على الرغم من أن الطريقة التي تعمل بها وحدات المعالجة المركزية قد تبدو سحرية ، فإنها كذلكنتيجة عقود من الهندسة الذكية. مع تحول الترانزستورات - اللبنات الأساسية لأي رقاقة - إلى المقاييس المجهرية ، فإن طريقة إنتاجها تزداد تعقيدًا.
الليثوغرافيا الضوئية
الترانزستورات هي الآن صغيرة جدا مستحيللا يمكن للمصنعين إنشاءها باستخدام الطرق العادية. في حين أن المخارط الدقيقة وحتى الطابعات ثلاثية الأبعاد يمكنها أن تصنع إبداعات معقدة بشكل لا يصدق ، إلا أنها عادةً ما تتفوق على مستويات ميكرومتر من الدقة (أي حوالي واحد وثلاثين في البوصة) ولا تناسب المقاييس النانوية التي تصنع فيها رقائق اليوم.
الطباعة الضوئية يحل هذه المشكلة عن طريق إزالةالحاجة إلى تحريك الآلات المعقدة بدقة شديدة. بدلاً من ذلك ، يستخدم الضوء لحفر صورة على الرقاقة - مثل جهاز عرض ضوئي عتيق قد تجده في الفصول الدراسية ، ولكن في الاتجاه المعاكس ، يخفض الاستنسل إلى الدقة المطلوبة.
يتم إسقاط الصورة على رقاقة سيليكون ،التي يتم تشكيلها بدقة عالية للغاية في المختبرات التي تسيطر عليها ، لأن أي بقعة واحدة من الغبار على الرقاقة قد يعني خسارة على الآلاف من الدولارات. يتم طلاء الرقاقة بمادة تسمى مقاوم الضوء ، والتي تستجيب للضوء ويتم غسلها بعيدًا ، مما يترك نقشًا لوحدة المعالجة المركزية التي يمكن ملؤها بالنحاس أو المنشطات لتشكيل الترانزستورات. ثم تتكرر هذه العملية عدة مرات ، حيث أن بناء وحدة المعالجة المركزية يشبه إلى حد كبير الطابعة ثلاثية الأبعاد التي من شأنها بناء طبقات من البلاستيك.
القضايا مع الطباعة النانومترية على نطاق النانو
لا يهم إذا كنت تستطيع عمل الترانزستوراتأصغر إذا لم يعملوا بالفعل ، والتقنية النانوية تواجه الكثير من المشكلات مع الفيزياء. من المفترض أن توقف الترانزستورات تدفق الكهرباء عندما تكون متوقفة ، لكنها تصبح صغيرة جدًا بحيث يمكن للإلكترونات أن تتدفق عبرها مباشرة. وهذا ما يسمى نفق الكم ، ويمثل مشكلة كبيرة لمهندسي السيليكون.
العيوب هي مشكلة أخرى. حتى الطباعة الليثوغرافية لها غطاء على دقتها. إنه مماثل لصورة ضبابية من جهاز العرض ؛ ليس واضحًا تمامًا عند التفجير أو الانكماش. تحاول المسابك حاليًا التخفيف من هذا التأثير باستخدام الأشعة فوق البنفسجية "المتطرفة" ، وهو طول موجي أعلى بكثير مما يمكن للإنسان إدراكه ، باستخدام الليزر في غرفة مفرغة. لكن المشكلة ستستمر حيث يصبح الحجم أصغر.
يمكن في بعض الأحيان تخفيف العيوب من خلال العمليةيسمى binning - إذا وصل العيب إلى نواة وحدة المعالجة المركزية ، يتم تعطيل هذا النواة ، ويتم بيع الشريحة كجزء أدنى. في الواقع ، يتم تصنيع معظم تشكيلة وحدات المعالجة المركزية (CPU) باستخدام نفس المخطط ، ولكن تم تعطيل النوى وبيعها بسعر أقل. إذا وصل العيب إلى ذاكرة التخزين المؤقت أو مكون أساسي آخر ، فقد يتعين التخلص من هذه الشريحة ، مما يؤدي إلى انخفاض العائد وارتفاع الأسعار. العقد الأحدث ، مثل 7nm و 10 nm ، سيكون لها معدلات خلل أعلى وستكون أكثر تكلفة نتيجة لذلك.
ذات صلة: ماذا تعني كلمة "7nm" و "10nm" بالنسبة لوحدات المعالجة المركزية ، ولماذا يهمنا؟
التعبئة والتغليف لأعلى
التعبئة والتغليف وحدة المعالجة المركزية للاستخدام المستهلك هو أكثر منمجرد وضعه في صندوق مع بعض الستايروفوم. عند الانتهاء من وحدة المعالجة المركزية ، لا تزال غير مجدية ما لم تتمكن من الاتصال بباقي النظام. تشير عملية "التغليف" إلى الطريقة التي يتم بها ربط قالب السيليكون الرقيق بالثنائي الفينيل متعدد الكلور الذي يعتقد معظم الناس أنه "وحدة المعالجة المركزية".
هذه العملية تتطلب الكثير من الدقة ، ولكن ليسبقدر الخطوات السابقة. يتم تثبيت وحدة المعالجة المركزية يموت على لوحة السيليكون ، ويتم تشغيل التوصيلات الكهربائية لجميع المسامير التي تتصل اللوحة الأم. يمكن أن تحتوي وحدات المعالجة المركزية الحديثة على آلاف الدبابيس ، مع وجود 409 منهم من AMD Threadripper.
منذ وحدة المعالجة المركزية تنتج الكثير من الحرارة ، وينبغيوأيضًا تكون محمية من الأمام ، حيث يتم تثبيت "مفرشة حرارة مدمجة" في الأعلى. هذا يجعل الاتصال مع القالب وينقل الحرارة إلى مبرد مثبت على القمة. بالنسبة إلى بعض المتحمسين ، فإن المعجون الحراري المستخدم في إجراء هذا الاتصال ليس جيدًا بما فيه الكفاية ، مما يؤدي إلى تخلي الأشخاص عن معالجاتهم لتطبيق حل أكثر تميزًا.
بمجرد وضعه معًا ، يمكن تعبئتهفي الصناديق الفعلية ، وعلى استعداد لضرب الرفوف وسيتم شقها في جهاز الكمبيوتر الخاص بك في المستقبل. مع التعقيد الذي تتسم به عملية التصنيع ، من الغريب أن معظم وحدات المعالجة المركزية ليست سوى بضع مئات من الدولارات.
إذا كنت مهتمًا بمعرفة المزيد من المعلومات الفنية حول كيفية تصنيع وحدات المعالجة المركزية ، فراجع توضيحات Wikichip لعمليات الطباعة الحجرية والبنى الدقيقة.
