Хоча спосіб роботи процесорів може здатися магічним, це правдарезультат десятиліть розумної інженерії. Оскільки транзистори - будівельні блоки будь-якого мікрочіпа - скорочуються до мікроскопічних масштабів, спосіб їх отримання стає все складнішим.
Фотолітографія
Зараз транзистори настільки неможливі, що маловиробники не можуть створити їх звичайними методами. Хоча точні токарні верстати і навіть 3D-принтери можуть створювати неймовірно хитромудрі створення, вони зазвичай виходять на мікрометричний рівень точності (це приблизно одна тридцять тисячної дюйма) і не підходять для нанометрових шкал, на яких побудовані сьогоднішні мікросхеми.
Фотолітографія вирішує це питання шляхом видаленнянеобхідність дуже точно переміщати складну техніку. Натомість він використовує світло для травлення зображення на мікросхему - як старовинний проектор, який ви можете знайти в аудиторіях, але навпаки, зменшуючи трафарет до потрібної точності.
Зображення проектується на кремнієву пластину,який обробляється з дуже високою точністю в контрольованих лабораторіях, оскільки будь-яка окрема пляма пилу на пластині може означати втрату на тисячі доларів. Вафля покрита матеріалом під назвою фоторезист, який реагує на світло і змивається, залишаючи травлення процесора, який може бути заповнений міддю або легованим для формування транзисторів. Потім цей процес повторюється багато разів, створюючи процесор так, як 3D-принтер збирає пластикові шари.
Проблеми з наномасштабною фотолітографією
Не має значення, чи можна зробити транзисторименше, якщо вони насправді не працюють, і наномасштабні технології стикаються з багатьма проблемами з фізикою. Передбачається, що транзистори припиняють потік електроенергії, коли вони вимикаються, але вони стають настільки маленькими, що через них можуть протікати електрони. Це називається квантовим тунелюванням і є масовою проблемою для кремнієвих інженерів.
Дефекти - ще одна проблема. Навіть фотолітографія має максимум своєї точності. Це аналог розмитому зображенню проектора; це не так зрозуміло, коли підірвано або зменшено. В даний час ливарні підприємства намагаються пом’якшити цей ефект, використовуючи "екстремальний" ультрафіолетове світло, набагато більшу довжину хвилі, ніж люди можуть сприймати, використовуючи лазери у вакуумній камері. Але проблема буде зберігатися, оскільки розмір стає меншим.
Дефекти іноді можна пом'якшити процесомназивається binning - якщо дефект потрапляє в ядро CPU, це ядро вимкнено, а чіп продається у нижній частині. Насправді, більшість лінійок процесорів виробляються за тим самим планом, але сердечники вимкнено і продаються за нижчою ціною. Якщо дефект потрапляє в кеш-пам'ять або інший важливий компонент, цей чіп, можливо, доведеться викинути, що призводить до зниження виходу і дорожчих цін. Новіші технологічні вузли, такі як 7 нм і 10 нм, матимуть більш високі коефіцієнти дефектів і в результаті будуть дорожчими.
ПОВ'ЯЗАНІ: Що означають “7nm” та “10nm” для процесорів та чому вони мають значення?
Упакуйте його
Упаковка процесора для споживчого використання більшепросто поклавши його в коробку з пенополістиролом. Коли процесор закінчений, він все ще марний, якщо він не може підключитися до решти системи. Процес «упаковки» відноситься до методу, коли делікатний кремнієвий штамп прикріплюється до друкованої плати, яку більшість людей вважають «процесором».
Цей процес вимагає великої точності, але ністільки ж, скільки попередні кроки. Плашка центрального процесора встановлена на кремнієвій платі, а електричні з'єднання виконуються на всіх штирях, які контактують з материнською платою. Сучасні процесори можуть мати тисячі штифтів, при цьому високоякісний AMD Threadripper має 4094 з них.
Оскільки процесор виробляє багато тепла, і повинентакож захищений спереду, "вбудований розподільник тепла" встановлений у верхній частині. Це здійснює контакт з матрицею і передає тепло кулеру, який встановлений зверху. Для деяких ентузіастів термічна паста, яка використовується для встановлення цього з'єднання, недостатньо хороша, що призводить до того, що люди заблудять своїх процесорів застосовувати більш преміальне рішення.
Після того, як все зведено, його можна упакуватиу справжні ящики, готові потрапити на полиці і бути прорізаними у вашому майбутньому комп’ютері. Наскільки складне виробництво, дивно, що більшість процесорів - це лише кілька сотень баксів.
Якщо вам цікаво дізнатися ще більше технічної інформації про те, як виробляються процесори, перегляньте пояснення Wikichip щодо літографічних процесів та мікроархітектур.
