Процессоры из чего делают: Как делают процессоры — Журнал «Код»

Как делают процессоры — Журнал «Код»

Песок. В наших компьютерах в буквальном смысле песок, вернее — составляющий его кремний. Это основной элемент, благодаря которому в компьютерах всё работает. А вот как из песка получаются компьютеры.

Что такое процессор

Процессор — это небольшой чип внутри вашего компьютера или телефона, который производит все вычисления. Об основе вычислений мы уже писали — это транзисторы, которые собраны в сумматоры и другие функциональные блоки.

Если очень упрощённо — это сложная система кранов и труб, только вместо воды по ним течёт ток. Если правильным образом соединить эти трубы и краны, ток будет течь полезным для человека образом и получатся вычисления: сначала суммы, потом из сумм можно получить более сложные математические операции, потом числами можно закодировать текст, цвет, пиксели, графику, звук, 3D, игры, нейросети и что угодно ещё.

Кремний

Почти все процессоры, которые производятся в мире, делаются на кремниевой основе. Это связано с тем, что у кремния подходящая внутренняя атомная структура, которая позволяет делать микросхемы и процессоры практически любой конфигурации.

Самый доступный источник кремния — песок. Но кремний, который получается из песка, на самом первом этапе недостаточно чистый: в нём есть 0,5% примесей. Может показаться, что чистота 99,5% — это круто, но для процессоров нужна чистота уровня 99,9999999%. Такой кремний называется электронным, и его можно получить после цепочки определённых химических реакций.

Когда цепочка заканчивается и остаётся только чистый кремний, можно начинать выращивать кристалл.

Кристалл и подложка

Кристаллы — это такие твёрдые тела, в которых атомы и молекулы вещества находятся в строгом порядке. Проще говоря, атомы в кристалле расположены предсказуемым образом в любой точке. Это позволяет точно понимать, как будет вести себя это вещество при любом воздействии на него. Именно это свойство кристаллической решётки используют на производстве процессоров.

Самые распространённые кристаллы — соль, драгоценные камни, лёд и графит в карандаше.

Большой кристалл можно получить, если кремний расплавить, а затем опустить туда заранее подготовленный маленький кристалл. Он сформирует вокруг себя новый слой кристаллической решётки, получившийся слой сделает то же самое, и в результате мы получим один большой кристалл. На производстве он весит под сотню килограмм, но при этом очень хрупкий.

Готовый кристалл кремния.

После того, как кристалл готов, его нарезают специальной пилой на диски толщиной в миллиметр. При этом диаметр такого диска получается около 30 сантиметров — на нём будет создаваться сразу несколько десятков процессоров.

Каждую такую пластинку тщательно шлифуют, чтобы поверхность получилась идеально ровной. Если будут зазубрины или шероховатости, то на следующих этапах диск забракуют.

Готовые отполированные пластины кремния.

Печатаем транзисторы

Когда диски отполированы, на них можно формировать процессоры. Процесс очень похож на то, как раньше печатали чёрно-белые фотографии: брали плёнку, светили сверху лампой, а снизу клали фотобумагу. Там, куда попадал свет, бумага становилось тёмной, а те места, которые закрыло чёрное изображение на плёнке, оставались белыми.

С транзисторами всё то же самое: на диск наносят специальный слой, который при попадании света реагирует с молекулами диска и изменяет его свойства. После такого облучения в этих местах диск начинает проводить ток чуть иначе — сильнее или слабее.

Чтобы так поменять только нужные участки, на пути света помещают фильтр — прямо как плёнку в фотопечати, — который закрывает те места, где менять ничего не надо.

Потом получившийся слой покрывают тонким слоем диэлектрика — это вещество, которое не проводит ток, типа изоленты. Это нужно, чтобы слои процессора не взаимодействовали друг с другом. Процесс повторяется несколько десятков раз. В результате получаются миллионы мельчайших транзисторов, которые теперь нужно соединить между собой.

Соединяем всё вместе

То, как соединяются между собой транзисторы в процессоре, называется процессорной архитектурой. У каждого поколения и модификации процессоров своя архитектура. Все производители держат в секрете тонкости архитектуры, потому что от этого может зависеть скорость работы или стоимость производства.

Процессоры x86 и ARM — в чём разница?

Так как транзисторов много, а связей между ними нужно сделать немало, то поступают так: наносят токопроводящий слой, ставят фильтр и закрепляют проводники в нужном месте. Потом слой диэлектрика и снова токопроводящий слой. В результате выходит бутерброд из проводников, которые друг другу не мешают, а транзисторы получают нужные соединения.

Токопроводящие дорожки крупным планом. На фото они уже в несколько слоёв и не мешают друг другу.

В чём сложность

Современные процессоры производятся на нанометровом уровне, то есть размеры элементов измеряются нанометрами, это очень мало.

Если, например, во время печати очень толстый мальчик упадёт на пол в соседнем цехе, еле заметная ударная волна прокатится по перекрытиям завода и печатная форма немного сдвинется, а напечатанные таким образом транзисторы окажутся бракованными. Пылинка, попавшая на пластину во время печати — это, считай, загубленное ядро процессора.

Поэтому на заводах, где делают процессоры, соблюдаются жёсткие стандарты чистоты, все ходят в масках и костюмах, на всех воздуховодах стоят фильтры, а сами заводы находятся на сейсмических подушках, чтобы толчки земной коры не мешали производить процессоры.

Крышка и упаковка

Когда дорожки готовы, диск отправляют на тесты. Там смотрят на то, как работает каждый процессор, как он греется и сколько ему нужно энергии, заодно проверяют на брак.

В зависимости от результатов процессоры с одной пластины могут получить разную маркировку и продаваться по разной стоимости. Те процессоры, которые получились более удачными, становятся дорогими серверными продуктами. Те, где кто-то рядом чихнул или вздохнул, имеют некоторые несовершенства и дефекты, их могут отправить на потребительскую линию.

После тестов диск разрезают на готовые процессорные ядра.

Пластина со множеством одинаковых процессорных ядер. Робот вырезает ядра из готовой пластины.

После этого к ядру процессора добавляют контакты, чтобы можно было вставить его в материнскую плату, и накрывают крышкой. Чёрный или металлический прямоугольник, из которого торчат ножки, — это как раз крышка.

Крышка выполняет две функции: защищает сам кристалл от повреждений и отводит от него тепло во время работы. Дело в том, что миллионы транзисторов при работе нагреваются, и если процессор не остужать, то он перегреется и кристалл может испортиться. Чтобы такого не произошло, на крышку процессора ставят воздушные кулеры или делают водяное охлаждение.

Система на чипе

Чипы процессоров уже настолько маленькие, что под одной крышкой можно поместить какое-нибудь ещё устройство. Например, видеосистему — то, что обсчитывает картинку перед выводом на экран. Или устройство радиосвязи с антенной.

В какой-то момент на маленьком чипе площадью около 1 см² уже можно было поместить процессор, видео, модем и блютус, сделать всё нужное для поддержки памяти и периферии — в общем, система на чипе. Подключаете к этому хозяйству экран, нужное количество антенн, портов и кнопок, а главное — здоровенную батарею, и у вас готовый смартфон. По сути, все «мозги» вашего смартфона находятся на одном маленьком чипе, а 80% пространства за экраном занимает батарея.

6 фишек процессоров Intel Core i7 и i9 серии HX, которые делают их хорошей начинкой для игровых ноутбуков

7 сентябряСоветы

Проходить уровни без фризов и запускать тяжёлые игры за несколько секунд. Разбираемся, как ещё процессоры Intel серии HX помогают геймерам, вместе с MSI и интернет-магазином DNS.

Поделиться

0

1. Гибридная архитектура

Для современных игр обилие и качество ядер — своего рода фетиш. В процессорах Intel серии HX ядер на два больше, чем в предыдущих сериях мобильных процессоров H и HK, — целых 16. Половина из них производительные, остальные восемь энергоэффективные. Первые как раз отвечают за качественное выполнение тяжёлых задач: запуск игр со сложной графикой, рендеринг, стриминг, монтаж видео. Вторые нужны для дел попроще, вроде работы с документами или просмотра роликов на YouTube.

Такая архитектура помогает компьютеру экономно расходовать энергию даже во время серьёзной нагрузки — он не будет нагреваться как сковородка и батарея проживёт дольше. Плюс процессоры Intel серии HX поддерживают до 24 потоков — так называют выделенные области внутри ядер, которые способны функционировать как самостоятельные вычислительные центры. Их обилие существенно увеличивает количество параллельно выполняемых операций и ускоряет работу компьютера, в частности обработку требовательных игр. Процессоры серии HX — первые в линейке мобильных процессоров Intel Core, которые могут похвастаться такими показателями. Прежде подобная архитектура была только у десктопных версий, например из серий KS и F.

2. Поддержка крутой графики

Изображение: MSI Raider GE77

Встроенной в процессор графической системы хватит, чтобы одновременно работать с четырьмя мониторами, — это расширяет возможности для гейминга и проведения стримов. Вероятно, для этого понадобится обзавестись переходниками: столько подходящих разъёмов в ноутбуках не найти. Но всё же подключить дополнительный дисплей для просмотра комментариев от зрителей эфира или игры на большом экране будет реально. Кстати, процессоры HX поддерживают вывод картинки с разрешением вплоть до 8К. С актуальными версиями OpenGL и DirectX они, как и более старые серии, справляются.

Сам по себе процессор сделать картинку красивой, плавной и детализированной не сможет. Ему жизненно необходим второй игрок — качественная видеокарта. В ноутбуках MSI Raider GE77 эта команда мечты есть. В версии 12UGS‑084 с процессором Intel Core i7‑12800HX работает видеокарта NVIDIA GeForce RTX 3070Ti, а в 12UHS‑085RU с Intel Core i9‑12900HX — NVIDIA GeForce RTX 3080Ti. Они обеспечат реалистичное отображение света и максимальную детализацию картинки.

По достоинству оценить тандем процессора и видеокарты в MSI Raider GE77 позволяет большой безрамочный дисплей с разрешением до UHD. Он поддерживает частоту обновления до 240Гц: не даст пропустить атаку даже в очень динамичной игре. А если нужно больше — через разъёмы HDMI, Thunderbolt™ 4 и USB Type‑C к ноутбуку можно подключить дополнительные экраны.

Узнать подробнее

3. Максимальная тактовая частота — до 5 ГГц

Тактовая частота отражает количество операций, которое процессор может выполнить за единицу времени. Это важный показатель как для загрузки игр, так и для самого гейминга. Большая частота помогает процессору быстрее обрабатывать графику и считывать сигналы от мышки, клавиатуры или джойстика — не медлить, когда каждая секунда на счету.

В обычном режиме работы процессоры серии HX поддерживают тактовую частоту в 2,3 ГГц. Такой хватит для нетребовательных игр, а вот современным с мощной графикой её будет недостаточно^{What’s a Good Processor Speed for Gaming? / Techviral: они требуют 3,5–4 ГГц. Для онлайн‑игр же вообще лучше иметь 5 ГГц, чтобы железо справлялось с обработкой постоянного потока новой информации из сети. Специально для таких случаев у процессоров серии HX есть режим Turbo. С ним версии Core i7 способны разогнаться до 4,70–4,80 ГГц, а Core i9 — до 5 ГГц. Но это не новая фича: подобное ускорение было доступно и в предыдущих сериях мобильных процессоров Intel.}

Ещё один момент: чтобы процессор мог комфортно работать на пределе возможностей, важна и другая начинка ноутбука, в частности качественная система охлаждения. Если вентиляторы и тепловые трубки не справятся с отведением жара — долго поддерживать частоту на максимуме процессор не сможет.

4. Большой объём кеша L3

Изображение: MSI Raider GE77

Кеш — быстрая память, из которой процессор может получить уже прежде обработанную информацию, не тратя заново время на поиски её в оперативной памяти или хранилище. Это помогает увеличить производительность.

У кеша есть три уровня; последний, L3, — самый объёмный. Его размеры как раз больше отражаются на играх: для запуска программ и веб‑сёрфинга обычно хватает кешей L1 и L2. Для комфортного гейминга и запуска требовательных игр достаточно и 16–20 Мб кеша L3, но в процессорах Intel Core i7 HX его 25 Мб, а в i9 — целых 30 Мб. Технология Intel Smart Cache позволяет всем ядрам обращаться к L3 одновременно, что даёт дополнительный буст перформансу. Однако размер кеша не всегда оказывает^{How CPU Cores & Cache Impact Gaming Performance / Techspot заметное влияние на игру и значителен только в комбинации с производительной архитектурой и тактовой частотой.}

5. Поддержка оперативной памяти DDR5

Памяти последнего поколения. У неё есть несколько усиленных качеств. Во‑первых, большая скорость потока передачи данных — процессоры Intel HX поддерживают DDR5 с потоком до 4800 мегатрансферов в секунду. Во‑вторых, увеличение каналов памяти: в DDR4 он был один, в DDR5 — их два. Большее число каналов позволяет^{DDR5 vs DDR4: Is It Time To Upgrade Your RAM? / Tom’s Hardware быстрее получать информацию и усиливать эффективность. Однако на игровой перформанс эти апгрейды, согласно тестам, повлиялиDDR5 vs DDR4: Which RAM is best for gaming and content creation? / Eurogamer незначительно.}

Но у DDR5 есть ещё одна полезная фича — работа от интегральной системы питания (PMIC). Предыдущее поколение управлялось материнской платой. PMIC же оптимизирует расход энергии и запускается при более низком напряжении.

6. Умные технологии

Изображение: MSI Raider GE77

Их в процессорах серии HX множество, но большинство присутствовали и в предыдущих моделях мобильных процессоров. Например, Smart Sound отвечает за качественную передачу звука и обработку голоса без ущерба для производительности и работы батареи. Это особенно важно для стримов и командных игр.

Hyper‑Threading обеспечивает многопоточную обработку для каждого ядра, а Speed Shift — быстрое переключение скорости в зависимости от сложности задачи. Загружать веб‑страницы, работая на максимум, он не будет — это полезно для энергоэффективности. Технологии термоконтроля сохраняют безопасность начинки даже во время самых жарких боёв. А Intel Adaptix помогает подкрутить настройки системы так, чтобы ноутбук выдавал максимальную производительность и характеристики графики.

Помочь процессору вывести возможности ноутбука до метауровня в Raider GE77 позволяет аккумулятор ёмкостью 99,9 Вт/ч и приложение MSI Center. Включите в нём режим экстремальной производительности перед долгой схваткой в требовательной игре, тогда компьютер активирует режим MSI Overboost: он поднимет лимит мощности видеокарты до 175 Вт, а процессора — до 75 Вт. Всё это без перегрева: за регулирование температуры в Raider GE77 отвечают система охлаждения Cooler Boost 5 с двумя вентиляторами, семью тепловыми трубками и термопрокладкой «PHASE‑CHANGE THERMAL PAD».

В MSI Center можно подкручивать не только параметры производительности: настройки графики, работа тачпада, передача звука, подсветка клавиатуры — всё доступно для кастомизации. Дополнительно усилить работу звука позволит ПО Nahimic, а придать и без того стильному чёрному гаджету футуристичный вид — панорамная подсветка Mystic Light, опоясывающая всю переднюю часть корпуса.

Хочу такой ноутбук

Samsung теперь может делать 3-нм процессоры.

Почему это так важно

На фоне попсовых показателей телефонов, вроде мегапикселей, мощности зарядки или диагонали экрана, как-то незаметно проходят другие важные изменения. А ведь они тоже оказывают огромное влияние на всю индустрию. Это повышение производительности устройств, увеличение времени их автономной работы, меньший нагрев и другие преимущества, которые дают нам новые технологии. Самые продвинутые из вас догадались, что речь о процессоре. Это действительно важно, и сейчас Samsung показала, что уже готова к переходу на новые технологии. Даже немного раньше того времени, которое прогнозировалось.

Никто не верил в Samsung, а она первой смогла наладить процесс производства новейших процессоров.

Содержание

• 1 Что делает Samsung, кроме телефонов
• 2 Чем техпроцесс 3 нм лучше 5 нм
• 3 Кто делает больше всех процессоров
• 4 Почему так важен техпроцесс

Что делает Samsung, кроме телефонов

Все мы знаем, что из себя представляет компания Samsung. Это не просто смартфоны и микроволновки. В первую очередь это технологический гигант, в портфеле которого огромное количество патентов и технологий. Так, например, компания занимается производством не только для себя, но и для ”того парня” моделей камеры, экранов, включая складные, и тех самых процессоров.

Сейчас Samsung объявила о начале производства 3-нанометровых (нм) чипов. Этот процесс использует транзисторную архитектуру Gate-All-Around (GAA) и позволяет создавать энергоэффективные чипы с повышенной производительностью. Samsung также разрабатывает 3-нм технологический узел второго поколения, который предлагает значительные улучшения в нескольких областях.

👉Это наш Яндекс Дзен👈 Слышали о нем? В любом случае заходите в гости.

Чем техпроцесс 3 нм лучше 5 нм

Представители компании заявляют, что 3-нм процесс потребляет на 45% меньше энергии, повышает производительность на 23% и использует на 16% меньшую площадь поверхности, чем 5-нм процесс. Технологический узел включает в себя архитектуру транзисторов GAA с более крупными каналами в затворах для протекания электричества при более низком уровне напряжения. Это связано с использованием всех четырех сторон каналов (в отличие от архитектуры FinFET).

Сложно не радоваться новому достижению

Новая технология дает широкие возможности кастомизации узла. Это означает, что ширина канала может быть изменена в соответствии с конкретными требованиями клиента. Такие прорывы позволяют компании сильно прибавить и вырваться вперед на фоне конкурентов.

Присоединяйтесь к нам в Telegram!

Кто делает больше всех процессоров

И если вы думаете, что Samsung производит не так много процессоров, которые в основном использует в своих устройствах, то вы ошибаетесь. Ей принадлежит второй по величине завод в мире, занимающийся платами. А по количеству контрактов компания и вовсе имеет самую большую базу в мире. Крупнейший литейный завод TSMC только готовится начать массовое производство с использованием собственного 3-нм техпроцесса, а Samsung уже может сделать это.

Что такое техпроцесс и зачем его уменьшать.

Если раньше процессоры Samsung вызывали большие споры, а покупатели не хотели покупать S-серию смарфтонов на Exynos, предпочитая ей версии со Snapdragon, то теперь все изменилось. В последние несколько лет компания сильно прибавила, сделав ставку на технологичность и производительность своих процессоров.

Многие пользователи недооценивают некоторые важные характеристики процессоров.

Партнеры Samsung Advanced Foundry Ecosystem (SAFE) сыграли важную роль в том, чтобы помочь компании достичь рубежа в производстве 3-нанометровых чипов. К ним относятся Ansys, Cadence, Siemens и Synopsys. В будущем Samsung расширит применимость 3-нм техпроцесса к мобильным процессорам. Гигант умалчивает о OEM-производителе чипов 3nn. Ожидается, что первые мобильные устройства, использующие 3-нм чипы, появятся в 2023 году. А потом нас ждет дальнейшее уменьшение техпроцесса.

В этом Telegram-канале ребята очень стараются чтобы собрать для вас лучшие товары с AliExpress только с самым высоким рейтингом.

Почему так важен техпроцесс

Для потребителя более компактная упаковка транзисторов означает меньшие потери при передаче, повышение производительности, уменьшение нагрузки на аккумулятор и снижение тепловыделения. И пусть между соседними значениями техпроцесса разница может показаться не такой большой, но за последние годы, с уменьшением техпроцесса в десятки раз, разница между ними стала очень значительной.

А еще наличие таких технологий означает светлое будущее для заводов, которые могут делать что-то подобное. Чтобы построить новый завод и дойти до реализации этой технологии, потребуются годы труда и миллиарды долларов вложений. Едва ли кто-то будет этим заниматься. Так что новых игроков мы вряд ли увидим.

От песка до процессора или Как делают процессор

Трудно поверить, что современный процессор (CPU) является самым сложным продуктом в мире. Что такого сложного в этом куске металла?

В этой статье я попытаюсь объяснить, как из песка делается современный процессор (ЦП).

Производство процессоров

На строительство завода по производству процессоров уходит около 5 миллиардов долларов. У этого завода есть примерно 4 года, чтобы вернуть вложенные в его технологию средства, прежде чем он начнет приносить прибыль. Если провести нехитрые подсчеты, то получается 100 микрочипов в час, которые завод должен произвести, чтобы вернуть вложенные средства.

Процесс изготовления процессора выглядит так: на специальном оборудовании из расплавленного кремния выращивается монокристалл цилиндрической формы. Далее полученный слиток охлаждают и разрезают на пластины, поверхности которых тщательно выравнивают и полируют до зеркального блеска. В биочистых помещениях полупроводниковых заводов создаются микросхемы на кремниевых пластинах с использованием фотолитографии и травления. Затем сотрудники лаборатории производят выборочное тестирование процессоров под микроскопом после повторной очистки пластин, и если все в порядке, то готовые пластины разрезаются на отдельные процессоры, которые затем укладываются в корпус.

Уроки химии

Давайте подробнее рассмотрим весь процесс производства. Песок на 25 процентов состоит из кремния, который является вторым по распространенности химическим элементом в земной коре после кислорода. Песок, особенно кварц, содержит большое количество кремния в форме диоксида кремния (SiO2) и является основным ингредиентом для производства полупроводников.

Первоначально берется в виде песка SiO2, который в дуговых печах (при температуре около 1800°С) восстанавливается коксом:

SiO2 + 2C = Si + 2CO

Такой кремний называется «техническим» и имеет чистоту 98-99,9%. Для изготовления процессоров требуется чистое сырье, которое называется «кремний электронного качества», в котором не должно быть более одного чужеродного атома на каждый миллиард атомов кремния. Чтобы очистить его до такого уровня, кремний буквально «перерождается». Четыреххлористый кремний (SiCl4) получают хлорированием технического кремния, который затем перерабатывают в трихлорсилан (SiHCl3):

3SiCl4 + 2h3 + Si ↔ 4SiHCl3

Эти реакции рециркуляции, которые генерируются побочными материалами, содержащими кремний, снижают стоимость и устраняют экологические проблемы: Кремний переходит в фазу плавления после процесса очистки.

На этой картинке вы можете видеть, как из расплава очищенного кремния вырастает один большой кристалл. Полученный монокристалл называется слитком. Монокристаллический слиток изготавливается из кремния электронной марки. Один слиток весит примерно 100 кг (или 220 фунтов) и имеет чистоту кремния 9.9,9999 процента.

Затем слиток перемещается на стадию нарезки, где отдельные кремниевые диски, называемые пластинами, тонко нарезаются. Некоторые слитки могут стоять выше пяти футов. Существует несколько разных диаметров слитков в зависимости от требуемого размера пластины. Сегодня процессоры обычно изготавливаются на пластинах диаметром 300 мм. После резки пластины полируются до безупречной зеркально-гладкой поверхности. Intel не производит собственные слитки и пластины, а вместо этого закупает готовые к производству пластины у сторонних компаний. В передовом 45-нм техпроцессе Intel High-K/Metal Gate используются пластины диаметром 300 мм (или 12 дюймов). Когда Intel впервые начала производить микросхемы, она печатала схемы на 50-миллиметровых (2-дюймовых) пластинах.

В настоящее время Intel использует пластины диаметром 300 мм, что снижает затраты на один чип.

Производство чипов включает более трехсот операций, в которых более 20 слоев образуют сложную трехмерную структуру. Итак, здесь мы расскажем очень кратко только о самых важных этапах.

Фотолитография

Задача решается с использованием технологии фотолитографии. Это процесс переноса геометрических фигур с маски на поверхность кремниевой пластины. Этот процесс включает в себя множество шагов, таких как:

Нанесение фоторезиста

Голубая жидкость, изображенная ниже, представляет собой отделку фоторезиста, аналогичную той, что используется в фотопленке. Пластина вращается на этом этапе, чтобы обеспечить равномерное покрытие, гладкое и очень тонкое.

Воздействие УФ-излучения
На этом этапе фотостойкое покрытие подвергается воздействию ультрафиолетового (УФ) света. Химическая реакция, вызванная ультрафиолетовым излучением, аналогична той, что происходит с материалом пленки в камере в тот момент, когда вы нажимаете кнопку спуска затвора.
Области резиста на пластине, подвергшиеся воздействию УФ-излучения, становятся растворимыми. Экспонирование осуществляется с помощью масок, которые действуют как трафареты. При использовании с УФ-светом маски создают различные узоры цепей. По сути, при построении ЦП этот процесс повторяется снова и снова, пока несколько слоев не будут наложены друг на друга.
Линза (в центре) уменьшает изображение маски до небольшого фокуса. Полученный «отпечаток» на пластине обычно в четыре раза меньше линейно, чем рисунок на маске.

Подробнее Разоблачение

На картинке показано, как выглядел бы один транзистор, если бы мы могли видеть его невооруженным глазом. Транзистор действует как переключатель, контролирующий поток электрического тока в компьютерной микросхеме. Исследователи Intel разработали транзисторы настолько маленькие, что, по их утверждению, примерно 30 миллионов из них могут поместиться на булавочной головке.

Промывка фоторезиста

После воздействия УФ-света открытые участки синего фоторезиста полностью растворяются в растворителе. Это показывает рисунок фоторезиста, созданный маской. С этой точки начинают расти зачатки транзисторов, межсоединений и других электрических контактов.

Травление

Слой фоторезиста защищает материал пластины, который нельзя стравливать. Обнаженные участки будут вытравлены химическими веществами.

Удаление фоторезиста

После травления фоторезист удаляется, и желаемая форма становится видимой.

Повторное нанесение дополнительного фоторезиста

Наносится дополнительный фоторезист (синий) и повторно подвергается воздействию УФ-излучения. Затем экспонированный фоторезист снова смывается перед следующим этапом, который называется ионным легированием. На этом этапе ионные частицы подвергаются воздействию пластины, позволяя кремнию изменять свои химические свойства таким образом, чтобы ЦП мог контролировать поток электричества.

Ионное легирование

С помощью процесса, называемого ионной имплантацией (одна из форм процесса, называемого легированием), открытые участки кремниевой пластины бомбардируются ионами.

Ионы имплантируются в кремниевую пластину, чтобы изменить то, как кремний в этих областях проводит электричество. Ионы выбрасываются на поверхность пластины с очень высокой скоростью. Электрическое поле разгоняет ионы до скорости более 185 000 миль в час.

Больше Удаление фоторезиста

После ионной имплантации фоторезист будет удален, а в материал, который должен был быть легирован (зеленый), теперь имплантированы чужеродные атомы.

Транзистор

Этот транзистор близок к завершению. В изоляционном слое (пурпурного цвета) над транзистором протравлены три отверстия. Эти три отверстия будут заполнены медью, которая образует соединения с другими транзисторами.

Гальваническое покрытие пластины

На этой стадии пластины помещают в раствор сульфата меди. Ионы меди осаждаются на транзисторе посредством процесса, называемого гальванопокрытием. Ионы меди перемещаются от положительного вывода (анода) к отрицательному полюсу (катоду), который представлен пластиной.

Настройка ионов

Ионы меди оседают тонким слоем на поверхности пластины.

Полировка излишков материала

Излишки материала счищаются, оставляя очень тонкий слой меди.

Многослойность

Несколько металлических слоев создаются для соединения (например, проводов) между различными транзисторами. То, как эти соединения должны быть «связаны», определяется архитектурными и дизайнерскими группами, которые разрабатывают функциональные возможности соответствующего процессора (например, процессора Intel Core i7). Хотя компьютерные чипы выглядят очень плоскими, на самом деле они могут иметь более 20 слоев для формирования сложных схем. Если вы посмотрите на чип в увеличенном виде, вы увидите сложную сеть схемных линий и транзисторов, которая выглядит как футуристическая многоуровневая система магистралей.

Тестирование

После того, как все металлические слои собраны и все схемы (транзисторы) созданы, пришло время тестирования. Устройство с множеством штырей садится сверху на чип, прикрепляя микроскопические выводы к поверхности чипа. Каждый вывод завершает электрическое соединение внутри чипа, имитируя то, как он будет работать в окончательной форме после упаковки в продукты для конечных потребителей.
Серия тестовых сигналов посылается на чип независимо от считываемых результатов. Этот уровень тестирования включает в себя не только традиционные вычислительные возможности, но и внутреннюю диагностику вместе с показаниями напряжения, каскадными последовательностями (проходят ли данные как надо) и т.д. база данных, назначенная специально для этого штампа.

Этот процесс повторяется для каждого штампа на всей поверхности пластины, пока все штампы все еще находятся на поверхности.

Нарезка пластины

После того, как тесты определили, что пластина имеет хороший выход функционирующих процессорных блоков, пластина разрезается на части (называемые штампами).

Упаковка

На этом этапе все рабочие штампы помещаются в физическую упаковку. Важно отметить, что, несмотря на то, что они прошли предварительное тестирование и было установлено, что они работают правильно, это не означает, что они хорошие процессоры.
Процесс физической упаковки включает в себя размещение кремниевого кристалла на зеленом материале подложки, к которому крошечные золотые выводы подключены к штырям чипа или массиву шариков, которые видны через нижнюю часть упаковки. Вдобавок к этому вводится теплораспределитель. Это выглядит как металлический корпус поверх чипа. В завершенном виде процессор выглядит как традиционная упаковка, которую покупают конечные потребители.

A Готовый процессор

Микропроцессор является самым сложным промышленным продуктом на земле. На самом деле, это сотни шагов, и только самые важные из них визуализированы в этом фоторепортаже.

Биннинг ЦП

На основании результатов тестирования классов процессоры с одинаковыми возможностями помещаются в одни и те же транспортировочные лотки. Этот процесс называется «биннингом» и знаком многим читателям Tom’s Hardware. Биннинг определяет максимальную рабочую частоту процессора, а партии делятся и продаются в соответствии со стабильными спецификациями.

Лучшие чипы, как правило, выбрасываются как более дорогие компоненты, и продаются не только как самые быстрые компоненты с включенным полным кэшем, но и как низковольтные и сверхнизковольтные модели.

Заключение

У вас есть компьютер? Какой у тебя процессор? Компьютерный процессор прошел так много сложных процессов и испытаний, прежде чем он появился на нашем домашнем и офисном рабочем столе. По сравнению с первым и более ранним компьютером он определенно быстрее, надежнее, мобильнее (как ноутбук, нетбук и планшет), обладает большей вычислительной мощностью и работает с низким энергопотреблением.

Эти передовые микросхемы и производство помогают объединить лучшее из вычислительной, коммуникационной и бытовой электроники, чтобы обеспечить более широкие и еще более ценные преимущества от технологий.
Надеюсь, эта статья была для вас информативной.

Неплохая вещь, не правда ли?

БОНУС

Пара ссылок, откуда взяты некоторые фразы:
Intel: Создание чипа
Intel: Sand to Silicon

Метки: intel, интересно, процессоры, кремний, технологии

+4

Papay 4 февраля 2012, 14:10

7 Добавить комментарий

Как делают процессоры! Все объяснил. | by Shubham

Процессор является неотъемлемой частью всех известных нам интеллектуальных устройств, таких как компьютеры, смартфоны, умные часы и т. д. Но задумывались ли вы когда-нибудь, как они сделаны? Наверное, нет, так что давайте посмотрим, как они сделаны!

1. Песок:

Песок является основным или ключевым элементом, из которого изготавливаются процессоры. Но на самом деле это не песок, а кремний в нем. Песок состоит на 25 процентов из кремния. Песок, особенно кварц, состоит из большого количества кремния в виде SiO2. Таким образом, кремний является основным элементом, из которого производятся полупроводники.

2. Очистка и плавка кремния:

Слиток

После разделения необработанного песка и кремния кремний очищается в несколько этапов. После очистки он, наконец, достигает стадии, когда он готов к производству полупроводников. На данном этапе кремний известен как «Кремний электронного класса» . Следующим этапом является плавление кремния электронного класса. После плавления кремния ему придают форму монокристалла. Этот монокристалл известен как «Слиток» . Слиток весит около 100 кг и имеет кремний 99,9999%.

3. Нарезка слитков и полировка пластин:

Нарезка слитков

Слиток нарезается очень тонкой и острой пилой на отдельные диски, известные как «Вафли» . Эти пластины могут быть разных размеров в зависимости от требований. Общий размер пластин составляет 300 нм. После того, как пластины разрезаны, они полируются до получения гладкой зеркальной поверхности.

4. Нанесение фоторезиста и воздействие УФ-излучения: нанесение фоторезиста

, воздействие УФ-излучения

Пока пластина вращается на высокой скорости, на пластину выливается синяя жидкость для фоторезиста. Благодаря высокой скорости вращения пластины на ее поверхности осаждается тонкий и равномерный слой.

После завершения нанесения фоторезиста пластина подвергается воздействию УФ-излучения, которое вызывает химическую реакцию. Экспонирование осуществляется с помощью так называемых «масок» . Эти маски действуют как трафареты, а между маской и пластиной находится линза. Эта линза уменьшает изображение маски до небольшого фокуса. Благодаря этому размер объектива становится в четыре раза меньше, чем у исходного. Эта процедура повторяется несколько раз, чтобы получить узор, похожий на рисунок маски. Маски используются для создания различных шаблонов цепей. Материал поверхности пластин после экспонирования становится растворимым.

5. Промывка и травление фоторезиста:

Промывка фоторезиста Травление

Растворимый материал на поверхности затем растворяют и промывают растворителем. Это обнажает узоры, сделанные на маске. Затем химический растворитель используется для травления или частичного растворения экспонированной части подложки. После травления слой фоторезиста смывается аналогичным процессом, открывая желаемую поверхность гравировки.

6. Ионное легирование:

ионное легирование

Перед ионным легированием на пластины снова наносится фоторезист, а затем снова смывается. Затем с помощью ионной имплантации открытые участки кремниевой пластины бомбардируют ионами. И они меняют то, как кремний в этих областях проводит электричество. После завершения ионной имплантации фоторезист удаляется, и область ионного легирования становится зеленой.

После этого на верхнем слое изоляции над транзистором протравливают три отверстия. И эти три отверстия позже заполняются медью, чтобы образовать соединения транзистора.

7. Гальваника и наслоение:

Гальванизация и ионное легирование

Кремниевые пластины помещают в раствор медного купороса так, чтобы ему подвергалась только их верхняя часть. А затем при гальванике на поверхность пластины осаждаются ионы меди.

Ионы меди оседают на поверхности пластины, образуя тонкий слой меди. Затем излишки материала смываются, оставляя очень тонкий слой меди. Это составляет весь транзистор, и после этого эти транзисторы соединены несколькими слоями.

Расслоение

Различные транзисторы соединены друг с другом в соответствии с архитектурой и конструкцией конкретного ЦП. Это формирует сложную схему, которая может иметь более 20 слоев.

8. Тестирование и нарезка пластин:

Тестирование пластин. Нарезка пластин

. На этом этапе пластина проходит функциональную проверку. На этом этапе пластина проходит через несколько тестовых шаблонов, и ответ сравнивается с правильным ответом. Эти тесты определяют хорошее функционирование пластин. Затем эти вафли разрезают на мелкие кусочки, называемые 9.0251 «умирает» . Хороший кубик означает, что кубик, дающий правильный ответ, проходит тест, а плохой кубик выбрасывается. Сданные штампы переходят к следующему этапу – упаковке.

9. Тестирование и упаковка ЦП:

Упаковка ЦП

В упаковке подложка (нижний слой), кристалл и теплораспределитель помещаются вместе, образуя законченный процессор. На серебряный теплоотвод нанесен охлаждающий раствор, контролирующий нагрев процессора. После этого следует финальный тест, в котором процессор тестируется на максимальной частоте.

Только в версии 80386 для процессоров требовалось активное охлаждение. До этого использовалась только керамическая крышка, потому что у процессоров не было достаточной вычислительной мощности для выделения достаточного количества тепла. Современные процессоры выделяют столько тепла, что могут расплавиться за несколько секунд. То есть теплораспределитель подключается к радиатору большего размера (и вентилятору), чтобы они работали дольше.

10. Биннинг:

Биннинг ЦП

Хотя мы можем сказать, что ЦП готов, но есть еще один последний шаг, который заключается в измерении его реальных характеристик. При биннинге измеряются такие характеристики, как напряжения, тепловыделение, частота, эксплуатационные характеристики кэшей и т.д. Лучшие чипы классифицируются как чипы высокого класса с включенным полным кэшем. В то время как чипы, которые не работают хорошо, продаются с более низкой тактовой частотой или как двухъядерные или трехъядерные вместо четырехъядерных. У других может быть даже отключена половина кэша (celeron). Здесь определяются скорости и напряжения. Например только 5% произведенных чипов могут работать на частоте 3,2 ГГц, и только 50% могут работать на частоте 2,8 ГГц.

Наконец-то эти проверенные и изготовленные процессоры готовы к отправке в магазины!

Эта статья была первоначально опубликована на SpiderPosts.com

Как транспортировать сырье, используемое для компьютерных микросхем

Материалы, используемые в компьютерных микросхемах и процессорах, требуют особого обращения во время транспортировки из-за их потенциально летучей или хрупкой природы. Чтобы обеспечить надлежащий поток товаров по цепочке поставок электроники, вам необходимо предотвратить потери, защитив даже сырье от повреждений. Безопасная транспортировка компьютерных материалов производителям электроники необходима для удовлетворения растущего мирового спроса на компьютеры и другие подключенные устройства. По состоянию на 2019 год, во всем мире использовалось около 1,33 миллиарда персональных компьютеров, не считая планшетов и других мобильных устройств. Эти данные ясно показывают постоянно растущую потребность в бережном обращении с материалами, используемыми для создания таких продуктов в таких больших количествах.

Содержание

1. Какие материалы входят в состав компьютерных микросхем и процессоров?
2. Как безопасно транспортировать материалы для компьютерных процессоров
3. Как хранить материалы для компьютерных микросхем и процессоров

Какие материалы входят в состав компьютерных микросхем и процессоров?

Компьютерные чипы и процессоры изготавливаются из трех материалов, из которых состоит основная часть их конструкции — кремний, пластик и медь. Диоксид кремния получают либо из кварцевого песка, либо из кварца. Кремний требует очистки. Для производства кремния из кварца производители плавят и кристаллизуют породу. Созданные кристаллы настолько прочны, что требуют использования алмазной пилы, чтобы разрезать их на тонкие пластины. Песок требует аналогичного количества шагов для производства слитков кремния электронного качества.

Как правило, эти очищенные цилиндрические слитки кремния имеют диаметр 12 дюймов и чистоту 99,9999%, или одну постороннюю частицу на один миллиард атомов кремния. Пластины или слитки могут нуждаться в хранении и транспортировке для доставки на заводы по производству чипов, которые должны поддерживать очень чистую атмосферу для предотвращения загрязнения чипов. На самом деле чистые помещения для производства микросхем требуют чистоты в 1000 раз выше, чем операционные больниц.

Однако некоторые минералы, используемые в меньших количествах, так же важны для работы чипов и процессоров. Например, для очистки кремниевых пластин и обеспечения их чистоты производители используют перекись водорода и серную кислоту. Промывка плавиковой кислотой и деионизированной водой следует за парой ванн с этими первыми двумя химическими веществами. Наконец, пластины подвергаются окончательной ванне с соляной кислотой, перекисью водорода и деионизированной водой.

Другие материалы и сырье для ЦП, которые некоторые производители могут использовать в своих компьютерных чипах или процессорах, включают следующее:

• Гафний: Редкий металл, чаще всего используемый в ядерных реакторах. Это ускоряет процессоры.
• Тантал: используется в транзисторах графического процессора вместе с палладием для увеличения объема памяти чипа.
• Палладий
• Гидроксид калия: это химическое вещество, также известное как едкое кали, вытравливает схему на плате.
• Алюминий
• Золото
• Цинк
• Железо
• Никель
• Медь

Это лишь некоторые из многочисленных материалов, используемых при производстве компьютерных микросхем. Некоторые химические вещества, используемые во время обработки, или драгоценные металлы требуют осторожного обращения из-за их опасного характера или дороговизны. Безопасная транспортировка и хранение этих материалов являются важнейшими элементами цепочки поставок для производителей компьютеров и электроники.

Как безопасно транспортировать материалы для компьютерных процессоров

Как и ожидалось, безопасная транспортировка сырья, необходимого для компьютерных чипов и процессоров, требует осторожности. Потенциально едкие химические вещества, такие как соляная кислота и серная кислота, должны оставаться изолированными, чтобы сохранить их чистоту и не повредить другие материалы.

При транспортировке химикатов часто требуется контроль температуры, чтобы предотвратить реакции с материалами. В зависимости от того, куда вы будете отправлять химикаты, вам могут понадобиться обогреваемые или рефрижераторные контейнеры. Кроме того, некоторые материалы могут быть легковоспламеняющимися и нуждаться в изоляции от пламени и искр во взрывозащищенных контейнерах.

При перевозке химикатов водители и лица, занимающиеся упаковкой материалов, должны пройти тщательную подготовку по упаковке используемых грузовиков или транспортных контейнеров. Неравномерная упаковка может привести к опрокидыванию грузовика или содержимого внутри. Это произошло с прицепом-цистерной, который рабочие сначала распаковали сзади, что привело к перегрузке передней части и опрокидыванию грузовика.

Едкие химические вещества, такие как соляная кислота, часто перевозятся в больших концентрациях, что делает их еще более опасными при транспортировке. Если оставить разлагаться или упаковать в контейнеры с реактивными материалами, эти кислоты могут выделять токсичные газы.

При каждой перевозке опасных веществ тщательно обучайте всех рабочих правильной упаковке, загрузке и обращению с химикатами. Держите каждый контейнер четко маркированным и убедитесь, что вы полностью заполнили документы, чтобы все в цепочке поставок знали, что с контейнерами нужно обращаться одинаково осторожно.

Другие материалы, такие как палладий, гафний и золото, нуждаются в дополнительной защите от кражи. Надежные контейнеры и условия доставки гарантируют, что эти материалы будут доставлены в пункт назначения.

Разрезанные кремниевые пластины и штампы подвержены повреждению статическим электричеством. При транспортировке этих материалов необходимо защитить их от электростатического разряда (ЭСР).

При транспортировке нераспиленные вафли остаются в коробках, а формы остаются в вафельных упаковках. Азот заполняет мешки, окружающие любой из этих продуктов, чтобы защитить их от внешних повреждений или загрязнения. Распиленные пластины лежали на липкой ленте, которая также укладывалась в заполненные азотом пакеты. Чтобы продукты доставлялись в хорошем состоянии, вы должны защищать их от экстремальных температур и ударов. Температура должна оставаться в пределах от 8 градусов Цельсия (46,4 градусов по Фаренгейту) до 60 градусов Цельсия (140 градусов по Фаренгейту).

Как хранить материалы для компьютерных чипов и процессоров

Хотя многие производители заказывают материалы по требованию, чтобы покрыть пробелы в цепочке поставок, такие производители, как Texas Instruments, часто хранят около 90 дней запасов для удовлетворения потребностей. Условия хранения материалов, используемых для микросхем и компьютерных процессоров, аналогичны условиям транспортировки.

Химические вещества нуждаются в тщательно контролируемых температуре и условиях окружающей среды, чтобы защитить их от разлива или причинения ущерба из-за их едкой природы.

Вы должны защищать пластины и кристаллы от электростатического разряда и экстремальных температур. Условия хранения зависят от того, храните ли вы штампы и пластины без защитных пакетов, наполненных азотом. При хранении запечатанными в пакетах поддерживайте такую ​​же температуру, как и при транспортировке, и уровень влажности около 75%.

Если вы извлекаете пластины или штампы из пакетов, храните их в герметичном контейнере с газообразным азотом. Влажность должна оставаться в пределах от 7% до 30%, а температура должна быть в более узком диапазоне, чем при транспортировке. Поддерживайте температуру внутри этих контейнеров между 18 градусами Цельсия (64,4 градуса по Фаренгейту) и 24 градусами Цельсия (75,2 градуса по Фаренгейту). Рефрижераторные контейнеры могут помочь вам сохранить такие жестко ограниченные условия хранения пластин и штампов как в их мешках, так и вне их транспортных мешков, заполненных азотом.

Получите взрывозащищенные или резервные контейнеры для защиты компьютерных материалов

Один из способов защитить материалы, используемые для компьютерных процессоров и чипов, — хранить и транспортировать их во взрывозащищенном рефрижераторном контейнере (когда это необходимо для определенных химикатов). или использование резервных контейнерных систем (которые имеют резервную холодильную установку для обеспечения надлежащего поддержания температуры). Одиночные и резервные системы также доступны для перевозки наливных жидких химических веществ (известных как контейнеры-цистерны).

При наличии значительного количества материалов, необходимых для удовлетворения растущего спроса на компьютеры и подобные электронные устройства, вы не можете рисковать и повредить используемые материалы.