Aj keď sa spôsob práce CPU môže javiť ako kúzlo, je to takvýsledok desaťročí inteligentného inžinierstva. Keď sa tranzistory - stavebné kamene každého mikročipu - zmenšujú na mikroskopické mierky, spôsob ich výroby sa stáva komplikovanejším.
fotolitografia
Tranzistory sú teraz tak neskutočne malévýrobcovia ich nemôžu stavať pomocou bežných metód. Aj keď presné sústruhy a dokonca aj 3D tlačiarne dokážu vytvoriť neuveriteľne zložité výtvory, zvyčajne dosahujú najvyššiu presnosť na mikrometroch (to je asi tridsaťtisícina palca) a nie sú vhodné pre nanometrové váhy, na ktorých sú dnešné čipy postavené.
Fotolitografia rieši tento problém odstránenímpotreba veľmi zložitého pohybu zložitých strojov. Namiesto toho používa svetlo na leptanie obrazu na čip - napríklad ako spätný projektor, ktorý môžete nájsť v triedach, ale naopak, zmenšuje šablónu na požadovanú presnosť.
Obrázok sa premieta na kremíkovú doštičku,čo je v kontrolovaných laboratóriách obrobené s veľmi vysokou presnosťou, pretože každá jednotlivá škvrna prachu na doštičke by mohla znamenať stratu tisícov dolárov. Oblátka je potiahnutá materiálom nazývaným fotorezist, ktorý reaguje na svetlo a je odplavený, pričom zanecháva leptanie CPU, ktoré môže byť naplnené meďou alebo dopované za vzniku tranzistorov. Tento proces sa potom mnohokrát opakuje, takže CPU sa buduje podobne ako 3D tlačiareň, ktorá vytvára vrstvy z plastu.
Problémy s nanometrickou fotolitografiou
Nezáleží na tom, či dokážete vytvoriť tranzistorymenšie, ak v skutočnosti nepracujú, a technológia nanorozmerov naráža na veľa problémov s fyzikou. Tranzistory majú zastaviť tok elektriny, keď sú vypnuté, ale stávajú sa takými malými, že cez ne môžu prúdiť elektróny. Toto sa nazýva kvantové tunelovanie a je to obrovský problém pre kremíkových inžinierov.
Poruchy sú ďalším problémom. Dokonca aj fotolitografia má hranicu presnosti. Je to analogické rozmazanému obrazu z projektora; nie je až také jasné, keď je vyhodený do vzduchu alebo zmenšený. Zlievárne sa v súčasnosti snažia zmierniť tento účinok pomocou „extrémneho“ ultrafialového svetla, omnoho vyššej vlnovej dĺžky, ako môžu ľudia vnímať, pomocou laserov vo vákuovej komore. Problém však bude pretrvávať so zmenšovaním jeho veľkosti.
Chyby môžu byť niekedy zmiernené procesomnazývané binning - ak chyba zasiahne jadro CPU, toto jadro je deaktivované a čip sa predáva ako spodná koncová časť. V skutočnosti sa väčšina zostáv procesorov vyrába s použitím rovnakého plánu, ale majú deaktivované jadrá a predávajú sa za nižšiu cenu. Ak defekt zasiahne medzipamäť alebo iný dôležitý komponent, môže byť potrebné čip vyhodiť, čo vedie k nižšiemu výťažku a drahším cenám. Novšie procesné uzly, ako napríklad 7 nm a 10 nm, budú mať vyššiu mieru chybovosti a v dôsledku toho budú drahšie.
súvisiace: Čo znamenajú „7nm“ a „10nm“ pre procesory a prečo na nich záleží?
Zabalte ho
Balenie CPU pre spotrebiteľské použitie je viac akolen to vložte do škatule s polystyrénom. Po dokončení CPU je stále zbytočný, pokiaľ sa nemôže pripojiť k zvyšku systému. Proces „balenia“ sa vzťahuje na metódu, pri ktorej je jemná silikónová matrica pripojená k DPS, ktorú väčšina ľudí považuje za „procesor“.
Tento proces vyžaduje veľa presnosti, ale nierovnako ako predchádzajúce kroky. Matrica CPU je namontovaná na kremíkovej doske a elektrické spojenia sú vedené ku všetkým kolíkom, ktoré sa dotýkajú základnej dosky. Moderné procesory môžu mať tisíce pinov, pričom špičkový procesor AMD Threadripper má 4094 z nich.
Pretože procesor produkuje veľa tepla, a mal bychráni sa aj spredu, na vrchol je namontovaný „integrovaný rozptyľovač tepla“. Toto vytvára kontakt s lisovadlom a prenáša teplo do chladiča, ktorý je namontovaný na vrchu. Pre niektorých nadšencov tepelná pasta použitá na vytvorenie tohto spojenia nie je dosť dobrá, čo vedie k tomu, že ľudia delikujú svojich procesorov, aby použili kvalitnejšie riešenie.
Akonáhle je všetko zostavené, môže byť zabalenédo skutočných škatúľ, pripravení zasiahnuť police a zasunúť sa do budúceho počítača. Vzhľadom na to, ako zložitá je výroba, je zázrak, že väčšina CPU je len pár stoviek dolárov.
Ak ste zvedaví, že sa dozviete ešte viac technických informácií o tom, ako sa vyrábajú procesory, prečítajte si Wikichipove vysvetlenia litografických procesov a mikroarchitektúr.
