CPU'ların çalışma şekli sihir gibi görünse de, onlarca yıllık akıllı mühendisliğin sonucudur. Herhangi bir mikroçipin yapı taşları olan transistörler, mikroskobik ölçeklere küçüldükçe, üretilme biçimleri daha da karmaşık hale geliyor.
Fotolitografi
Transistörler artık inanılmaz derecede küçük olduğundan üreticiler bunları normal yöntemler kullanarak oluşturamazlar. Hassas torna tezgahları ve hatta 3 boyutlu yazıcı inanılmaz derecede karmaşık kreasyonlar yapabilir, genellikle mikrometre hassasiyet seviyelerinde (bir inçin yaklaşık otuz binde biri) üst sıralarda yer alırlar ve günümüzün çiplerinin oluşturulduğu nanometre ölçeklerine uygun değildir.
Fotolitografi, karmaşık makineleri çok hassas bir şekilde hareket ettirme ihtiyacını ortadan kaldırarak bu sorunu çözer. Bunun yerine, sınıflarda bulabileceğiniz eski bir tepegöz gibi bir görüntüyü çipe işlemek için ışığı kullanır, ancak bunun yerine şablonu istenen hassasiyete ölçeklendirir.
Görüntü, kontrollü laboratuvarlarda çok yüksek hassasiyetle işlenen silikon bir gofret üzerine yansıtılıyor, çünkü gofret üzerindeki herhangi bir toz zerresi binlerce doları kaybetmek anlamına gelebilir. Gofret, ışığa tepki veren ve yıkanarak bakırla doldurulabilen bir CPU aşındırması bırakan fotorezist adı verilen bir malzeme ile kaplanmıştır. katkılı transistörler oluşturmak için. Bu işlem daha sonra birçok kez tekrarlanır ve CPU'yu bir 3 boyutlu yazıcı plastik tabakalar oluşturur.
Nano Ölçekli Fotolitografi İle İlgili Sorunlar
Transistörleri gerçekten çalışmıyorlarsa küçültebilmeniz önemli değil ve nano ölçekli teknoloji, fizikle ilgili birçok sorunla karşılaşıyor. Transistörlerin kapalı olduklarında elektrik akışını durdurmaları gerekiyor, ancak elektronların doğrudan içlerinden akabileceği kadar küçülüyorlar. Bu denir kuantum tünelleme ve silikon mühendisleri için büyük bir sorundur.
Kusurlar başka bir sorundur. Fotolitografinin bile hassasiyetinde bir sınırı vardır. Projektörden gelen bulanık bir görüntüye benzer; havaya uçurulduğunda ya da küçüldüğünde o kadar net değil. Şu anda, dökümhaneler bu etkiyi azaltmaya çalışıyor. "Aşırı" ultraviyole ışık , bir vakum odasında lazer kullanarak insanların algılayabileceğinden çok daha yüksek bir dalga boyu. Ancak boyut küçüldükçe sorun devam edecektir.
Kusurlar bazen binning adı verilen bir işlemle hafifletilebilir - eğer kusur bir CPU çekirdeğine isabet ederse, bu çekirdek devre dışı bırakılır ve yonga alt uç parça olarak satılır. Aslında, çoğu CPU dizisi aynı taslak kullanılarak üretilir, ancak çekirdekler devre dışı bırakılır ve daha düşük bir fiyata satılır. Kusur önbelleğe veya başka bir önemli bileşene isabet ederse, bu çipin atılması gerekebilir, bu da daha düşük bir verim ve daha pahalı fiyatlar ile sonuçlanır. Daha yeni işlem düğümleri, örneğin 7nm ve 10nm daha yüksek kusur oranlarına sahip olacak ve sonuç olarak daha pahalı olacaktır.
İLİŞKİLİ: CPU'lar için "7nm" ve "10nm" Ne Anlama Geliyor ve Neden Önemlidir?
Paketleyin
İşlemciyi tüketici kullanımı için paketlemek, onu bir köpüklü kutuya koymaktan daha fazlasıdır. Bir CPU bittiğinde, sistemin geri kalanına bağlanamadığı sürece işe yaramaz. "Paketleme" süreci, çoğu insanın "CPU" olarak düşündüğü hassas silikon kalıbın PCB'ye tutturulduğu yöntemi ifade eder.
Bu süreç çok fazla hassasiyet gerektirir, ancak önceki adımlar kadar değil. CPU kalıbı bir silikon karta monte edilir ve ana kartla temas eden tüm pimlere elektrik bağlantıları yapılır. Modern CPU'larda binlerce pin bulunabilir, üst düzey AMD Threadripper 4094 tanesine sahiptir.
CPU çok fazla ısı ürettiğinden ve önden de korunması gerektiğinden, üst tarafa bir "entegre ısı dağıtıcı" monte edilmiştir. Bu, kalıpla temas kurar ve ısıyı üstüne monte edilmiş bir soğutucuya aktarır. Bazı meraklılar için, bu bağlantıyı kurmak için kullanılan termal macun yeterince iyi değil ve bu da insanların işlemcilerini kaldırmak daha premium bir çözüm uygulamak.
Hepsi bir araya getirildikten sonra, gerçek kutulara paketlenebilir, raflara çıkmaya hazır ve gelecekteki bilgisayarınıza yerleştirilebilir. Üretimin ne kadar karmaşık olduğu düşünüldüğünde, çoğu CPU'nun yalnızca birkaç yüz dolar olması şaşırtıcı.
CPU'ların nasıl üretildiği hakkında daha fazla teknik bilgi edinmek istiyorsanız, Wikichip’in litografi süreçleri ve mikro mimariler .
