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梓琪和童小蕓對(duì)于生產(chǎn)cpu的工藝都非常感興趣。纏著范無病帶她們?nèi)⒂^一下。
“其實(shí)也沒有什么好看的，不過你們既然想看，那就去一趟兒好了。”范無病經(jīng)不住她們的糾纏，于是就答應(yīng)了下來。
當(dāng)然，去看cpu的制造過程，同去看種大白菜是不同的，范無病提前跟廠里面打了招呼，讓他們安排一個(gè)方便的時(shí)間。
在王榮昌這里呆了兩天之后，范無病就帶著梓琪和童小蕓去了范氏的芯片制造基地，去參觀cpu的制造過程。
范氏的芯片制造基地，前后總投資超過了十億美元，由五千名工人歷時(shí)兩年多建造完成，期間一共使用了三萬噸鋼材和差不多十萬立方米的混凝土，鋪設(shè)了一百多萬米長(zhǎng)的線纜和二十萬米長(zhǎng)的管道。
這個(gè)制造基地的占地總面積約二十萬平方米，相當(dāng)于將近三十個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)，其中一級(jí)無塵室面積達(dá)到了四萬平方米。在這種大型無塵室里，每立方英尺空間內(nèi)不小于零點(diǎn)五微米的塵埃數(shù)目不允許超過一粒，比醫(yī)院手術(shù)室還要干凈一百倍。
為了保持無塵環(huán)境投入了很高成本，不過，并非所有的車間都需要這種無塵的環(huán)境。有趣的是，地面并非是我們平常所了解的硬地板。而是采用的一種類似于網(wǎng)狀的設(shè)計(jì)，但是非常的堅(jiān)固，目的是保持空氣的流通。房間的空氣，每四分鐘就要完全的更換一次。
經(jīng)過了非常嚴(yán)格而繁瑣的除塵以及其他環(huán)節(jié)之后，范無病和梓琪、童小蕓在廠方工程師的陪同下，進(jìn)入了其中的一個(gè)無塵車間，在這里工作人員必須穿防塵服，免得讓晶圓遭受污染。
他們遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看過去的時(shí)候，就發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處的技術(shù)人員懷里抱著一種盒子走來走去，據(jù)工程師介紹，這種盒子一般叫l(wèi)ot，里面裝的就是晶圓。那些技術(shù)人員要做的，就是把這個(gè)lot安裝在一個(gè)機(jī)器或者是叫處理工具當(dāng)中。
基于成本方面的考慮，只有l(wèi)ot入口是在無塵房間中，而其他部分是在低于無塵等級(jí)的cha色當(dāng)中。
在工程師的提醒下，梓琪她們特意留意了一下剛才提到的cha色”車間的地板，同時(shí)也注意到處理那些晶圓片的機(jī)器，也就是處理剛才技術(shù)人員抱著的lot。
整個(gè)工廠的無塵房間和機(jī)器數(shù)量是非常的可觀的，因?yàn)橹圃煲粋€(gè)cpu晶圓片的工藝過程是非常的復(fù)雜的。
一個(gè)pentium 4 cpu要使用二十六道光刻掩膜工序，每一個(gè)工序又需要很多的處理步驟，再加上攙雜以及金屬鍍層等，最后一個(gè)cpu制造工序就有上百道。
很多車間中需要使用紫外線照射，這是必不可少的，但是在無塵車間中通常要使用白光，而范無病他們剛參觀的那個(gè)無塵車間使用的則是橙色光，這又與其他的無塵車間使用的不同，據(jù)工程師解釋。這是因?yàn)檫@里是晶圓加工的初步工序，而原因是cpu的某一層對(duì)白光非常敏感。
工作人員不能直接的接觸晶圓片，而是要放在那叫l(wèi)ot的黑色方盒子中，每個(gè)盒子能放二十五張晶圓片。這種lot采用的是鋁質(zhì)材料做金屬層，顏色是黑的。
當(dāng)工作人員把lot放到處理機(jī)器當(dāng)中的時(shí)候，機(jī)器將會(huì)逐個(gè)的提取這二十五張晶圓片，處理完畢后再放回到lot中。
從一個(gè)無塵房間到另一個(gè)無塵房間，lot都是按照預(yù)定軌跡自動(dòng)的被傳送的。天花板上面有一條自動(dòng)軌道，那個(gè)軌道就是用來傳送lot的。
在某些條件下，lot是被直接的輸送到相應(yīng)的機(jī)器當(dāng)中，不需要人工的干預(yù)。在每臺(tái)機(jī)器上都有一個(gè)屏幕，方面技術(shù)人員觀察目前機(jī)器工作情況以及晶圓片處理到了哪種程度上。
在這里，最后的成品并非是電腦用戶最終使用的cpu，晶圓片當(dāng)中包含了很多的芯片，這些晶圓要被送到如其他裝配及測(cè)試工廠，在那里晶圓片將被切割，將個(gè)體芯片從上面分離下來，測(cè)試、貼標(biāo)并出貨，最后才到了電腦用戶手上。
在看到晶圓棒的時(shí)候，童小蕓問了一個(gè)很奇怪的問題，“為什么要做成圓的。而不做成方的呢？在切割的時(shí)候，圓形的邊角都會(huì)浪費(fèi)掉吧？”
旁邊兒的工程師立刻解釋道，“因?yàn)樵诠杼峒兊臅r(shí)候，原材料硅將被熔化，并放進(jìn)一個(gè)巨大的石英熔爐，這時(shí)向熔爐里放入一顆晶種，以便硅晶體圍著這顆晶種生長(zhǎng)，直到形成一個(gè)幾近完美的單晶硅。這種制作方法根據(jù)物理法則來說，最后成型的就是一個(gè)圓柱體，不能成為方的，把圓柱體切片，就成圓形了，不能想做什么形狀就做什么形狀。”
童小蕓聽了之后連連點(diǎn)頭，范無病就笑道，“其實(shí)我也不大清楚，不過我不好意思問出來罷了。”
所謂的切割晶圓，也就是用機(jī)器從單晶硅棒上切割下一片事先確定規(guī)格的硅晶片，并將其劃分成多個(gè)細(xì)小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都將成為一個(gè)cpu的內(nèi)核。
接下來就是影印，就是在經(jīng)過熱處理得到的硅氧化物層上面涂敷一種光阻物質(zhì)，紫外線通過印制著cpu復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)圖樣的模板照射硅基片，被紫外線照射的地方光阻物質(zhì)溶解。
再有就是蝕刻，用溶劑將被紫外線照射過的光阻物清除，然后再采用化學(xué)處理方式，把沒有覆蓋光阻物質(zhì)部分的硅氧化物層蝕刻掉，然后把所有光阻物質(zhì)清除，就得到了有溝槽的硅基片。
接著就是要分層了，為加工新的一層電路，再次生長(zhǎng)硅氧化物。然后沉積一層多晶硅，涂敷光阻物質(zhì)，重復(fù)影印、 蝕刻過程，得到含多晶硅和硅氧化物的溝槽結(jié)構(gòu)。
然后是離子注入，通過離子轟擊，使得暴露的硅基片局部摻雜，從而改變這些區(qū)域的導(dǎo)電狀態(tài)，形成門電路。接下來的步驟就是不斷重復(fù)以上的過程。一個(gè)完整的cpu內(nèi)核包含大約二十層，層間留出窗口，填充金屬以保持各層間電路的連接。完成最后的測(cè)試工作后，切割硅片成單個(gè)cpu核心并進(jìn)行封裝，一個(gè)cpu便制造出來了。
到了最后就是封裝，這是指安裝半導(dǎo)體集成電路中芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)導(dǎo)熱性能的作用。
芯片的封裝技術(shù)已經(jīng)歷了好幾代，技術(shù)指標(biāo)一代比一代先進(jìn)，包括改芯片面積與封裝面積之比越來越接近一比一，使用頻率越來越高，耐溫性能越來越好，引腳數(shù)增多，引腳間距減小，重量減小，可靠性大大提高，使用起來更加方便等等。
“目前絕大多數(shù)cpu都采用了一種翻轉(zhuǎn)內(nèi)核的封裝形式。也就是說平時(shí)我們所看到的cpu內(nèi)核其實(shí)是這顆硅芯片的底部，它是翻轉(zhuǎn)后封裝在陶瓷電路基板上的，這樣的好處是能夠使pu核心的另一面，也就是被蓋在陶瓷電路基板下面的那面要和外界的電路相連接。”工程師對(duì)三個(gè)人介紹道，“現(xiàn)在的cpu都有以千萬計(jì)算的晶體管，它們都要連到外面的電路上，而連接的方法則是將每若干個(gè)晶體管焊上一根導(dǎo)線連到外電路上。例如我們制造的cpu的引線數(shù)量為五千條，用于服務(wù)器的六十四位處理器則達(dá)到了七千五百條。”
眾人聽得連連贊嘆不已，事實(shí)上要在這么小的芯片上要安放這么多的焊點(diǎn)，這些焊點(diǎn)必須非常的小，設(shè)計(jì)起來也要非常的小心。
由于所有的計(jì)算都要在很小的芯片上進(jìn)行。所以cpu內(nèi)核會(huì)散發(fā)出大量的熱，核心內(nèi)部溫度可以達(dá)到上百度，而表面溫度也會(huì)有數(shù)十度，一旦溫度過高，就會(huì)造成cpu運(yùn)行不正常甚至燒毀，因此很多電腦書籍或者雜志都會(huì)常常強(qiáng)調(diào)對(duì)cpu散熱的重要性。
“cpu的成本究竟有多少錢？”梓琪問范無病道。
“這個(gè)問題，比較復(fù)雜一些——”范無病聽了之后也比較撓頭。
倒不是說怕說出來之后令大家感到眼紅，而是因?yàn)橹圃靋pu的成本計(jì)算起來確實(shí)比較復(fù)雜，并不是一句話就能夠說明問題的。
首先一個(gè)價(jià)格因素，就是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的薪資待遇問題，這是一個(gè)很大的投入，畢竟想要設(shè)計(jì)制造cpu，就必須要有一支實(shí)力很強(qiáng)大技術(shù)水平很高的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，沒有這個(gè)作為基礎(chǔ)，顯然是辦不成大事兒的。
其次就是晶圓制造成本的問題，一般而言，晶圓的直徑越大，則可以分割出來的cpu核心就越多，這樣一次性制造的成本就會(huì)降低，利潤(rùn)就會(huì)升高，在同樣的功耗下做出的半成品就越多，顯然意味著成本的下降。
以目前的八英寸晶圓來看，一張晶圓不過才能夠切割一百多塊兒cpu核心，而如果是換了十二英寸晶圓來切割，那就可以至少切割出來兩百八十片。
當(dāng)然了，如果是提升了光刻技術(shù)，精度再不斷提高之后，就可以縮小cpu核心的體積，使得單位面積上可以分割出來的數(shù)量更多一些。
一片十二寸晶圓的價(jià)格大概是七八千美元，以范氏投資集團(tuán)目前的最新技術(shù)來看，已經(jīng)試驗(yàn)成功的技術(shù)可以在十二英寸晶圓上切割出六百多片cpu核心來，這樣的話，成本就會(huì)下降很多，再加上其他方面的費(fèi)用，預(yù)計(jì)單片成本會(huì)降到三百塊人民幣之內(nèi)，而這可是范氏最新的功能最強(qiáng)的cpu核心技術(shù)。
“其實(shí)處理器的利潤(rùn)也不是很高，因?yàn)槌杀咎蟆Ｒ粋€(gè)工廠投資都是幾十億美元，再加上人工稅收和營運(yùn)開支，利潤(rùn)一般在兩成左右就不錯(cuò)了，如果經(jīng)營不好虧損也有可能。”范無病有些感慨地說了一句。
其實(shí)還有一點(diǎn)范無病沒有說出來，那就是一片十二寸的晶圓的價(jià)格七八千美元，那是國際市場(chǎng)的價(jià)格，事實(shí)上范氏的成本要遠(yuǎn)低于這個(gè)價(jià)格，同時(shí)現(xiàn)在范氏最新的研究技術(shù)正在將cpu核心體積繼續(xù)減小，估計(jì)一旦成功之后，一片十二英寸晶圓上可以切割出兩千片以上的cpu核心來，那樣的話，成本下降就非常厲害了。
當(dāng)然了，這些事情，既然還沒有辦成，那么也就沒有刻意拿出來炫耀的必要了，畢竟現(xiàn)在的外界，仍然是認(rèn)為范氏投資集團(tuán)的晶圓廠只能夠加工八英寸晶圓，而在事實(shí)上，范氏已經(jīng)有了制造十二英寸晶圓生產(chǎn)線的技術(shù)儲(chǔ)備，并且已經(jīng)在生產(chǎn)線的建設(shè)當(dāng)中。
根據(jù)范氏的研發(fā)團(tuán)隊(duì)的最新目標(biāo)，他們已經(jīng)在向十八英寸晶圓制造技術(shù)發(fā)起了挑戰(zhàn)。
從這一點(diǎn)上來將，范無病說自己的企業(yè)利潤(rùn)不高，只有兩成，倒是也不是謊話，因?yàn)槟壳按蟛糠值挠急环稛o病投進(jìn)了技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)線建設(shè)當(dāng)中去了。
“以前總是聽人說，cpu就是一堆沙子制造出來的，成本基本上為零，今天參觀了這里，才知道原來是這么復(fù)雜的一個(gè)制造過程——”童小蕓有些感慨地說道。
“這種話我也聽過。”范無病點(diǎn)頭表示道，“cpu的成本是一堆沙子，軟件的成本就是一張光盤，如果這個(gè)國家中大多數(shù)人都抱著這樣的想法，那么就很容易理解為什么創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)一片凋零了。”
不說微軟一個(gè)很虛無的東西要賣好幾千塊，當(dāng)初windows出世的時(shí)候，幾千個(gè)高級(jí)程序員蹲在那里整整寫了三年，這工資那里來？這些人吃什么？出來以后用戶不買賬，這風(fēng)險(xiǎn)誰擔(dān)？
同樣，人家把沙子變成d，都會(huì)和每個(gè)工程師簽下生死狀，包*終生，這錢哪里來？這都不算建廠、設(shè)備、銷售運(yùn)作等等成本和投入了。
“有些人壓根兒就看不到高科技的力量，要是所有的事情都是那么簡(jiǎn)單的話，怎么可能會(huì)有福布斯超級(jí)富豪榜這種東西存在？cpu雖然是建立在一堆沙子上的事業(yè)，卻也不是誰都做得了的。不尊重知識(shí)，就沒有出頭之日。”范無病搖了搖頭道。
“那你怎么解釋煤老板這個(gè)存在？”梓琪立刻反問道。
“這個(gè)——呃——”范無病頓時(shí)被問住了。
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