Mens den måde, som CPU'er fungerer på, kan virke som magi, er det resultatet af årtier med smart teknik. Da transistorer - byggestenene til enhver mikrochip - krymper til mikroskopiske skalaer, bliver den måde, de produceres på, stadig mere kompliceret.
Fotolitografi
Transistorer er nu så umuligt små, at producenter ikke kan bygge dem ved hjælp af normale metoder. Mens præcision drejebænke og lige 3D-printer kan skabe utroligt indviklede kreationer, de topper normalt ud på mikrometer-niveauer af præcision (det er cirka en tredive tusindedel af en tomme) og er ikke egnede til de nanometerskalaer, som nutidens chips er bygget til.
Fotolitografi løser dette problem ved at fjerne behovet for at flytte komplicerede maskiner meget præcist. I stedet bruger det lys til at ætse et billede på chippen - som en vintage overheadprojektor, som du måske finder i klasselokaler, men omvendt skalerer du stencilen ned til den ønskede præcision.
Billedet projiceres på en siliciumskive, der bearbejdes med meget høj præcision i kontrollerede laboratorier, da ethvert eneste støvspån på skiven kan betyde at tabe tusindvis af dollars. Waferen er belagt med et materiale kaldet fotoresist, der reagerer på lyset og vaskes væk og efterlader en ætsning af CPU'en, der kan udfyldes med kobber eller dopet at danne transistorer. Denne proces gentages derefter mange gange og opbygger CPU'en meget som en 3D-printer ville opbygge lag af plast.
Problemer med nanoskala fotolitografi
Det betyder ikke noget, om du kan gøre transistorer mindre, hvis de ikke rent faktisk fungerer, og nano-skala teknologi løber ind i mange problemer med fysik. Transistorer skal stoppe strømmen af elektricitet, når de er slukket, men de bliver så små, at elektroner kan strømme lige igennem dem. Dette kaldes kvantetunnel og er et massivt problem for siliciumingeniører.
Mangler er et andet problem. Selv fotolitografi har en hætte på dens præcision. Det er analogt med et sløret billede fra projektoren. det er ikke helt så klart, når det sprænges eller krymper ned. I øjeblikket forsøger støberier at afbøde denne effekt ved hjælp af “Ekstremt” ultraviolet lys , en meget højere bølgelængde end mennesker kan opfatte ved hjælp af lasere i et vakuumkammer. Men problemet fortsætter, når størrelsen bliver mindre.
Fejl kan undertiden afhjælpes med en proces, der kaldes binning - hvis defekten rammer en CPU-kerne, er den kerne deaktiveret, og chippen sælges som en nedre del. Faktisk fremstilles de fleste opstillinger af CPU'er ved hjælp af den samme tegning, men har kerner deaktiveret og solgt til en lavere pris. Hvis defekten rammer cachen eller en anden vigtig komponent, skal denne chip muligvis kastes ud, hvilket resulterer i et lavere udbytte og dyrere priser. Nyere procesknudepunkter, ligesom 7 nm og 10 nm , vil have højere mangelfrekvenser og vil blive dyrere som følge heraf.
RELATEREDE: Hvad betyder "7nm" og "10nm" for CPU'er, og hvorfor betyder de noget?
Emballage det op
At pakke CPU'en til forbrugerbrug er mere end bare at lægge den i en kasse med noget styrofoam. Når en CPU er færdig, er den stadig ubrugelig, medmindre den kan oprette forbindelse til resten af systemet. "Emballageprocessen" henviser til metoden, hvor den sarte siliciumform er fastgjort til printkortet, som de fleste mennesker betragter som "CPU".
Denne proces kræver meget præcision, men ikke så meget som de foregående trin. CPU-matrisen er monteret på et siliciumkort, og elektriske forbindelser køres til alle de ben, der kommer i kontakt med bundkortet. Moderne CPU'er kan have tusindvis af ben, hvor den avancerede AMD Threadripper har 4094 af dem.
Da CPU'en producerer meget varme og også skal beskyttes fra fronten, er en “integreret varmespreder” monteret på toppen. Dette kommer i kontakt med matricen og overfører varme til en køler, der er monteret ovenpå. For nogle entusiaster er den termiske pasta, der bruges til at oprette denne forbindelse, ikke god nok, hvilket resulterer i mennesker fjerner deres processorer at anvende en mere premium løsning.
Når det hele er samlet, kan det pakkes i faktiske kasser, klar til at ramme hylderne og blive sat ind i din fremtidige computer. Med hvor kompleks fremstillingen er, er det underligt, at de fleste CPU'er kun er et par hundrede dollars.
Hvis du er nysgerrig efter at lære endnu mere teknisk information om, hvordan CPU'er fremstilles, skal du tjekke Wikichips forklaringer på litografiprocesser og mikroarkitekturer .
