Bár a CPU működése varázslatosnak tűnik, az azévtizedes okos mérnöki eredmények. Mivel a tranzisztorok - bármilyen mikrochip építőelemei - mikroszkopikus léptékre zsugorodnak, a gyártásuk módja egyre bonyolultabbá válik.
Fotolitográfia
A tranzisztorok most annyira lehetetlenül kicsi, hogya gyártók nem tudják őket normál módszerekkel építeni. Míg a precíziós esztergagépek és akár a 3D nyomtatók hihetetlenül bonyolult alkotásokat készíthetnek, általában mikrométer pontossággal (azaz egy hüvelyk harmincezede) körül vannak, és nem alkalmasak azoknak a nanométeres mérlegeknek, amelyekre a mai chipek épülnek.
A fotolitográfia megoldja ezt a problémát az eltávolítás útjána bonyolult gépek nagyon pontos mozgatásának szükségessége. Ehelyett fényt használ a kép réselésére a chipre - mint egy vintage fényvetítő, amelyet az osztálytermekben találhat, de fordítva, a sablon méretét a kívánt pontosságig méretezi.
A képet egy szilícium ostyára vetítik,amelyet nagyon nagy pontossággal megmunkálnak az ellenőrzött laboratóriumokban, mivel minden ostyalap az ostyán több ezer dolláros veszteséget jelenthet. Az ostya egy fényreakciónak nevezett anyaggal van bevonva, amely reagál a fényre, és kimosódik. A CPU maratása megmaradhat rézrel vagy adalékolva tranzisztorok kialakításához. Ezt a folyamatot sokszor megismételjük, a CPU felépítése ugyanúgy, mint egy 3D nyomtató felépíti a műanyag rétegeket.
A nano-méretű fotolitográfia kérdései
Nem számít, hogy elkészítheti-e a tranzisztorokatkisebbek, ha valójában nem működnek, és a nanoméretű technológia sok kérdést vet fel a fizikával kapcsolatban. A tranzisztorok állítólag megállítják az áram áramlását, amikor kikapcsolnak, de olyan kicsikké válnak, hogy az elektronok át tudnak áramolni rajtuk keresztül. Ezt kvantum-alagútnak hívják, és a szilícium mérnökök számára óriási probléma.
A hibák egy másik probléma. Még a fotolitográfia is korlátozza pontosságát. Hasonló a kivetítő homályos képéhez; nem egészen olyan világos, amikor felrobbantják vagy lehajolják. Jelenleg az öntödék ezt a hatást „extrém” ultraibolya fény alkalmazásával próbálják enyhíteni, sokkal nagyobb hullámhosszon, mint amit az emberek érzékelnek, lézerekkel vákuumkamrában. De a probléma továbbra is fennáll, mivel a méret egyre kisebb lesz.
A hibákat esetenként enyhíteni lehet egy eljárássalúgynevezett binningnek - ha a hiba egy CPU-magot érint, akkor a mag le van tiltva, és a chipet alsó részként adják el. Valójában a legtöbb CPU sorozatot ugyanazon terv alapján gyártják, de a magok le vannak tiltva, és alacsonyabb áron adják el őket. Ha a hiba eltalálja a gyorsítótárat vagy más lényeges elemet, előfordulhat, hogy ki kell dobni ezt a chipet, ami alacsonyabb hozamot és drágább árakat eredményez. Az újabb folyamatcsomópontok, mint például a 7 nm és a 10 nm, nagyobb hibaaránygal rendelkeznek, és ennek eredményeként drágábbak lesznek.
ÖSSZEFÜGGŐ: Mit jelent a „7nm” és a „10nm” a CPU-k számára, és miért számítanak?
Csomagoljuk
A CPU fogyasztói felhasználásra történő csomagolása több mintcsak dobozba tesszük némi polisztirolhabbal. Ha elkészült a CPU, akkor is használhatatlan, hacsak nem tud csatlakozni a rendszer többi részéhez. A „csomagolási” eljárás arra a módszerre utal, amelyben az érzékeny szilícium-szerszámot a PCB-hez erősítik, amelyet a legtöbb ember „CPU-nak” tart.
Ez a folyamat nagy pontosságot igényel, de nemannyira, mint az előző lépések. A CPU szerszámot szilikon táblára szerelik fel, és az összes elektromos csatlakozást az összes érintkezőhöz vezetik, amelyek érintkeznek az alaplaplal. A modern CPU-k több ezer érintkezővel rendelkezhetnek, ezekből a csúcskategóriás AMD Threadripperből 4094 van.
Mivel a CPU sok hőt termel, és ennek kelleneelölről is védeni kell, egy „integrált hőszóró” van felszerelve a tetejére. Ez érintkezésbe lép a szerszámmal, és továbbítja a hőt egy tetejére felszerelt hűtőbe. Néhány rajongó számára az ehhez a kapcsolathoz használt hőpaszta nem elég jó, ami azt eredményezi, hogy az emberek felszólítják a feldolgozóikat egy prémium szintű megoldás alkalmazására.
Miután összeállt, csomagolhatóvalódi dobozokba, készen áll a polcok elérésére és a jövőbeli számítógépbe való beillesztésre. A gyártás bonyolultsága miatt csoda, hogy a legtöbb processzor csupán néhány száz dollár.
Ha kíváncsi, hogy még több műszaki információt szerezzen a CPU-k készítéséről, akkor nézd meg a Wikichip magyarázatait a litográfiai folyamatokról és a mikroarchitektúrákról.
