Kaut arī CPU darbība var šķist maģiska, tā irgadu desmitiem ilgas gudras inženierijas rezultāts. Tā kā tranzistori - jebkura mikroshēmas pamatelementi - sarūk līdz mikroskopiskiem mērogiem, to ražošanas veids kļūst arvien sarežģītāks.
Fotolitogrāfija
Tranzistori tagad ir tik neiespējami mazi, karažotāji tos nevar izveidot, izmantojot parastās metodes. Kaut arī augstas precizitātes virpas un pat 3D printeri var radīt neticami sarežģītus darbus, parasti tie tiek izvirzīti mikrometriskā precizitātes līmenī (tas ir apmēram trīsdesmit tūkstošdaļas collas) un nav piemēroti nanometru svariem, pie kuriem tiek būvētas mūsdienu mikroshēmas.
Fotolitogrāfija šo problēmu atrisina, noņemotnepieciešamība ļoti precīzi pārvietot sarežģītas mašīnas. Tā vietā tas izmanto gaismu, lai attēlu kodinātu uz mikroshēmas - piemēram, kā antīko gaismu projektoru, kādu jūs varētu atrast klasēs, bet pretēji - samazinot trafaretu līdz vajadzīgajai precizitātei.
Attēls tiek projicēts uz silīcija vafeles,kas ļoti precīzi tiek izgatavots kontrolētās laboratorijās, jo katrs atsevišķs putekļu plankums uz vafeles varētu nozīmēt zaudēt tūkstošiem dolāru. Vafele ir pārklāta ar materiālu, ko sauc par fotorezistu, kas reaģē uz gaismu un tiek mazgāts, atstājot CPU kodināšanu, ko var piepildīt ar varu vai leģēt, veidojot tranzistorus. Pēc tam šo procesu atkārto daudzas reizes, veidojot centrālo procesoru līdzīgi kā 3D printeris veidotu plastmasas slāņus.
Nano mēroga fotolitogrāfijas problēmas
Nav svarīgi, vai jūs varat izgatavot tranzistorusmazāki, ja tie faktiski nedarbojas, un nano mēroga tehnoloģija rada daudz problēmu ar fiziku. Paredzēts, ka tranzistori aptur elektrības plūsmu, kad tie ir izslēgti, bet tie kļūst tik mazi, ka caur tiem var plūst elektroni. To sauc par kvantu tunelēšanu, un tā ir milzīga problēma silīcija inženieriem.
Defekti ir vēl viena problēma. Pat fotolitogrāfijai ir precīza robeža. Tas ir analogs projektora izplūdušam attēlam; tas nav tik skaidrs, kad uzspridzināts vai sarukts. Šobrīd lietuves mēģina mazināt šo efektu, izmantojot “ekstrēmo” ultravioleto gaismu, kas ir daudz lielāks viļņa garums, nekā cilvēki spēj uztvert, izmantojot lāzerus vakuuma kamerā. Bet problēma saglabāsies, jo lielums samazinās.
Defektus dažreiz var mazināt, izmantojot procesuko sauc par binning - ja defekts nonāk CPU kodolā, tas tiek atspējots un mikroshēma tiek pārdota kā apakšējā gala daļa. Faktiski lielākajai daļai CPU sortimentu tiek ražots, izmantojot to pašu projektu, bet ir atspējoti serdeņi un tie tiek pārdoti par zemāku cenu. Ja defekts nonāk kešatmiņā vai citā būtiskā komponentā, šī mikroshēma, iespējams, būs jāizmet, kā rezultātā zemāka raža un dārgākas cenas. Jaunākiem procesa mezgliem, piemēram, 7nm un 10nm, būs lielāki defektu līmeņi un rezultātā tie būs dārgāki.
SAISTĪTI: Ko CPU nozīmē “7nm” un “10nm”, un kāpēc tiem ir nozīme?
Iesaiņo to
CPU iesaiņošana patērētājiem ir vairāk nekāvienkārši ievietojot to kastē ar kādu putuplasta. Kad CPU ir pabeigts, tas joprojām ir bezjēdzīgs, ja vien tas nevar izveidot savienojumu ar pārējo sistēmu. “Iesaiņošanas” process attiecas uz metodi, kurā delikātais silīcija veidols tiek piestiprināts pie PCB, ko vairums cilvēku domā par “CPU”.
Šis process prasa lielu precizitāti, bet netikpat daudz kā iepriekšējās darbības. CPU forma ir uzstādīta uz silīcija plāksnes, un elektriskie savienojumi tiek veikti visiem tapiem, kas veido kontaktu ar mātesplati. Mūsdienu centrālajiem procesoriem var būt tūkstošiem piespraudes, no kurām augstas klases AMD Threadripper ir 4094 no tām.
Tā kā CPU rada daudz siltuma, un vajadzētuir aizsargāti arī no priekšpuses, augšpusē ir uzstādīts “integrēts siltuma izkliedētājs”. Tas rada kontaktu ar veidni un pārnes siltumu uz dzesētāju, kas ir uzstādīts uz augšas. Dažiem entuziastiem šī savienojuma izveidošanai izmantotā termiskā pasta nav pietiekami laba, kā rezultātā cilvēki liek saviem pārstrādātājiem izmantot augstākas kvalitātes risinājumu.
Kad tas viss ir salikts, to var iesaiņotfaktiskajās kastēs, kas ir gatavas trāpīt plauktiem un tikt ievietotas nākotnes datorā. Cik sarežģīta ir ražošana, ir brīnums, ka lielākajai daļai CPU ir tikai pāris simti dolāru.
Ja jums ir interese uzzināt vēl vairāk tehniskas informācijas par CPU izgatavošanu, iepazīstieties ar Wikichip skaidrojumiem par litogrāfijas procesiem un mikroarhitektūru.
