中央处理器 (CPU) 的运作方式看似神秘，实则是数十年精巧工程的结晶。随着构成微芯片基础的晶体管尺寸不断缩小至微观尺度，其制造方法也变得愈加复杂。
光刻技术
如今，晶体管的尺寸极其微小，传统制造方法已无法满足需求。虽然精密车床甚至 3D 打印机都能制作出高度复杂的物件，但其精度通常仅能达到微米级别（约千分之一英寸），难以应用于制造当今纳米级芯片。
光刻技术巧妙地解决了这一难题，它无需精确移动复杂的机器，而是利用光线将图像蚀刻到芯片上。这类似于老式投影仪的工作原理，但其作用相反，是将模板缩小到所需的精度。
图像被投射到硅晶圆上，而硅晶圆是在受控实验室中以极高精度加工的。这是因为晶圆上的任何微小灰尘都可能造成数千美元的损失。晶圆表面涂有一层称为光刻胶的材料，该材料在光照下会发生反应并被冲洗掉，从而留下 CPU 的蚀刻轮廓。这些轮廓随后会被填充铜或合金，并通过掺杂形成晶体管。这个过程会重复多次，如同 3D 打印机逐层构建塑料层一般构建 CPU。
纳米级光刻的挑战
即便晶体管能够无限缩小，若其无法正常工作也毫无意义。纳米级技术面临着诸多物理学上的难题。晶体管在关闭状态下理应停止电流，但当其尺寸变得极小时，电子可能会直接穿过它们，这种现象被称为量子隧穿，这对硅工程师来说是一个巨大的挑战。
缺陷是另一个问题。即使是光刻技术也存在其精度上限。这就像投影仪投射的模糊图像，放大或缩小时都会变得不够清晰。目前，代工厂正尝试利用“极紫外线”技术，其波长远高于人类感知范围，并利用真空室中的激光进行操作。然而，随着尺寸的不断缩小，问题将持续存在。
有时可以通过一种称为“binning”的过程来缓解缺陷。如果缺陷出现在 CPU 内核中，则该内核会被禁用，并且该芯片会作为低端产品出售。事实上，大多数 CPU 产品线都是使用相同的蓝图制造的，但部分内核会被禁用并以较低的价格出售。如果缺陷影响到缓存或其他关键组件，则该芯片可能不得不被报废，从而导致产量下降和价格昂贵。较新的工艺节点，例如 7 纳米和 10 纳米，缺陷率更高，因此也更加昂贵。
封装过程
将 CPU 封装供消费者使用，不仅仅是简单地将其放入装有泡沫塑料的盒子中。即使 CPU 制造完成，若无法连接到系统的其他部分，它仍然毫无用处。“封装”过程是指将精密的硅芯片连接到我们通常所说的“CPU”的 PCB 上的方法。
这个过程需要高度的精度，但不如前面的步骤那么严格。CPU 芯片被安装在硅板上，并与主板接触的所有引脚都有电气连接。现代 CPU 可能有数千个引脚，高端 AMD Threadripper 甚至有 4094 个。
由于 CPU 会产生大量热量，并且还需要保护其正面，因此顶部安装了“集成散热器”。散热器与芯片接触并将热量传递到安装在顶部的散热器。对于一些发烧友来说，用于进行这种连接的导热膏还不够好，导致人们去除他们的处理器，以便应用更优质的散热解决方案。
一切组装好后，就可以将其包装到实际的盒子中，准备上架并安装到您的未来计算机中。考虑到其制造过程的复杂性，大多数 CPU 仅需数百美元，这确实是一个奇迹。