電腦cpu是什么架構(gòu)
電腦cpu是什么架構(gòu)
CPU是電腦的重要組成部分，是不可缺少的角色。下面是學(xué)習(xí)啦小編帶來的關(guān)于電腦cpu是什么架構(gòu)的內(nèi)容，歡迎閱讀!
電腦cpu是什么架構(gòu)：
電腦的CPU是一塊完整的新品，包含運(yùn)算器和控制器兩大部分。
CPU:
中央處理器(CPU，Central Processing Unit)是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心(Core)和控制核心( Control Unit)。它的功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。
中央處理器主要包括運(yùn)算器(算術(shù)邏輯運(yùn)算單元，ALU，Arithmetic Logic Unit)和高速緩沖存儲器(Cache)及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)(Data)、控制及狀態(tài)的總線(Bus)。它與內(nèi)部存儲器(Memory)和輸入/輸出(I/O)設(shè)備合稱為電子計(jì)算機(jī)三大核心部件。
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隨著生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，CPU應(yīng)該是越做越小?可為什么現(xiàn)在CPU好像尺寸并沒有減少多少，那么是什么原因呢?實(shí)際上CPU廠商很希望把CPU的集成度進(jìn)一步提高，同樣也需要把CPU做得更小，但是因?yàn)楝F(xiàn)在的生產(chǎn)工藝還達(dá)不到這個要求。生產(chǎn)工藝這4個字到底包含些什么內(nèi)容呢，這其中有多少高精尖技術(shù)的匯聚，CPU生產(chǎn)廠商是如何應(yīng)對的呢?下文將根據(jù)上面CPU制造的7個步驟展開敘述，讓我們一起了解當(dāng)今不斷進(jìn)步的CPU生產(chǎn)工藝。
(1)晶圓尺寸硅晶圓尺寸是在半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中硅晶圓使用的直徑值。硅晶圓尺寸越大越好，因?yàn)檫@樣每塊晶圓能生產(chǎn)更多的芯片。比如，同樣使用0.13微米的制程在200mm的晶圓上可以生產(chǎn)大約179個處理器核心，而使用300mm的晶圓可以制造大約427個處理器核心，300mm直徑的晶圓的面積是200mm直徑晶圓的2.25倍，出產(chǎn)的處理器個數(shù)卻是后者的2.385倍，并且300mm晶圓實(shí)際的成本并不會比200mm晶圓來得高多少，因此這種成倍的生產(chǎn)率提高顯然是所有芯片生產(chǎn)商所喜歡的。然而，硅晶圓具有的一個特性卻限制了生產(chǎn)商隨意增加硅晶圓的尺寸，那就是在晶圓生產(chǎn)過程中，離晶圓中心越遠(yuǎn)就越容易出現(xiàn)壞點(diǎn)。
因此從硅晶圓中心向外擴(kuò)展，壞點(diǎn)數(shù)呈上升趨勢，這樣我們就無法隨心所欲地增大晶圓尺寸。總的來說，一套特定的硅晶圓生產(chǎn)設(shè)備所能生產(chǎn)的硅晶圓尺寸是固定的，如果對原設(shè)備進(jìn)行改造來生產(chǎn)新尺寸的硅晶圓的話，花費(fèi)的資金是相當(dāng)驚人的，這些費(fèi)用幾乎可以建造一個新的生產(chǎn)工廠。不過半導(dǎo)體生產(chǎn)商們也總是盡最大努力控制晶圓上壞點(diǎn)的數(shù)量，生產(chǎn)更大尺寸的晶圓，比如8086 CPU制造時最初所使用的晶圓尺寸是50mm，生產(chǎn)Pentium 4時使用200mm的硅晶圓，而Intel新一代Pentium 4 Prescott則使用300mm尺寸硅晶圓生產(chǎn)。300mm晶圓被主要使用在90納米以及65納米的芯片制造上。
(2)蝕刻尺寸蝕刻尺寸是制造設(shè)備在一個硅晶圓上所能蝕刻的一個最小尺寸，是CPU核心制造的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。在制造工藝相同時，晶體管越多處理器內(nèi)核尺寸就越大，一塊硅晶圓所能生產(chǎn)的芯片的數(shù)量就越少，每顆CPU的成本就要隨之提高。反之，如果更先進(jìn)的制造工藝，意味著所能蝕刻的尺寸越小，一塊晶圓所能生產(chǎn)的芯片就越多，成本也就隨之降低。比如8086的蝕刻尺寸為3μm，Pentium的蝕刻尺寸是0.90μm，而Pentium 4的蝕刻尺寸當(dāng)前是0.09μm(90納米)。目前Intel的300mm尺寸硅晶圓廠可以做到0.065μm(65納米)的蝕刻尺寸。
此外，每一款CPU在研發(fā)完畢時其內(nèi)核架構(gòu)就已經(jīng)固定了，后期并不能對核心邏輯再作過大的修改。因此，隨著頻率的提升，它所產(chǎn)生的熱量也隨之提高，而更先進(jìn)的蝕刻技術(shù)另一個重要優(yōu)點(diǎn)就是可以減小晶體管間電阻，讓CPU所需的電壓降低，從而使驅(qū)動它們所需要的功率也大幅度減小。所以我們看到每一款新CPU核心，其電壓較前一代產(chǎn)品都有相應(yīng)降低，又由于很多因素的抵消，這種下降趨勢并不明顯。我們前面提到了蝕刻這個過程是由光完成的，所以用于蝕刻的光的波長就是該技術(shù)提升的關(guān)鍵。目前在CPU制造中主要是采用2489埃和1930埃(1埃=0.1納米)波長的氪/氟紫外線，1930埃的波長用在芯片的關(guān)鍵點(diǎn)上，主要應(yīng)用于0.18微米和0.13微米制程中，而目前Intel是最新的90納米制程則采用了波長更短的1930埃的氬/氟紫外線。以上兩點(diǎn)就是CPU制造工藝中的兩個因素決定，也是基礎(chǔ)的生產(chǎn)工藝。
這里有些問題要說明一下。Intel是全球制造技術(shù)最先進(jìn)且擁有工廠最多的公司(Intel有10家以上的工廠做CPU)，它掌握的技術(shù)也相當(dāng)多，后面有詳細(xì)敘述。AMD和Intel相比則是一家小公司，加上新工廠Fab36，它有3家左右的CPU制造工廠。同時AMD沒有能力自己研發(fā)很多新技術(shù)，它主要是通過戰(zhàn)略合作關(guān)系獲取技術(shù)。在0.25微米制程上，AMD和Intel在技術(shù)上處于同一水平，不過在向0.18微米轉(zhuǎn)移時落在了后面。在感覺無法獨(dú)自趕上Intel之后，AMD和摩托羅拉建立了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。摩托羅拉擁有很多先進(jìn)的電子制造技術(shù)，用于Apple電腦PowerPC的芯片HiPerMOS7(HiP7)就是他們完成的;AMD在獲得授權(quán)后一下子就擁有了很多新技術(shù)，其中部分技術(shù)甚至比Intel的0.13微米技術(shù)還要好。
現(xiàn)在AMD選擇了IBM來共同開發(fā)65納米和45納米制造技術(shù)。它選擇的這些都是相當(dāng)有前景的合作伙伴，特別是IBM，一直作為業(yè)界的技術(shù)領(lǐng)袖，它是第一個使用銅互連、第一個使用低K值介電物質(zhì)、第一個使用SOI等技術(shù)的公司。AMD獲得的大多數(shù)技術(shù)很先進(jìn)，而且對生產(chǎn)設(shè)備的要求不高，生產(chǎn)成本控制的很低，這也是AMD的優(yōu)勢。圖為AMD的新工廠Fab36中采用的APM 3.0 (Automated Precision Manufacturing)技術(shù)，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)制造的自動化，效率化。同時AMD還建造了自己的無塵實(shí)驗(yàn)室。
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6.什么是CPU