芯片内部为什么能这么小?100多亿个晶体管是怎么装进去的?

科技电力不缺一 2024-04-30 03:46:49

在现代科技领域,芯片无疑是那颗璀璨的明珠。它以其微小的体积和惊人的性能,成为了支撑现代电子设备运转的核心部件。然而,你是否曾经好奇过,这看似不起眼的芯片,是如何在内部集成了数以百亿计的晶体管的呢?

晶体管密度超越摩尔定律要求

英特尔新竹办公室总经理谢承儒举例,2019 年推出的 10nm 制程,里面的晶体管密度超过 100 亿个,较上一代 14nm 的 44.67 亿个晶体管整整增加 2.3 倍。意思是在同等面积下,塞入超过两倍的晶体管。

到了 14nm 制程世代,晶体管密度又是上一代 22nm 制程的 2.7 倍,证明英特尔在晶体管密度这个摩尔定律的重要指标上,实力远远高于同业,且制程的命名没有丝毫水分。

再者,很多人喜欢把英特尔停留在 14nm 制程世代上的时间过久,且一直推出微缩版本 14nm+、14nm++ 制程这件事来讨论。

14nm++ 相较于 14nm 制程,性能增加达到 20%,几乎是一个制程节点的提升; 这也代表,英特尔不需要推进到下一个制程世代,就可以将效能大幅提升 20%。

随着英特尔第十一代 Core 处理器,代号为 Tiger Lake 正式推出后,英特尔正式进入 10nm 制程技术世代。

在 10nm 制程世代上,发展到第三代的 10nm++ 称为 10nm SuperFin 制程。从 10nm 到 10nm SuperFin 的性能表现也是增加 20%,同样也相当于一个节点的提升。

100多亿个晶体管是怎么装进去的

如今的芯片制造技术已经达到了令人惊叹的境地。最小的制程竟然只有3纳米,这意味着在如此微小的空间里,我们能集成上百亿个晶体管。就像在一个小小的沙盘上,搭建起了一座座高楼大厦,每个晶体管都像是这座都市中的居民,共同协作,完成着各种复杂的任务。

那么,这么神奇的芯片是如何制造出来的呢?其实,它的制作过程就像是在搭建一座积木塔。但不是简单地往上堆叠,而是用一层层带有不同图案的“积木片”叠加而成。这些“积木片”就是带有特定电路图案的片状结构。想象一下,每一层都精心制作,然后像搭积木一样层层累加,二维的结构就变成了三维的器件,最终形成了功能强大的芯片。

在制造过程中,光扮演了至关重要的角色。它就像一位技艺高超的雕刻师,用无形的刻刀在芯片材料上雕刻出精细的图案。光的波长越短,雕刻的精度就越高。因此,科学家们一直在研究如何利用光来实现更精细的加工。

当然,光并不能直接对芯片材料产生影响,这时就需要光刻胶这个“中介”来帮忙了。光刻胶就像是一种特殊的墨水,能够在光的照射下发生化学反应。当光通过带有电路图案的挡光板时,光刻胶就能将图案信息精确地复制到芯片材料上。

光刻胶分为两种类型:正胶和负胶。正胶就像是个害羞的小家伙,一见光就躲起来;而负胶则是个倔强的家伙,越见光越顽强。在光刻过程中,我们根据需要使用不同类型的光刻胶,以确保图案能够准确无误地复制到芯片上。

整个光刻过程就像是一场精密的舞蹈。每个步骤都需要精确控制,不能有丝毫差错。从准备芯片材料、涂覆光刻胶、曝光到显影,每一个环节都至关重要。只有经过这样一系列复杂的工序,我们才能得到带有特定电路图案的芯片。

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