Selvom CPU'ernes måde kan virke som magi, er detresultatet af årtier med smart engineering. Efterhånden som transistorer - byggestenene til enhver mikrochip - krymper til mikroskopiske skalaer, bliver den måde, de produceres på, stadig mere kompliceret.
fotolitografi
Transistorer er nu så umulige små, atproducenter kan ikke bygge dem ved hjælp af normale metoder. Mens præcision drejebænke og endda 3D-printere kan skabe utroligt komplicerede kreationer, toppede de normalt på mikrometerniveauer af præcision (det er ca. en tredive tusindedel af en tomme) og er ikke egnede til nanometerskalaerne, hvor dagens chips er bygget.
Fotolitografi løser dette problem ved at fjernebehovet for at flytte komplicerede maskiner rundt meget præcist. I stedet bruger den lys til at etse et billede på chippen - som en vintage overheadprojektor, du muligvis finder i klasseværelserne, men omvendt, skalering af stencil ned til den ønskede præcision.
Billedet projiceres på en siliciumskive,som er bearbejdet til meget høj præcision i kontrollerede laboratorier, da enhver enkelt støvplet på skiven kan betyde at tabe tusinder af dollars. Skiven er belagt med et materiale kaldet en fotoresist, som reagerer på lyset og vaskes væk, hvilket efterlader en ætsning af CPU'en, der kan udfyldes med kobber eller doping til dannelse af transistorer. Denne proces gentages derefter mange gange, idet CPU'en opbygges meget som en 3D-printer ville opbygge lag plastik.
Problemerne med nanoskala-fotolitografi
Det betyder ikke noget, om du kan lave transistorermindre, hvis de faktisk ikke fungerer, og nano-skala-tech løber ind i en masse problemer med fysik. Transistorer skal stoppe strømmen af elektricitet, når de er slukket, men de bliver så små, at elektroner kan strømme gennem dem. Dette kaldes kvantetunneling og er et massivt problem for siliciumingeniører.
Mangler er et andet problem. Selv fotolitografi har et låg på dets præcision. Det er analogt med et sløret billede fra projektoren; det er ikke lige så klart, når det sprænges eller skrumpes ned. For tiden prøver støberierne at afbøde denne effekt ved at bruge ”ekstrem” ultraviolet lys, en meget højere bølgelængde, end mennesker kan opfatte, ved hjælp af lasere i et vakuumkammer. Men problemet vedvarer, når størrelsen bliver mindre.
Mangler kan undertiden afhjælpes med en proceskaldet binning - hvis defekten rammer en CPU-kerne, deaktiveres den kerne, og chippen sælges som en nedre ende del. Faktisk er de fleste lineups af CPU'er fremstillet ved hjælp af den samme plan, men har kerner deaktiveret og solgt til en lavere pris. Hvis fejlen rammer cachen eller en anden vigtig komponent, kan den chip muligvis blive smidt ud, hvilket resulterer i et lavere udbytte og dyrere priser. Nyere procesknudepunkter, ligesom 7nm og 10nm, vil have højere defekthastigheder og vil være dyrere som et resultat.
RELATEREDE: Hvad betyder "7nm" og "10nm" for CPU'er, og hvorfor er de vigtige?
Pakning af det
Det er mere end at pakke CPU'en til forbrugerbrugbare lægge den i en kasse med noget styrofoam. Når en CPU er færdig, er den stadig ubrugelig, medmindre den kan oprette forbindelse til resten af systemet. "Emballage" -processen henviser til metoden, hvor den delikate siliciumdyse er knyttet til PCB, som de fleste mennesker tænker på som ”CPU”.
Denne proces kræver meget præcision, men ikkelige så meget som de foregående trin. CPU-matricen er monteret på et siliciumplade, og elektriske forbindelser køres til alle stifterne, der kommer i kontakt med bundkortet. Moderne CPU'er kan have tusinder af stifter, hvor high-end AMD Threadripper har 4094 af dem.
Da CPU'en producerer en masse varme og børogså beskyttet forfra, er en "integreret varmespreder" monteret på toppen. Dette får kontakt med matricen og overfører varme til en køler, der er monteret ovenpå. For nogle entusiaster er den termiske pasta, der bruges til at oprette denne forbindelse, ikke god nok, hvilket resulterer i, at folk fortæller deres processorer om at anvende en mere premium-løsning.
Når det hele er samlet, kan det pakkesi faktiske kasser, klar til at ramme hylderne og blive spaltet ind i din fremtidige computer. Med hvor kompleks fremstillingen er, er det underligt, at de fleste CPU'er kun er et par hundrede dollars.
Hvis du er nysgerrig efter at lære endnu mere teknisk information om, hvordan CPU'er laves, kan du tjekke Wikichips forklaringer på litografiprocesser og mikroarkitekturer.
