方寸之间的“大天地”

   

        当下,无处不在的电子设备已经成为人类生活中一个必不可少的工具,但无论是电脑还是手机,都离不开CPU 。

        那什么是CPU ?其实CPU是中央处理器的英文简写,是电脑和手机的核心。打个比方,中央处理器相对于电脑,就像人的大脑相对于人个体一样。但是,当下大部分人对CPU的认识还停留在品牌与价位的程度,对CPU的制作流程和不同架构的认识并不充分。

        对于CPU而言,硅和金属是其重要的组成,许多人都知道,硅作为半导体材料在很大程度上被利用于各种电子设备,其实,硅也是我们在日常生活中最常见的元素,比如说到处都有的沙子,便是硅的来源。对于CPU,里面包括的金属元素主要是铝和铜。

        在CPU的制作流程中,有一步最为核心的步骤——门电路的设计。在门电路的设计过程中,用到了晶圆。晶圆是高纯度硅在提炼后形成的硅锭的切片,用作门电路的基片。这里的门电路基片,可以简单化的理解为建筑房屋时的地基,只不过这种“地基”带有极性。当然,门电路基片并非由纯硅做成,而是晶圆在有控制的条件下进行表面氧化形成的有一定厚度二氧化硅作为基础,再经过蚀刻而成。

        蚀刻,便是CPU核心制作最复杂的环节,没有之一。在蚀刻之前,首先要在晶圆上涂一层光敏抗蚀膜,其次经过对特定区域的曝光之后,再用特定化学溶液洗掉被曝光的光敏抗蚀膜,最后剩余的紧贴着二氧化硅基片的光敏抗蚀膜也要被除去,与此同时,紧贴着的二氧化硅也被部分带走。这样,晶圆上就留下了“二氧化硅山脉”。当然,肉眼是看不到的。

        蚀刻,到此还没有结束。在“二氧化硅山脉”上还要再铺一个二氧化硅层和多晶硅,并再次利用光敏抗蚀膜对多晶硅进行曝光处理,此时,曝光的硅被原子轰击最后生成了具有极性的N井或P井,再结合前面的基片,就完成了CPU核心步骤的制作。当然,一块CPU得要进行多次这样重复的蚀刻操作形成一个3D的结构,才能最终成为CPU核心。而金属材料则被填在每层中间充当导体。

        当然,不同的CPU构架设计也有不同作用。就比如说,手机CPU为了达到功耗低,省电(续航能力强),价格低等目的,就采用了ARM 架构设计,ARM 架构设计就是高级精简指令机器设计。由于其采用的是精简指令系统,这从设计思想上就减少了大量的CPU内部的指令集,这样,就必然使得电脑运算能力强于手机运算能力。而电脑的CPU构架则多种多样,在此不一一列举。而且现在更贴近人们生活的更多是手机CPU的发展。

        手机CPU的发展,在短短的十几年间竟然达到了如火如荼的地步。还记得继2000年摩托罗拉的第一台触屏智能手机之后,智能手机正在不断发生一系列质的飞跃,这段发展折射出来的,便是手机CPU的不断进步。

        现如今,即使是普通人也知道许多手机CPU开发商,比如高通,三星,联发科,英特尔苹果等。不同的开发商,都在这方寸之间角逐。现在,经过各种测评排行最前的则是苹果的A11处理器和高通的晓龙835处理器。关于手机CPU我们常常看到双核,四核,八核的字样。其实,对于手机而言,这里的多“核”,可以指称为多个CPU,但并非核越多,手机运行速度就更快。虽然说手机多核处理事物可以类比为人的手脚分管拿东西和走路,但其远远未达到人的器官一样协调,这也可以用来解释为什么某些双核手机运行速度快于同頻率的多核手机。

        当然,无论是手机CPU还是电脑CPU,其根本目的还是在于为人服务。在这方寸之间体现的不止是工艺和智慧,更是一种锐意进取的精神和不断开拓的决心。

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