Vaikka suorittimien toiminta saattaa tuntua taikaa, se on vuosikymmenien älykkään suunnittelun tulos. Kun transistorit - minkä tahansa mikrosirun rakennuspalikat - kutistuvat mikroskooppisiin asteikkoihin, niiden valmistustapa kasvaa entistä monimutkaisemmaksi.
Fotolitografia
Transistorit ovat nyt niin mahdottoman pieniä, että valmistajat eivät voi rakentaa niitä normaalilla menetelmällä. Vaikka tarkkuussorvit ja tasaiset 3D tulostin voivat tehdä uskomattoman monimutkaisia luomuksia, ne ylittävät yleensä mikrometrin tarkkuudella (se on noin kolmekymmentätuhattu tuuma) eivätkä sovellu nanometrin asteikoille, joihin nykyiset sirut rakennetaan.
Fotolitografia ratkaisee tämän ongelman poistamalla tarpeen siirtää monimutkaisia koneita hyvin tarkasti. Sen sijaan se käyttää valoa kuvan syövyttämiseen sirulle - kuten vintage-piirtoheitin, jonka saatat löytää luokista, mutta päinvastoin skaalaa kaavion haluttuun tarkkuuteen.
Kuva heijastetaan piikiekolle, joka työstetään erittäin tarkasti valvotuissa laboratorioissa, koska mikä tahansa yksittäinen pölypilkku kiekolla saattaa tarkoittaa tuhansien dollarien menettämistä. Vohveli on päällystetty fotoresistiksi kutsutulla materiaalilla, joka reagoi valoon ja pestään pois jättäen prosessorin syövytyksen, joka voidaan täyttää kuparilla tai seostettu muodostaa transistorit. Tämä prosessi toistetaan sitten monta kertaa, rakentaen suorittimen samalla tavalla kuin a 3D tulostin kerääntyisi muovikerroksia.
Nanomittakaavan fotolitografian ongelmat
Ei ole väliä, voitko tehdä transistoreista pienempiä, jos ne eivät todellakaan toimi, ja nanomittakaavan tekniikka törmää paljon fysiikan aiheisiin. Transistoreiden on tarkoitus pysäyttää sähkövirta, kun ne ovat pois päältä, mutta niistä tulee niin pieniä, että elektronit voivat virrata niiden läpi. Tätä kutsutaan kvanttitunnelointi ja se on valtava ongelma pii-insinööreille.
Viat ovat toinen ongelma. Jopa fotolitografialla on tarkkuus. Se on analoginen epätarkan kuvan projektorista; se ei ole aivan yhtä selvää, kun se räjäytetään tai kutistuu. Tällä hetkellä valimot yrittävät lieventää tätä vaikutusta käyttämällä "Äärimmäinen" ultraviolettivalo , paljon suurempi aallonpituus kuin ihmiset pystyvät havaitsemaan käyttämällä tyhjiökammiossa olevia lasereita. Mutta ongelma jatkuu, kun koko pienenee.
Vikoja voidaan joskus lievittää prosessilla, jota kutsutaan binningiksi - jos vika osuu suorittimen ytimeen, kyseinen ydin poistetaan käytöstä ja siru myydään alaosana. Itse asiassa useimmat suorittimien kokoonpanot valmistetaan käyttäen samaa suunnitelmaa, mutta ytimet on poistettu käytöstä ja myyty halvemmalla. Jos vika osuu välimuistiin tai muuhun välttämättömään komponenttiin, siru voidaan joutua heittämään ulos, mikä johtaa alhaisempaan tuottoon ja kalliimpiin hintoihin. Uudemmat prosessisolmut, kuten 7nm ja 10nm , vikojen määrä on korkeampi ja sen seurauksena se on kalliimpaa.
LIITTYVÄT: Mitä "7nm" ja "10nm" tarkoittavat suorittimille ja miksi niillä on merkitystä?
Pakkaa se ylös
CPU: n pakkaaminen kuluttajakäyttöön on muutakin kuin vain sen asettaminen laatikkoon styroksilla. Kun keskusyksikkö on valmis, se on silti hyödytön, ellei se voi muodostaa yhteyttä muuhun järjestelmään. "Pakkaus" -menetelmä viittaa menetelmään, jossa herkkä piimuotti kiinnitetään piirilevyyn, jota useimmat ihmiset ajattelevat "prosessoriksi".
Tämä prosessi vaatii paljon tarkkuutta, mutta ei niin paljon kuin edelliset vaiheet. CPU-suulake on asennettu piikorttiin, ja sähköliitännät ajetaan kaikkiin nastoihin, jotka ovat yhteydessä emolevyyn. Nykyaikaisilla suorittimilla voi olla tuhansia nastoja, ja huippuluokan AMD Threadripperillä on niitä 4094.
Koska CPU tuottaa paljon lämpöä ja sitä tulisi myös suojata edestä, "integroitu lämmönlevitin" asennetaan yläosaan. Tämä saa kosketuksen muottiin ja siirtää lämpöä jäähdyttimeen, joka on asennettu päälle. Joillekin harrastajille tämän yhteyden muodostamiseen käytetty lämpöpasta ei ole tarpeeksi hyvä, mikä johtaa ihmisiin poistamalla prosessorit soveltaa premium-ratkaisua.
Kun kaikki on koottu, se voidaan pakata todellisiin laatikoihin, valmiina osumaan hyllyihin ja sijoittamaan tulevaan tietokoneeseesi. Valmistuksen monimutkaisuuden vuoksi on ihme, että useimmat suorittimet ovat vain pari sataa dollaria.
Jos haluat tietää lisää teknisiä tietoja suorittimien valmistuksesta, tutustu Wikichipin selityksiin litografiaprosessit ja mikroarkkitehtuurit .
