处理器史话 | 处理器厂商的绝密武器之工艺之争

制造商仍然可以屏蔽掉它的部分缓存，这意味着这块CPU依然能够出售，只是它可能是Celeron等低端产品。
当CPU被放进包装盒之前，一般还要进行最后一次测试，以确保之前的工作准确无误。根据前面确定的最高运行频率和缓存的不同，它们被放进不同的包装，销往世界各地。

在了解CPU的生产过程之后，问题也随之而来：
随着生产工艺的进步，CPU应该是越做越小？可为什么现在CPU好像尺寸并没有减少多少，那么是什么原因呢？

实际上CPU厂商很希望把CPU的集成度进一步提高，同样也需要把CPU做得更小，但是因为现在的生产工艺还达不到这个要求。

2. CPU的生产工艺
生产工艺这4个字到底包含些什么内容呢，这其中有多少高精尖技术的汇聚，CPU生产厂商是如何应对的呢？下面将根据上面CPU制造的7个步骤展开叙述，来一起了解当今不断进步的CPU生产工艺。

1) 晶圆尺寸
硅晶圆尺寸是在半导体生产过程中硅晶圆使用的直径值。硅晶圆尺寸越大越好，因为这样每块晶圆能生产更多的芯片。请看下面的数据对比：

对比数据1：同样使用0.13微米的制程

但是在成本方面，300mm晶圆实际的成本并不会比200mm晶圆来得高多少，这就意味着使用大尺寸的晶圆，会带来更高的性价比，因此，芯片生厂商自然不会放弃这个商机。
既然大尺寸的晶圆这么受欢迎，那么是否可以把晶圆直径做的尽量大些呢?

答案是：不可以。

这是由于硅晶圆具有的一个特性--在晶圆生产过程中，离晶圆中心越远就越容易出现坏点，坏点从硅晶圆中心向外扩展，数量呈上升趋势。见下图所示：

集成芯片的硅晶圆图像

在硅晶圆图示中，用黄点标出的地方是表示这个地方存在一定缺陷，或是在硅晶圆被蚀刻入的晶体管起不了任何作用，这一切是由于制造技术限制而造成的，任何一个存在上面问题的芯片将因不能正常工作而被报废。上图中，一块硅晶圆中蚀刻了16个晶体管，但其中4个晶体管存在缺陷，因此不得不把16个芯片中的4个报废掉(即占这块硅晶圆的1/4 )。

如果这块硅晶圆代表生产过程中生产的所有硅晶圆，这意味着废品率就是1/4，这种情况将导致制造成本的上升。

正式由于这个特性限制了硅晶圆的尺寸，因此芯片生产厂商无法随心所欲地增大晶圆尺寸。

总的来说，一套特定的硅晶圆生产设备所能生产的硅晶圆尺寸是固定的，如果对原设备进行改造来生产新尺寸的硅晶圆的话，花费的资金是相当惊人的，这些费用几乎可以建造一个新的生产工厂。不过，半导体生产商们也总是尽最大努力控制晶圆上坏点的数量，生产更大尺寸的晶圆。

以Intel的产品为例，各产品使用晶圆尺寸的信息表如下：

Intel、三星、台积电已经于2012年投产450mm（18寸）晶圆，450mm晶圆无论是硅片面积还是切割芯片数都是300mm的两倍多，因此每颗芯片的单位成本都会大大降低。另外，大尺寸晶圆还会提高能源、水等资源的利用效率，减少对环境污染、温室效应全球变暖、水资源短缺的影响。在历史上，转移至更大的晶圆直径带来了每单位尺寸20%以上的成本降低幅度。不过庞大的财务与技术障碍，仍持续阻碍半导体制造往450mm晶圆的发展与转移；因此产业界往更大尺寸晶圆发展的脚步显着趋缓，各家半导体业者也积极将12寸(300mm)与8寸(200mm)晶圆的利用效益最大化。

4种尺寸晶圆的比较 (Source：Wikipedia)

2) 蚀刻尺寸
蚀刻尺寸是制造设备在一个硅晶圆上所能蚀刻的一个最小尺寸，这个尺寸是在最小的晶体管的尺寸，因此是CPU核心制造的关键技术参数。

在制造工艺相同时，晶体管越多处理器内核尺寸就越大，一块硅晶圆所能生产的芯片的数量就越少，每颗CPU的成本就要随之提高。反之，如果更先进的制造工艺，意味着所能蚀刻的尺寸越小，一块晶圆所能生产的芯片就越多，成本也就随之降低。

继续以Intel的产品为例，各产品使用蚀刻尺寸的信息表如下：