说透芯片
邵巍
前ARM中国区服务器与生态系统市场总监 前阿里平头哥高级产品经理
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开篇词 (1讲)
开篇词 | 为什么你一定要了解芯片行业
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芯片基础知识 (4讲)
01 | 核心概念:从晶体管到集成电路到摩尔定律
02 | 从一部iPhone手机看芯片的分类
03 | 芯片设计:一颗芯片到底是如何诞生的(上)
04 | 芯片制造:一颗芯片到底是如何诞生的(下)
说透芯片
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04 | 芯片制造:一颗芯片到底是如何诞生的(下)

邵巍 2021-05-26
你好,我是邵巍。
上一讲,我带你从市场需求分析开始,完成了一颗芯片的设计。但是到此时,这颗芯片,还是一个纸上的产品,这一讲,我就带你从晶圆制造到封装测试,历遍芯片的完整制造流程。
芯片是这个世界上最复杂的工程,也是最高精尖的制造工艺。上一讲我跟你说过 iPhone 的 A11 处理器,大约在 88 平方毫米的面积上,集成了 43 亿个晶体管。43 亿个晶体管是什么概念呢?如果一秒钟制造一个晶体管的话,制造 43 亿晶体管需要 136 年。
如果仔细看每个晶体管,都是由硅基底(Silicon Substrate)、氧化层(Oxide)、鳍(Fin)、栅(Gate)构成的。鳍的高度,宽度都在十几、几十纳米;栅极长度,高度也在几十纳米的范围之内,是非常精致的纳米级器件。下图已经是简化过的抽象模型,随着半导体工艺的演进,实际的器件,其实比下图要更加复杂。
而芯片的制造,就是要在平方毫米的尺寸上,制造上亿个纳米级晶体管的过程。我们在讲芯片的物理实现的时候说过,每个晶体管,都是被工程师们精心设计,放置在特定的位置上,要完成一定功能的,因此在制造过程中,任何一个晶体管的失效,都会导致最终芯片的一部分,或者整个芯片的失效。
对于整个芯片的制造过程,我给你分了三个步骤让你理解,包括上游的晶圆材料准备,中游的晶圆加工,和下游的封装与测试。开头我给你展示了一张流程图,图中把晶圆制造和封装测试分成两步了,这里我换一种说法,分为上中下游,你也许能更好理解。我们一步一步来拆解。
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精选留言(12)

  • 送过快递的码农
    芯片制造应该是整个流程中我认为是至关重要的一环。。。他决定了之前的设计能不能落地,参考海思就知道了。也就是 我们痛了,才知道全产业链的重要性

    作者回复: 也有道理,短板就是重点。

    2021-05-26
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  • 詹姆斯Li
    美国制造业外迁是大范围的,不仅是芯片,对不对我觉得可以看3个层面,
    站在企业角色做战略聚焦,把经历放在利润更大的上游无可厚非,但是这样要保证研发设计方向不能踏空,比如intel在移动互联方面和ai方面就有点踏空,导致现在有点落后了。
    站在国家角度属于战略失误吧,整体产业控制力减弱,就业也受影响,
    站在国际角度供应链协作,生态开放,优势互补是我觉得正确的

    作者回复: 同意,国家战略角度必须干预,不能放任企业按经济规律办事。

    2021-05-26
    1
  • kai
    邵老师好,能分析下intel和amd各自芯片的优缺点么,感觉intel是一路领先,他的优势在哪?amd在制程提升后,有反超的势头,但是优势也不明显,是为什么
    2021-05-27
  • iLeGeND
    摩尔定律不是对结果现象的大致描述吗?怎么还能当公式去做为原因倒推结果呢
    2021-05-27
  • Skysper
    台积电怎么底蕴这么厚?
    2021-05-27
  • 宝木山石
    邵老师您好,我干了MCU系统与应用工程十多年了,但对芯片的来龙去脉一直缺少全面了解,听了您的课觉得很开阔眼界。您现在有兴趣出山来定义高端MCU芯片吗?比如像i.MX RT1170这类的后续roadmap。现在我们缺人,您如果有兴趣,可以联系我,rocky.song@nxp.com
    2021-05-26
  • fy
    最近intel换帅了,时隔工作30多年的帕特再次回来上任,股价撑撑往上涨,同时还开展IDM2.0战略

    作者回复: 希望Pat能实现中兴 ... ...不过短期,业绩比较难看。

    2021-05-26
  • 开心的派大星
    什么事情做到极致,或多或少都有自己的小细节rick,如果不按照那么做,可能不work,如果把这些累积起来也能称为知识产权了

    作者回复: 同意,都是知识财富。

    2021-05-26
  • springXu
    芯片制造业是技术前沿阵地也是相当重要的环节。
    说说生产技术难点。现在的光刻技术,接近到原子的宽度了。在这么小的宽度下做文章技术难度可想而知。也就是如此之小,容易产生电子迁移的问题导致成芯片的下降。
    再来看看一个真是的例子。如果生产工艺没有提升的话,这个例子就是intel了,cpu的性能这十年来都被骂是挤牙膏,有部分原因就是生产工艺的落后。看看苹果自研发之路到m1芯片,不提设计水平光谈生产工艺,现在提升到了5nm。也就是说intel与苹果在同等面积下堆放的晶体管少了太多太多。 苹果m1的集成度把内存16g一起放到了die中,这生产工艺下intel做设计,x86cpu下一般不会考虑内存的集成,是不是又可以轻松许多呢。所以可以说生产工艺决定了顶级芯片水平。
    美国将生产制造放到亚洲可以说是他对芯片生产的掌控能力的下降,也是他的失误。

    作者回复: Intel的sapphire rapids 会集成HBM……也很厉害

    2021-05-26
  • Payne
    IBM出2nm芯片了

    作者回复: IBM研发出2nm的工艺流程(类似于IP),要晶圆厂落地量产,良率达到一定程度,才算是“有2nm的芯片”

    2021-05-26
  • 彭海民⬆️
    对于芯片这种高精尖的产品,它的制造环节和设计环节的重要性相当。
    美国公司放弃 IDM 模式,将生产制造环节转到亚洲的这个做法对整体行业的发展是好的,美国公司专注顶层设计,依然能保持行业龙头地位。但是分工越细,竞争对手想要赶超就只需单点突破,理论上更容易被超越?

    作者回复: 美国公司专注设计是因为利润更高。设计上想超越,也不容易... ...特别是芯片设计和软件生态强强联手的时候。

    2021-05-26
  • 小杰
    像前面某个同学所讲,芯片设计,生产,制造,测试这些流程都是皇冠上的明珠,都很重要。

    从产业快速发展的角度上讲,分工协作是大势所趋,可以推动技术快速更新迭代,这一点从Intel制程跟台积电的差距可以看出来。

    从多数的美国公司的角度上看,生产制造放在亚洲是一件很合理的事情,从老师的图上看,东亚在生产制造相关的布局投入是很完善的。距离也近,交通便利,形成产业链的聚集效应。尤其是我们国家,为了发展芯片产业,政策,土地,审批,后勤保障全部都不用担心,从业人员也是吃苦耐劳,具备了很强的基础优势。

    但经济层面是这么讲,经过贸易战,卡脖子事件后,芯片产业被提到国家安全的层面上了。作为国家安全角度上讲,美国现在就在扶持高端制造业回流美国本土,芯片行业后续的分工协作形式会发生变化。而我们在认清形势后,也必须过苦日子,加大研发投入力度,逐渐补上我们的薄弱环节。

    作者回复: 同意,经济层面只是一方面,国家安全层面的重要度又不一样。

    2021-05-26
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