Хоча спосіб роботи процесорів може здатися магічним, це результат десятиліть розумної інженерії. У міру того, як транзистори - будівельні блоки будь-якого мікрочіпа - стискаються до мікроскопічних масштабів, спосіб їх виготовлення дедалі ускладнюється.
Фотолітографія
Зараз транзистори настільки неможливо малі, що виробники не можуть будувати їх звичайними методами. Тоді як точні токарні верстати і навіть 3Д принтера можуть створювати неймовірно складні творіння, вони зазвичай досягають мікрометричного рівня точності (це приблизно одна тридцятитисячна дюйма) і не підходять для нанометрових масштабів, на яких будуються сучасні чіпи.
Фотолітографія вирішує цю проблему, усуваючи необхідність дуже точно переміщати складну техніку. Натомість він використовує світло для вибивання зображення на чіп - як старовинний проектор, який ви можете зустріти в класах, але навпаки, масштабуючи трафарет до потрібної точності.
Зображення проектується на кремнієву пластину, яка обробляється з дуже високою точністю в контрольованих лабораторіях, оскільки будь-яка окрема плямка пилу на пластині може означати втрату тисяч доларів. Пластина покрита матеріалом, який називається фоторезистом, який реагує на світло і змивається, залишаючи травлення процесора, яке можна залити міддю або легований для формування транзисторів. Потім цей процес повторюється багато разів, будуючи центральний процесор так само, як a 3д принтер створить шари пластику.
Проблеми наномасштабної фотолітографії
Неважливо, чи зможете ви зробити транзистори меншими, якщо вони насправді не працюють, а технологія наномасштабу стикається з багатьма проблемами з фізикою. Транзистори повинні зупинити потік електрики, коли вони вимкнені, але вони стають настільки малими, що електрони можуть протікати прямо через них. Це називається квантове тунелювання і є масовою проблемою для кремнієвих інженерів.
Дефекти - ще одна проблема. Навіть фотолітографія має високу точність. Це аналог розмитого зображення з проектора; це не зовсім зрозуміло, коли підірвали або зменшили. В даний час ливарні намагаються пом'якшити цей ефект за допомогою “Екстремальне” ультрафіолетове світло , набагато більшу довжину хвилі, ніж може сприйняти людина, за допомогою лазерів у вакуумній камері. Але проблема зберігатиметься, оскільки розмір стає меншим.
Іноді дефекти можна усунути за допомогою процесу, який називається binning - якщо дефект потрапляє на ядро центрального процесора, це ядро відключається, а чіп продається як нижня частина. Насправді більшість модельних моделей процесорів виготовляються з використанням одного і того ж плану, але ядра відключені і продаються за нижчою ціною. Якщо дефект потрапляє в кеш-пам'ять або інший важливий компонент, цей чіп, можливо, доведеться викинути, що призведе до нижчої продуктивності та дорожчих цін. Новіші вузли процесу, наприклад 7 нм і 10 нм , матиме вищі показники дефектів і, як наслідок, буде дорожчим.
ПОВ'ЯЗАНІ: Що означають "7 нм" і "10 нм" для процесорів і чому вони мають значення?
Упаковка
Упаковка процесора для споживчого використання - це більше, ніж просто покладання в коробку з пенополістиролом. Коли процесор закінчений, він все ще марний, якщо він не може підключитися до решти системи. Процес «упаковки» відноситься до методу, коли делікатна кремнійпластика прикріплюється до друкованої плати, яку більшість людей вважають «процесором».
Цей процес вимагає великої точності, але не такий, як попередні кроки. Плашка процесора встановлена на кремнієвій платі, а електричні з'єднання прокладаються до всіх штифтів, які контактують з материнською платою. Сучасні центральні процесори можуть мати тисячі контактів, а у високоякісного AMD Threadripper - 4094.
Оскільки центральний процесор виробляє багато тепла, а також повинен бути захищений спереду, “вбудований розподільник тепла” встановлений зверху. Це контактує з матрицею і передає тепло охолоджувачу, який встановлений зверху. Для деяких ентузіастів термічна паста, яка використовується для цього з'єднання, недостатньо хороша, що призводить до людей виправляючи свої процесори застосувати більш преміум-рішення.
Після того, як це все буде зібрано, його можна буде розфасувати у справжні коробки, готовий потрапити на полиці та вставити у ваш майбутній комп’ютер. Наскільки складним є виробництво, дивно, що більшість процесорів складають лише пару сотень баксів.
Якщо вам цікаво дізнатись ще більше технічної інформації про те, як створюються центральні процесори, перегляньте пояснення Вікічіпа літографічні процеси і мікроархітектури .
