¿De qué están hechos los chips de los teléfonos móviles?~~~
1. Diseño de chip
1. Diseño de chip HDL
El diseño de la arquitectura del chip se realiza generalmente a través de un lenguaje de diseño de hardware especializado (HDL). completo, el llamado lenguaje de diseño de hardware (HDL) es un lenguaje que se utiliza para describir procesos de hardware. Verilog y VHDL se utilizan actualmente con más frecuencia. Los códigos escritos en estos lenguajes se pueden sintetizar utilizando sintetizadores especializados para generar diagramas de cableado y diagramas de diseño de circuitos de puertas lógicas, que son la base principal para la futura producción de las fundiciones de chips. En términos generales, no tenemos contacto con el lenguaje de diseño de hardware (HDL). Aquí solo se lo presentaré: no existe una gran diferencia entre HDL y C en la forma del código del programa, pero las funciones reales son completamente diferentes. , las funciones básicas en el lenguaje Verilog Una declaración:
always@(posedge clock) Q lt = D
Esto es equivalente a una declaración de juicio condicional en lenguaje C, lo que significa; cuando el reloj tiene una señal de flanco ascendente La señal de salida 'D' se almacena en 'Q'.
Este tipo de declaración describe la forma básica de intercambio de datos entre caché y memoria compuesta por circuitos flip-flop, y el software de síntesis se basa en los principios de funcionamiento de los circuitos de puerta descritos en estos códigos para generar circuitos. . En la etapa de diseño del chip, los ingenieros básicamente diseñan todas las unidades de trabajo del chip escribiendo código HDL en lenguaje Verilog, que también determina todas las características técnicas que el chip puede soportar. Esta fase suele durar de 3 a 4 meses (dependiendo del tamaño del proyecto del chip) y es la base de todo el proceso de diseño.
2. Depuración del diseño del chip
Después de completar el trabajo anterior, se ingresa a la etapa de verificación del diseño del producto, que generalmente dura de uno a dos meses. La tarea de esta etapa es asegurar que el diseño del chip finalmente entregado a la fundición no tenga defectos, que es lo que solemos llamar "bugs" del producto. Esta etapa es un paso muy importante para cualquier empresa de diseño de chips, porque si se verifica que el diseño del chip no funciona como fue diseñado después de ser puesto en producción, no solo significará un rediseño. Todo el proceso de verificación se divide en varios procesos: se utilizan pruebas funcionales básicas para verificar si todas las puertas del chip funcionan normalmente y se utilizan pruebas de simulación de carga de trabajo para confirmar si la combinación de puertas puede cumplir con los requisitos de rendimiento. Por supuesto, no existe un chip real en el sentido físico en este momento, y todas estas pruebas todavía se simulan mediante programas escritos en HDL.
3. Análisis del diseño del chip
El siguiente trabajo de verificación comenzó a realizarse por separado y en paralelo. Un equipo fue responsable del análisis de sincronización estática del circuito del chip para garantizar que. el chip terminado podía alcanzar la frecuencia principal diseñada; el otro equipo era responsable del análisis de temporización estática del circuito del chip. Un equipo está formado principalmente por ingenieros de circuitos analógicos para analizar y modificar circuitos de almacenamiento y circuitos de energía. En comparación con la corrección de circuitos digitales, el trabajo de los ingenieros analógicos es mucho más difícil: tienen que realizar una gran cantidad de números complejos, ecuaciones diferenciales y análisis de señales, lo que supone un dolor de cabeza incluso con la ayuda de ordenadores y software profesional. Nuevamente, gran parte del trabajo de prueba y verificación en este punto se realiza en simulación y, en última instancia, cuando se realiza todo lo anterior, una lista de cableado y un diagrama de circuito completos generados por software completan el trabajo a nivel de puerta para la producción de chips.
4. Verificación de FPGA
Pero el diseñador del chip gráfico no entregará inmediatamente este programa al fabricante porque tiene que pasar por pruebas finales, que es lo que solemos llamar FPGA (Campo). Programmable Gate Array) conjunto de puertas programables en campo para verificar la función final del diseño. Para un chip súper complejo que integra más de 100 millones de transistores, todo el proceso de diseño y pruebas de simulación utilizando el lenguaje de diseño de hardware (HDL) requiere ejecutar repetidamente miles de millones de instrucciones que describen todo el chip y almacenar una cantidad verdaderamente "masiva" de datos, por lo que el el hardware que realiza tareas relacionadas debe soportar pruebas casi duras.
2. Fabricación de chips
Según las necesidades de diseño, se genera el diseño del programa de chip y luego se muestrean.
1. Oblea de silicio, la materia prima del chip
La oblea de silicio está compuesta por un elemento de silicio, que se extrae de la arena de cuarzo y se fabrica mediante la purificación del elemento de silicio (99,999). ), seguido de convertir algo de silicio puro en varillas de silicio, que se convierten en materiales semiconductores de cuarzo para fabricar circuitos integrados. Cortar las obleas de silicio es producir obleas de silicio de acuerdo con las necesidades específicas del chip. Cuanto más delgada es la oblea, menor es el costo de producción, pero mayores son los requisitos del proceso.
2. Recubrimiento de oblea
El recubrimiento de oblea puede resistir la oxidación y las altas temperaturas. El material es fotorresistente.
3. Revelado y grabado de fotolitografía de oblea.
Este proceso utiliza productos químicos sensibles a los rayos ultravioleta, que se ablandan cuando se exponen a la luz ultravioleta. La forma del chip se puede obtener controlando la posición de la máscara. El fotorresistente se recubre sobre una oblea de silicio y se deja que se disuelva bajo luz ultravioleta. El método específico consiste en aplicar primero una parte de la mascarilla para disolver la parte expuesta a los rayos UV directos y luego lavar la parte disuelta con un disolvente. Luego use solvente para lavar la parte disuelta, de modo que la parte restante tenga la misma forma que la mascarilla, que es exactamente el efecto que queremos. Esto nos da la capa de dióxido de silicio que necesitamos.
4. Impurezas dopantes
A la oblea se le implantan iones para generar los correspondientes semiconductores de P y N.
El proceso específico comienza con un área desnuda en la oblea y coloca una mezcla de iones químicos. Este proceso cambia la forma en que las regiones dopadas conducen la electricidad, permitiendo que cada transistor pase, desconecte o transporte datos. Los chips simples se pueden fabricar con una sola capa, pero los chips complejos suelen tener muchas capas y este proceso debe repetirse repetidamente para conectar diferentes capas a través de ventanas. Esto es similar a una placa de circuito impreso hecha a partir de un principio de fabricación multicapa. Los chips más complejos pueden requerir más de una capa de dióxido de silicio, en cuyo caso la estructura tridimensional debe formarse repitiendo la fotolitografía y los procesos anteriores.
5. Prueba de la oblea
Después del proceso anterior, la oblea forma granos en forma de rejilla. Las características eléctricas de cada troquel se verifican mediante pruebas de pinchazo. Generalmente, cada chip tiene una gran cantidad de granos y organizar el patrón de prueba de pines es un proceso muy complejo, que requiere intentar construir un patrón de producción en masa cuando se producen chips con las mismas especificaciones. Cuanto mayor es la cantidad, menor es el costo relativo, lo que también es un factor por el cual el costo de los equipos de chips convencionales es alto.
6. Embalaje
Después de fabricar la oblea, los pasadores se fijarán y unirán, y se fabricarán en varias formas de embalaje según las necesidades. Lata de núcleo de chip Hay razones para diferentes formas de embalaje. Por ejemplo, DIP, QFP, PLCC, QFN, etc. Esto está determinado principalmente por factores externos como los hábitos de aplicación del usuario, el entorno de la aplicación, la forma del mercado, etc.
7. Prueba y embalaje
Después del proceso anterior, se ha completado la producción del chip. Este paso consiste en probar el chip, eliminar los productos defectuosos y empaquetarlo.
3. Prueba funcional del chip
Después de completar los pasos anteriores, el chip ha sido fabricado y el siguiente paso es la verificación del chip.
Normalmente el Es necesario conectar el chip a la PCB y verificar si cada función es normal paso a paso.