Si bien la forma en que funcionan las CPU puede parecer mágica, esEl resultado de décadas de ingeniosa ingeniería. A medida que los transistores, los componentes básicos de cualquier microchip, se reducen a escalas microscópicas, la forma en que se producen se vuelve cada vez más complicada.
Fotolitografía
Los transistores ahora son tan imposiblemente pequeños quelos fabricantes no pueden construirlos usando métodos normales. Si bien los tornos de precisión e incluso las impresoras 3D pueden crear creaciones increíblemente complejas, generalmente alcanzan niveles de precisión de micrómetro (aproximadamente una treintamilésima de pulgada) y no son adecuados para las escalas nanométricas en las que se construyen los chips actuales.
La fotolitografía resuelve este problema eliminandola necesidad de mover maquinaria complicada con mucha precisión. En cambio, usa luz para grabar una imagen en el chip, como un retroproyector antiguo que puede encontrar en las aulas, pero a la inversa, reduce la plantilla a la precisión deseada.
La imagen se proyecta sobre una oblea de silicio,que se mecaniza con muy alta precisión en laboratorios controlados, ya que cualquier mota de polvo en la oblea podría significar perder miles de dólares. La oblea está recubierta con un material llamado fotorresistente, que responde a la luz y se lava, dejando un grabado de la CPU que puede rellenarse con cobre o doparse para formar transistores. Este proceso se repite muchas veces, al construir la CPU de manera muy similar a como una impresora 3D acumularía capas de plástico.
Los problemas con la fotolitografía de nanoescala
No importa si puedes hacer los transistoresmás pequeños si en realidad no funcionan, y la tecnología de nanoescala se encuentra con muchos problemas con la física. Se supone que los transistores detienen el flujo de electricidad cuando están apagados, pero se están volviendo tan pequeños que los electrones pueden fluir a través de ellos. Esto se llama túnel cuántico y es un problema enorme para los ingenieros de silicio.
Los defectos son otro problema. Incluso la fotolitografía tiene un límite en su precisión. Es análogo a una imagen borrosa del proyector; no es tan claro cuando explota o encoge. Actualmente, las fundiciones están tratando de mitigar este efecto mediante el uso de luz ultravioleta "extrema", una longitud de onda mucho mayor de lo que los humanos pueden percibir, utilizando láseres en una cámara de vacío. Pero el problema persistirá a medida que el tamaño se reduzca.
Los defectos a veces pueden mitigarse con un procesollamado binning: si el defecto golpea un núcleo de la CPU, ese núcleo se deshabilita y el chip se vende como una parte inferior. De hecho, la mayoría de las alineaciones de CPU se fabrican con el mismo modelo, pero tienen núcleos deshabilitados y se venden a un precio más bajo. Si el defecto golpea el caché u otro componente esencial, ese chip puede tener que desecharse, lo que resulta en un rendimiento más bajo y precios más caros. Los nodos de proceso más nuevos, como 7nm y 10nm, tendrán mayores tasas de defectos y como resultado serán más caros.
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Empaquetándolo
Empaquetar la CPU para uso del consumidor es más quesolo poniéndolo en una caja con un poco de espuma de poliestireno. Cuando finaliza una CPU, sigue siendo inútil a menos que se pueda conectar al resto del sistema. El proceso de "empaquetado" se refiere al método en el que el delicado molde de silicio se une a la PCB que la mayoría de la gente considera la "CPU".
Este proceso requiere mucha precisión, pero notanto como los pasos anteriores. El troquel de la CPU está montado en una placa de silicio, y las conexiones eléctricas se ejecutan en todos los pines que hacen contacto con la placa base. Las CPU modernas pueden tener miles de pines, y el AMD Threadripper de gama alta tiene 4094 de ellos.
Dado que la CPU produce mucho calor, y deberíaTambién debe protegerse desde la parte delantera, un "difusor de calor integrado" está montado en la parte superior. Esto hace contacto con el troquel y transfiere calor a un enfriador que está montado en la parte superior. Para algunos entusiastas, la pasta térmica utilizada para hacer esta conexión no es lo suficientemente buena, lo que resulta en que las personas deliran sus procesadores para aplicar una solución más premium.
Una vez que está todo junto, se puede empaquetaren cajas reales, listas para llegar a los estantes y ser colocadas en su computadora futura. Con lo compleja que es la fabricación, es sorprendente que la mayoría de las CPU sean solo un par de cientos de dólares.
Si tiene curiosidad por obtener aún más información técnica sobre cómo se hacen las CPU, consulte las explicaciones de Wikichip sobre procesos de litografía y microarquitecturas.
