Ενώ ο τρόπος λειτουργίας των CPU μπορεί να φαίνεται μαγικός, είναι αποτέλεσμα δεκαετιών έξυπνης μηχανικής. Καθώς τα τρανζίστορ - τα δομικά στοιχεία οποιουδήποτε μικροτσίπ - συρρικνώνονται σε μικροσκοπικές κλίμακες, ο τρόπος παραγωγής τους γίνεται όλο και πιο περίπλοκος.
Φωτολιθογραφία
Τα τρανζίστορ είναι τώρα τόσο απίθανα που οι κατασκευαστές δεν μπορούν να τα κατασκευάσουν χρησιμοποιώντας κανονικές μεθόδους. Ενώ οι τόρνοι ακριβείας και ακόμη 3D εκτυπωτής μπορούν να κάνουν απίστευτα περίπλοκες δημιουργίες, συνήθως ξεχωρίζουν σε επίπεδα ακρίβειας μικρομέτρου (δηλαδή περίπου ένα τριάντα χιλιοστό της ίντσας) και δεν είναι κατάλληλα για τις κλίμακες νανομέτρων στις οποίες κατασκευάζονται τα σημερινά τσιπ.
Η φωτολιθογραφία επιλύει αυτό το ζήτημα αφαιρώντας με μεγάλη ακρίβεια την ανάγκη μετακίνησης περίπλοκων μηχανημάτων. Αντ 'αυτού, χρησιμοποιεί φως για να χαράξει μια εικόνα στο τσιπ - όπως ένας εκλεκτής ποιότητας προβολέας που μπορεί να βρείτε στις τάξεις, αλλά αντίστροφα, κλιμακώνοντας το διάτρητο στην επιθυμητή ακρίβεια.
Η εικόνα προβάλλεται σε μια γκοφρέτα πυριτίου, η οποία επεξεργάζεται με πολύ υψηλή ακρίβεια σε ελεγχόμενα εργαστήρια, καθώς κάθε μεμονωμένη σκόνη στη γκοφρέτα μπορεί να σημαίνει απώλεια χιλιάδων δολαρίων. Η γκοφρέτα επικαλύπτεται με ένα υλικό που ονομάζεται φωτοανθεκτικό, το οποίο αποκρίνεται στο φως και ξεπλένεται, αφήνοντας μια χάραξη της CPU που μπορεί να γεμίσει με χαλκό ή ντόπινγκ για να σχηματίσουν τρανζίστορ. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται στη συνέχεια πολλές φορές, δημιουργώντας την CPU σαν μια 3D εκτυπωτής θα δημιουργούσε στρώματα πλαστικού.
Τα θέματα με τη νανο-κλίμακα φωτολιθογραφία
Δεν έχει σημασία αν μπορείτε να κάνετε τα τρανζίστορ μικρότερα εάν δεν λειτουργούν πραγματικά και η τεχνολογία νανο-κλίμακας αντιμετωπίζει πολλά προβλήματα με τη φυσική. Τα τρανζίστορ υποτίθεται ότι σταματούν τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος όταν είναι εκτός λειτουργίας, αλλά γίνονται τόσο μικρά που τα ηλεκτρόνια μπορούν να ρέουν ακριβώς μέσω αυτών. Αυτό ονομάζεται κβαντική σήραγγα και είναι ένα τεράστιο πρόβλημα για μηχανικούς πυριτίου.
Τα ελαττώματα είναι ένα άλλο πρόβλημα. Ακόμη και η φωτολιθογραφία έχει ένα καπάκι στην ακρίβεια. Είναι ανάλογο με μια θολή εικόνα του προβολέα. δεν είναι τόσο ξεκάθαρο όταν εκραγεί ή συρρικνωθεί. Επί του παρόντος, τα χυτήρια προσπαθούν να μετριάσουν αυτό το αποτέλεσμα χρησιμοποιώντας «Ακραίο» υπεριώδες φως , πολύ υψηλότερο μήκος κύματος από ό, τι μπορεί να αντιληφθεί ο άνθρωπος, χρησιμοποιώντας λέιζερ σε θάλαμο κενού. Αλλά το πρόβλημα θα επιμείνει καθώς το μέγεθος γίνεται μικρότερο.
Μερικές φορές τα ελαττώματα μπορούν να μετριαστούν με μια διαδικασία που ονομάζεται binning - εάν το ελάττωμα χτυπήσει έναν πυρήνα CPU, αυτός ο πυρήνας είναι απενεργοποιημένος και το τσιπ πωλείται ως τμήμα χαμηλότερου άκρου. Στην πραγματικότητα, οι περισσότερες σειρές CPU κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας το ίδιο σχεδιάγραμμα, αλλά έχουν απενεργοποιήσει τους πυρήνες και πωλούνται σε χαμηλότερη τιμή. Εάν το ελάττωμα χτυπήσει την προσωρινή μνήμη ή άλλο βασικό στοιχείο, αυτό το τσιπ μπορεί να πρέπει να απορριφθεί, με αποτέλεσμα χαμηλότερη απόδοση και ακριβότερες τιμές. Νεότεροι κόμβοι διαδικασίας, όπως 7nm και 10nm , θα έχει υψηλότερα ποσοστά ελαττωμάτων και ως αποτέλεσμα θα είναι πιο ακριβό
ΣΧΕΤΙΖΟΜΑΙ ΜΕ: Τι σημαίνουν τα "7nm" και "10nm" για τους CPU και γιατί έχουν σημασία;
Συσκευασία
Η συσκευασία της CPU για χρήση από τους καταναλωτές είναι κάτι παραπάνω από απλή τοποθέτηση σε ένα κουτί με φελιζόλ. Όταν ολοκληρωθεί η CPU, εξακολουθεί να είναι άχρηστη αν δεν μπορεί να συνδεθεί με το υπόλοιπο σύστημα. Η διαδικασία «συσκευασίας» αναφέρεται στη μέθοδο όπου η λεπτή μήτρα πυριτίου συνδέεται με το PCB που οι περισσότεροι άνθρωποι θεωρούν ως «CPU».
Αυτή η διαδικασία απαιτεί πολλή ακρίβεια, αλλά όχι τόσο με τα προηγούμενα βήματα. Η μήτρα της CPU είναι τοποθετημένη σε μια πλακέτα πυριτίου και οι ηλεκτρικές συνδέσεις εκτελούνται σε όλες τις ακίδες που έρχονται σε επαφή με τη μητρική πλακέτα. Οι σύγχρονοι επεξεργαστές μπορούν να έχουν χιλιάδες καρφίτσες, με το προηγμένο AMD Threadripper να έχει 4094 από αυτά.
Δεδομένου ότι η CPU παράγει πολλή θερμότητα, και πρέπει επίσης να προστατεύεται από το μπροστινό μέρος, ένα «ενσωματωμένο θερμοσίφωνα» είναι τοποθετημένο στην κορυφή. Αυτό κάνει επαφή με τη μήτρα και μεταφέρει θερμότητα σε ένα ψυγείο που είναι τοποθετημένο στην κορυφή. Για ορισμένους ενθουσιώδεις, η θερμική πάστα που χρησιμοποιήθηκε για να κάνει αυτή τη σύνδεση δεν είναι αρκετά καλή, κάτι που οδηγεί σε άτομα απαλλαγή από τους επεξεργαστές τους για να εφαρμόσετε μια πιο premium λύση.
Μόλις συγκεντρωθούν, μπορεί να συσκευαστεί σε πραγματικά κουτιά, να είναι έτοιμο να χτυπήσει τα ράφια και να τοποθετηθεί στον μελλοντικό υπολογιστή σας. Με το πόσο περίπλοκη είναι η κατασκευή, είναι περίεργο ότι οι περισσότερες CPU είναι μόνο μερικές εκατοντάδες δολάρια.
Εάν είστε περίεργοι να μάθετε ακόμη περισσότερες τεχνικές πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο δημιουργίας των CPU, ανατρέξτε στις εξηγήσεις του Wikichip διαδικασίες λιθογραφίας και μικροαρχιτεκτονικές .
