成了大約29000個晶體管。
8086和8088問世后不久，英特爾公司就開始對他們進行改進，他們將更多功能集成在芯片上，這樣就誕生了80186和80188。這兩款微處理器內部均以16位工作，在外部輸入輸出上80186采用16位，而80188和8088一樣是采用8位工作。
作為全球知名的半導體廠商之一，美國德州儀器(TI)也在486時代異軍突起，它自行生產(chǎn)了486 DX系列CPU，尤其在486DX2成為主流后，其DX2-80因較高的性價比成為當時主流產(chǎn)品之一，TI 486最高主頻為DX4-100，但其后再也沒有進入過CPU市場。
Cyrix 486DLC
AMD于1999年2月推出了代號為“Sharptooth”(利齒)的K6-Ⅲ，它是該公司最后一款支持Super 7架構和CPGA封裝形式的CPU，采用0.25微米制造工藝、內核面積是135平方毫米，集成了2130萬個晶體管，工作電壓為2.2V/2.4V。
相對于K6-2而言，K6-Ⅲ最大的變化就是內部集成了256KB二級緩存(新賽揚只有128KB)，并以CPU的主頻速度運行。K6-Ⅲ的這一變化將能夠更大限度發(fā)揮高主頻的優(yōu)勢。
cpu晶體管集成方法二：
1、光刻蝕：這是目前的CPU制造過程當中工藝非常復雜的一個步驟，為什么這么說呢?光刻蝕過程就是使用一定波長的光在感光層中刻出相應的刻痕，由此改變該處材料的化學特性。這項技術對于所用光的波長要求極為嚴格，需要使用短波長的紫外線和大曲率的透鏡?？涛g過程還會受到晶圓上的污點的影響。每一步刻蝕都是一個復雜而精細的過程。
設計每一步過程的所需要的數(shù)據(jù)量都可以用10GB的單位來計量，而且制造每塊處理器所需要的刻蝕步驟都超過20步(每一步進行一層刻蝕)。而且每一層刻蝕的圖紙如果放大許多倍的話，可以和整個紐約市外加郊區(qū)范圍的地圖相比，甚至還要復雜，試想一下，把整個紐約地圖縮小到實際面積大小只有100個平方毫米的芯片上，那么這個芯片的結構有多么復雜，可想而知了吧。
當這些刻蝕工作全部完成之后，晶圓被翻轉過來。短波長光線透過石英模板上鏤空的刻痕照射到晶圓的感光層上，然后撤掉光線和模板。通過化學方法除去暴露在外邊的感光層物質，而二氧化硅馬上在陋空位置的下方生成。
2、摻雜 ：在殘留的感光層物質被去除之后，剩下的就是充滿的溝壑的二氧化硅層以及暴露出來的在該層下方的硅層。這一步之后，另一個二氧化硅層制作完成。然后，加入另一個帶有感光層的多晶硅層。多晶硅是門電路的另一種類型。由于此處使用到了金屬原料(因此稱作金屬氧化物半導體)，多晶硅允許在晶體管隊列端口電壓起作用之前建立門電路。感光層同時還要被短波長光線透過掩?？涛g。
再經(jīng)過一部刻蝕，所需的全部門電路就已經(jīng)基本成型了。然后，要對暴露在外的硅層通過化學方式進行離子轟擊，此處的目的是生成N溝道或P溝道。這個摻雜過程創(chuàng)建了全部的晶體管及彼此間的電路連接，沒個晶體管都有輸入端和輸出端，兩端之間被稱作端口。
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