Технологии за производство и производство на процесори. Производство на съвременни процесори

Съвременните микропроцесори са едни от най-сложните устройства, произведени от човека. Производството на полупроводников чип е много по-ресурсоемко, отколкото, да речем, изграждането на многоетажна сграда или организирането на най-голямото изложбено събитие. Въпреки това, благодарение на масовото производство на процесора в парично изражение, ние не забелязваме това и рядко някой се замисля за грандиозността на елементите, които заемат толкова видно място вътре системен блок. Решихме да проучим подробностите за производството на процесори и да разкажем за тях в този материал. За щастие днес в мрежата има достатъчно информация по тази тема и специализирана селекция от презентации и слайдове от Intel Corporation ви позволява да изпълните задачата възможно най-ясно. Предприятията на други гиганти на полупроводниковата индустрия работят на същия принцип, така че можем да кажем с увереност, че всички съвременни микросхеми следват идентичен път на създаване.

Първото нещо, което си струва да се спомене, е строителният материал за процесорите. Силицият е вторият най-често срещан елемент на планетата след кислорода. Той е естествен полупроводник и се използва като основен материал за производството на чипове на различни микросхеми. Повечето силиций се намират в обикновен пясък (особено кварц) под формата на силициев диоксид (SiO2).

Силицият обаче не е единственият материал. Неговият най-близък роднина и заместител е германият, но в процеса на подобряване на производството учените идентифицират добри полупроводникови свойства в съединения на други елементи и се подготвят да ги тестват на практика или вече го правят.

1 Силицият преминава през многоетапен процес на пречистване: суровините за микросхеми не могат да съдържат повече примеси от един чужд атом на милиард.

2 Силиконът се разтопява в специален контейнер и след като се спусне постоянно охлаждан въртящ се прът вътре, веществото се „навива“ около него поради силите на повърхностното напрежение.

3 В резултат на това се получават надлъжни заготовки (монокристали) с кръгло напречно сечение, всяка с тегло около 100 kg.

4 Заготовката се нарязва на отделни силиконови дискове - плочи, върху които ще бъдат разположени стотици микропроцесори. За тези цели се използват машини с диамантени режещи дискове или телено-абразивни инсталации.

5 Субстратите са полирани до огледален блясък, за да се премахнат всички дефекти по повърхността. Следващата стъпка е нанасянето на най-тънкия фотополимерен слой.

6 Обработеният субстрат е изложен на силно ултравиолетово лъчение. Във фотополимерния слой протича химическа реакция: светлината, преминаваща през множество шаблони, повтаря моделите на слоевете на процесора.

7 Реалният размер на приложеното изображение е няколко пъти по-малък от действителния шаблон.

8 Участъците, които са "гравирани" от радиация, се измиват. Върху силиконов субстрат се получава модел, който след това се подлага на фиксиране.

9 Следващият етап в производството на един слой е йонизацията, по време на която свободните от полимер силициеви зони се бомбардират с йони.

10 На местата, където се ударят, свойствата на електрическата проводимост се променят.

11 Останалият полимер се отстранява и транзисторът е почти готов. В изолационните слоеве се правят отвори, които чрез химическа реакция се запълват с медни атоми, използвани като контакти.

12 Свързването на транзисторите е многостепенно окабеляване. Ако погледнете през микроскоп, можете да видите много метални проводници върху кристал и атоми на силиций или неговите съвременни заместители, поставени между тях.

13 Част от готовия субстрат преминава първия тест за функционалност. На този етап към всеки от избраните транзистори се подава ток, а автоматизираната система проверява работните параметри на полупроводника.

14 Субстратът се нарязва на отделни части с помощта на най-тънките режещи колела.

15 Добрите чипове, получени в резултат на тази операция, се използват в производството на процесори, а дефектните се изпращат на отпадъци.

16 Между основата (субстрата) на процесора и топлоразпределителния капак се поставя отделен чип, от който ще бъде направен процесора и се “опакова”.

17 По време на окончателното тестване готовите процесори се проверяват за съответствие с необходимите параметри и едва след това се сортират. Въз основа на получените данни в тях се въвежда микрокод, който позволява на системата правилно да определи процесора.

18 Готовите устройства се опаковат и изпращат на пазара.

"Силиконовата долина" (Силиконовата долина, САЩ, Калифорния)

Името си получи от основния градивен елемент, използван при производството на микрочипове.

"Защо пластините на процесора са кръгли?"- ще попитате със сигурност.

За производството на силициеви кристали се използва технология, която позволява да се получат само цилиндрични заготовки, които след това се нарязват на парчета. Досега никой не е успял да произведе квадратна плоча без дефекти.

Защо микрочиповете са квадратни?

Именно този вид литография дава възможност да се използва площта на плочата с максимална ефективност.

Защо процесорите се нуждаят от толкова много пинове/щифтове?

В допълнение към сигналните линии, всеки процесор се нуждае от стабилно захранване, за да работи. При консумация на енергия от около 100-120 W и ниско напрежение през контактите може да тече ток до 100 A. Значителна част от контактите на процесора са разпределени специално за захранващата система и се дублират.

Депониране на производствени отпадъци

Преди това дефектните плочи, техните останки и дефектните микрочипове отиваха на боклука. Към днешна дата са в ход разработки за използването им като основа за производството на слънчеви клетки.

"Заешки костюм"

Това е името, дадено на гащеризона бял цвят, които са длъжни да носят всички работници на промишлени помещения. Това се прави, за да се поддържа максимална чистота и да се предпази от случайно навлизане на прахови частици в производствените съоръжения. „Костюмът на зайче“ е използван за първи път във фабриките за процесори през 1973 г. и оттогава се е превърнал в приет стандарт.

99,9999%

Само силиций с най-висока чистота е подходящ за производство на процесори. Заготовките се почистват със специални химикали.

300 мм

Това е диаметърът на съвременните силициеви пластини за производство на процесори.

1000 пъти

Ето колко по-чист е въздухът във фабриките за чипове, отколкото в операционната.

20 слоя

Процесорният чип е много тънък (по-малко от милиметър), но в него се побират повече от 20 слоя от най-сложните структурни комбинации от транзистори, които приличат на многостепенни магистрали.

2500

Толкова процесорни чипове Intel Atom (те са с най-малката площ сред съвременните процесори) се поставят върху една 300 мм пластина.

10 000 000 000 000 000 000

Всяка година от заводите се доставят сто квинтилиона транзистора под формата на градивни блокове на микрочипове. Това е около 100 пъти повече от предполагаемия брой на мравките на планетата.

А

Цената на производството на един транзистор в процесора днес е равна на цената на отпечатването на една буква във вестник.

В процеса на подготовка на статията са използвани материали от официалния сайт на Intel Corporation, www.intel.ua

Сега в интернет има много информация по темата за процесорите, можете да намерите куп статии за това как работи, където се споменават главно регистри, цикли, прекъсвания и т.н. ... Но за човек, който е не е запознат с всички тези термини и понятия, е доста трудно така "с муха" да се задълбочите в разбирането на процеса, но трябва да започнете с малко - а именно с елементарно разбиране как е устроен процесорът и от какви основни части се състои.

И така, какво ще бъде вътре в микропроцесора, ако бъде разглобен:

цифрата 1 означава металната повърхност (капак) на микропроцесора, която служи за отвеждане на топлината и защита срещу механични повреди на това, което се намира зад този капак (т.е. вътре в самия процесор).

Под номер 2 - е самият кристал, който всъщност е най-важната и скъпа за производство част от микропроцесора. Благодарение на този кристал се извършват всички изчисления (и това е най-важната функция на процесора) и колкото по-сложен е той, толкова по-съвършен е, толкова по-мощен е процесорът и толкова по-скъп е, съответно. Кристалът е изработен от силиций. Всъщност производственият процес е много сложен и включва десетки стъпки, повече подробности в това видео:

Номер 3 е специална текстолитна подложка, към която са прикрепени всички останали части на процесора, освен това играе ролята на контактна подложка - на обратната му страна има голям брой златни "точки" - това са контакти (те са леко видими на фигурата). Благодарение на контактната подложка (субстрат) се осигурява тясно взаимодействие с кристала, тъй като не е възможно директно да се повлияе на кристала по никакъв начин.

Капакът (1) е прикрепен към субстрата (3) с устойчиво на висока температура лепило-уплътнител. Няма въздушна междина между кристала (2) и капака, мястото му се заема от термична паста, когато се втвърди, тя образува "мост" между матрицата на процесора и капака, което осигурява много добър отток на топлина.

Кристалът е свързан към субстрата с помощта на запояване и уплътнител, контактите на субстрата са свързани към контактите на кристала. Тази фигура ясно показва как контактите на кристала са свързани с контактите на субстрата с помощта на много тънки проводници (на снимката 170x увеличение):

Като цяло устройството на процесорите различни производителии дори моделите на един производител могат да варират значително. въпреки това електрическа схемаработата остава същата - всички те имат контактен субстрат, кристал (или няколко, разположени в една опаковка) и метален капак за разсейване на топлината.

Например, контактната площадка на процесора Intel Pentium 4 изглежда така (процесорът е обърнат с главата надолу):

Формата на щифтовете и структурата на тяхното разположение зависи от процесора и дънна платкакомпютър (сокетите трябва да съвпадат). Например, на фигурата точно по-горе, контактите на процесора нямат "щифтове", тъй като щифтовете са разположени директно в гнездото на дънната платка.

Има и друга ситуация, при която "щифтовете" на контактите стърчат директно от контактния субстрат. Тази характеристика е типична главно за AMD процесори:

Както бе споменато по-горе, устройството различни моделипроцесорите на един и същи производител могат да варират, имаме ярък пример за това - четириядрен процесор Intel Core 2 Quad, което по същество е 2 двуядрен процесор core 2 duo линии комбинирани в един корпус:

важно! Броят на матриците в процесора и броят на процесорните ядра не са едно и също нещо.

В съвременните модели Процесори на Intelпобира 2 кристала (чипа) наведнъж. Вторият чип, графичното ядро ​​на процесора, по същество играе ролята на видеокарта, вградена в процесора, тоест дори ако системата липсва, графичното ядро ​​ще поеме ролята на видеокарта и то доста мощна (в някои модели процесори изчислителната мощност на графичните ядра ви позволява да играете модерни игри на средни графични настройки).

Това е всичко централен микропроцесорен блокнакратко, разбира се.

Съвременните микропроцесори са най-бързите и най-умните микросхеми в света. Те могат да извършват до 4 милиарда операции в секунда и се произвеждат с помощта на много различни технологии. От началото на 90-те години на 20 век, когато процесорите навлязоха масово, те преминаха през няколко етапа на развитие. Апогеят на развитието на микропроцесорни структури, използващи съществуващите технологии на микропроцесора от 6-то поколение, беше 2002 г., когато стана достъпно да се използват всички основни свойства на силиция за получаване на високи честоти с най-малко загуби при производството и създаването на логически схеми. Сега ефективността на новите процесори намалява донякъде въпреки постоянното увеличаване на честотата на кристалите, тъй като силициевите технологии се доближават до границата на своите възможности.

Микропроцесоре интегрална схема, формирана върху малък силициев кристал. Силицият се използва в микросхеми поради факта, че има полупроводникови свойства: неговата електрическа проводимост е по-голяма от тази на диелектриците, но по-малка от тази на металите. Силицият може да се направи както изолатор, който предотвратява движението на електрически заряди, така и проводник - тогава електрически зарядище премине свободно през него. Проводимостта на полупроводника може да се контролира чрез въвеждане на примеси.

Микропроцесорът съдържа милиони транзистори, свързани помежду си с най-тънките проводници, направени от алуминий или мед и използвани за обработка на данни. Така се образуват вътрешните гуми. В резултат на това микропроцесорът изпълнява много функции - от математически и логически операцииза управление на работата на други микросхеми и целия компютър.

Един от основните параметри на микропроцесора е честотата на кристала, която определя броя на операциите за единица време, честотата на системната шина, обема на вътрешната кеш памет SRAM . Процесорът се маркира от честотата на кристала. Честотата на кристала се определя от честотата на превключване на транзисторите от затворен към отворен. Способността на транзистора да превключва по-бързо се определя от технологията на производство на силициевите пластини, от които са направени чиповете. Размерът на технологичния процес определя размерите на транзистора (неговата дебелина и дължина на затвора). Например, използвайки 90nm процес, който беше въведен в началото на 2004 г., размерът на транзистора е 90nm, а дължината на гейта е 50nm.

Всички съвременни процесори използват FETs. Преходът към нова технология на процеса ви позволява да създавате транзистори с по-висока честота на превключване, по-ниски токове на утечка, по-малки размери. Намаляването на размера ви позволява едновременно да намалите площта на чипа, а оттам и разсейването на топлината, а по-тънкият гейт ви позволява да прилагате по-малко напрежение за превключване, което също намалява консумацията на енергия и разсейването на топлината.

Технологичната норма от 90 nm се оказа доста сериозна технологична бариера за много производители на чипове. Това потвърждават от компанията TSMC , която се занимава с производство на чипове за много гиганти на пазара, като компании AMD, nVidia, ATI, VIA . Дълго време тя не успя да установи производството на чипове по технология от 0,09 микрона, което доведе до нисък добив на подходящи кристали. Това е една от причините AMD дълго време отложи пускането на своите процесори с технология SOI (силиций върху изолатор) ). Това се дължи на факта, че именно върху това измерение на елемента започнаха силно да се проявяват всякакви преди това не толкова забележими негативни фактори като токове на утечка, голямо разсейване на параметрите и експоненциално увеличение на отделянето на топлина.

Има два тока на утечка: ток на утечка на затвора и подпрагово утечка. Първо се причинява от спонтанното движение на електрони между силициевия субстрат на канала и полисилициевия порт. Второ - спонтанно движение на електрони от източника на транзистора към дренажа. И двата ефекта водят до факта, че е необходимо да се повиши захранващото напрежение, за да се контролират токовете в транзистора, което се отразява негативно на разсейването на топлината. И така, чрез намаляване на размера на транзистора, на първо място, неговата врата и слоят силициев диоксид се намаляват ( SiO2 ), което е естествена бариера между портата и канала.

От една страна, това подобрява скоростта на транзистора (времето за превключване), но от друга страна, увеличава утечката. Тоест, получава се един вид затворен цикъл. Така че преходът към 90 nm е още едно намаляване на дебелината на диоксидния слой и в същото време увеличаване на течовете. Борбата с изтичането отново е увеличаване на управляващите напрежения и съответно значително увеличаване на генерирането на топлина. Всичко това доведе до забавяне на въвеждането на нов технически процес от конкурентите на пазара на микропроцесори - Intel и AMD.

Едно от алтернативните решения е използването на технологииИ АЗ (силиций върху изолатор), който компанията наскоро представи AMD на техните 64-битови процесори. Това обаче й коства много усилия и преодоляване Голям бройсвързани трудности. Но самата технология предоставя огромен брой предимства със сравнително малък брой недостатъци.

Същността на технологията като цяло е съвсем логична - транзисторът е отделен от силиконовата подложка с друг тънък слой изолатор. Плюсове - тегло. Няма неконтролирано движение на електрони под канала на транзистора, влияещо върху електрическите му характеристики - отново. След прилагане на отключващия ток към портата, времето за йонизация на канала до работно състояние, докато работният ток тече през него, се намалява, т.е. ключов параметърпроизводителност на транзистора, времето за включване / изключване е две. Или при същата скорост можете просто да намалите тока на отключване - три. Или намерете някакъв компромис между увеличаване на скоростта на работа и намаляване на напрежението. При запазване на същия отключващ ток, увеличението на производителността на транзистора може да бъде до 30%, ако оставите честотата същата, с акцент върху пестенето на енергия, тогава плюсът може да бъде още по-голям - до 50%.

И накрая, характеристиките на канала стават по-предвидими и самият транзистор става по-устойчив на спорадични грешки, като тези, причинени от космически частици, които навлизат в субстрата на канала и го йонизират неочаквано. Сега, попадайки в субстрата, разположен под изолационния слой, те по никакъв начин не влияят на работата на транзистора. Единственият недостатък на SOI е, че трябва да намалите дълбочината на областта на емитер/колектор, което пряко и пряко влияе върху увеличаването на съпротивлението му с намаляване на дебелината.

И накрая трети причината, която допринесе за забавянето на растежа на честотата, е ниската активност на конкурентите на пазара. Може да се каже, че всеки беше зает със своите си работи. AMD ангажирани с широкото въвеждане на 64-битови процесори, за Intel това беше период на усъвършенстване на новия технически процес, отстраняване на грешки за увеличен добив на подходящи кристали.

Така че необходимостта от преминаване към нови технически процеси е очевидна, но тя се дава на технолозите всеки път с голяма трудност. Първите микропроцесори Pentium (1993) са произведени по технологията на 0,8 микрона, след това 0,6 микрона. През 1995 г. технологичният процес от 0,35 микрона е използван за първи път за процесорите от 6-то поколение. През 1997 г. тя се промени на 0,25 микрона, а през 1999 г. на 0,18 микрона. Съвременните процесори се произвеждат по технологии 0,13 и 0,09 микрона, като последната е въведена през 2004 г. Както можете да видите, за тези технически процеси се спазва законът на Мур, който гласи, че на всеки две години честотата на кристалите се удвоява с увеличаване на броя на транзисторите от тях. Със същото темпо се променя и технологичният процес. Вярно е, че в бъдеще „честотната надпревара“ ще изпревари този закон. До 2006 г. компанията Intel планира да усвои 65-nm технологичен процес, а през 2009 г. - 32-nm.

Тук е време да си припомним структурата на транзистора, а именно тънък слой от силициев диоксид, изолатор, разположен между портата и канала, и изпълняващ напълно разбираема функция - бариера за електрони, която предотвратява изтичането на тока на вратата.

Очевидно колкото по-дебел е този слой, толкова по-добре изпълнява изолационните си функции, но той е неразделна част от канала и не по-малко очевидно е, че ако ще намалим дължината на канала (размера на транзистора), тогава трябва да намаляване на дебелината му, и освен това много бързо. Между другото, през последните няколко десетилетия дебелината на този слой е била средно около 1/45 от цялата дължина на канала. Но този процес има своя край - както Intel каза преди пет години, ако продължите да използвате SiO 2, както е било през последните 30 години, минималната дебелина на слоя ще бъде 2,3 nm, в противен случай изтичането на ток на вратата ще стане просто нереалистично ценности .

Доскоро не беше направено нищо за намаляване на изтичането на подканала, но сега ситуацията започва да се променя, тъй като работният ток, заедно с времето за реакция на портата, е един от двата основни параметъра, характеризиращи скоростта на транзистора, и изтичането в изключено състояние го засяга пряко - за да се запази необходимата ефективност на транзистора, е необходимо съответно да се повиши работният ток с всички произтичащи от това условия.

производство микропроцесорът е сложен процес, който включва повече от 300 етапа. Микропроцесорите се формират върху повърхността на тънки кръгли силициеви пластини - подложки, в резултат на определена последователностразлични процеси на обработка, използващи химикали, газове и ултравиолетова радиация.

Субстратите обикновено са с диаметър 200 милиметра или 8 инча. Intel обаче вече преминаха към 300 мм или 12-инчови вафли. Новите плочи позволяват получаването на почти 4 пъти повече кристали, а добивът е много по-висок. Вафлите са направени от силиций, който се рафинира, разтопява и отглежда в дълги цилиндрични кристали. След това кристалите се нарязват на тънки пластини и се полират, докато повърхността им стане огледално гладка и без дефекти. След това, последователно повтаряйки се циклично, се извършва термично окисление (образуване на филм SiO2 ), фотолитография, дифузия на примеси (фосфор), епитаксия (натрупване на слой).

В процеса на производство на микросхеми най-тънките слоеве материали се нанасят върху празни плочи под формата на внимателно изчислени шаблони. На една плоча се поставят до няколкостотин микропроцесора, чието производство изисква повече от 300 операции. Целият процес на производство на процесори може да бъде разделен на няколко етапа: отглеждане на силициев диоксид и създаване на проводими области, тестване, производство на опаковката и доставка.

Процесът на производство на микропроцесора започва с " отглеждане "върху повърхността на полирана плоча от изолационен слой от силициев диоксид. Този етап се извършва в електрическа пещ при много висока температура. Дебелината на оксидния слой зависи от температурата и времето, което плочата прекарва в пещта .

След това следва фотолитография - процесът, по време на който се образува модел върху повърхността на плочата. Първо, временен слой от светлочувствителен материал, фоторезист, се нанася върху плочата, върху която се проектира изображение на прозрачните участъци на шаблона или фотомаска с помощта на ултравиолетово лъчение. Маските се правят по време на проектирането на процесора и се използват за генериране на модели на вериги във всеки процесорен слой. Под въздействието на радиация откритите участъци от фотослоя стават разтворими и се отстраняват с разтворител (флуороводородна киселина), разкривайки силициевия диоксид, който е под тях.

Изложеният силициев диоксид се отстранява чрез процес, наречен " офорт "След това останалият фотослой се отстранява, в резултат на което върху полупроводниковата пластина остава модел от силициев диоксид. В резултат на серия от допълнителни фотолитографски и ецващи операции, поликристалният силиций, който има свойствата на проводник, също е нанесен върху вафлата.

По време на следващата операция, наречена " допинг ", отворените зони на силиконовата пластина се бомбардират с различни йони химически елементи, които образуват отрицателни и положителни зарядикоито променят електрическата проводимост на тези области.

Наслояване на нови слоеве с последващото ецване на веригата се извършва няколко пъти, докато за междуслойни връзки в слоевете се оставят "прозорци", които се запълват с метал, образувайки електрически връзки между слоевете. В своята 0,13 микрона технология Intel използва медни проводници. В 0,18 микрона производствен процес и процеси предишни поколения Intel използва алуминий. И медта, и алуминият са отлични проводници на електричество. При използване на 0,18-микронна технология са използвани 6 слоя; при въвеждането на 90 nm технология през 2004 г. са използвани 7 слоя силиций.

Всеки слой на процесора има свой собствен модел, заедно всички тези слоеве образуват триизмерно изображение електронна схема. Нанасянето на слоеве се повтаря 20-25 пъти в продължение на няколко седмици.

Силиконовите пластини първоначално трябва да бъдат достатъчно дебели, за да издържат напреженията, на които са подложени субстратите по време на процеса на наслояване. Ето защо, преди нарязването на плочата на отделни микропроцесори, нейната дебелина се намалява с 33% чрез специални процеси и мръсотията се отстранява от обратната страна. След това върху обратната страна на "по-тънката" плоча се нанася слой специален материал, което подобрява последващото закрепване на кристала към корпуса. Освен това този слой осигурява електрически контактмежду задната повърхност на интегралната схема и опаковката след сглобяването.

След това плочите се тестват, за да се провери качеството на всички операции по обработка. За да се определи дали процесорите работят правилно, се тестват отделните им компоненти. Ако бъдат открити неизправности, те се анализират, за да се разбере на кой етап от обработката е възникнала повредата.

След това към всеки процесор се свързват електрически сонди и се захранва. Процесорите се тестват от компютър, който установява дали характеристиките на произведените процесори отговарят на зададените изисквания.

След тестване пластините се изпращат в завод за сглобяване, където се нарязват на малки правоъгълници, всеки от които съдържа интегрална схема. За отделяне на плочата се използва специален прецизен трион. Неработещите кристали се отхвърлят.

След това всеки кристал се поставя в индивидуална кутия. Калъфът предпазва кристала от външни влияния и го осигурява електрическа връзкас платката, на която ще се монтира впоследствие. Малки топчета спойка, разположени в определени точки на кристала, са запоени към електрическите проводници на опаковката. Сега електрическите сигнали могат да протичат от платката към чипа и обратно.

В бъдещите процесори компанията Intel прилагайте технологияББУЛ , което ще ви позволи да създадете принципно нови калъфи с по-малко разсейване на топлината и капацитет между кракатапроцесор.

След като матрицата е инсталирана в опаковката, процесорът се тества отново, за да се определи дали работи. Дефектните процесори се отхвърлят, а работещите се подлагат на стрес тестове: излагане на различни температурни и влажностни условия, както и електростатични разряди. След всеки стрес тест процесорът се тества за определяне на функционалното му състояние. След това процесорите се сортират въз основа на тяхното поведение при различни тактови честоти и захранващи напрежения.

Процесорите, преминали теста, преминават към окончателния контрол, чиято задача е да потвърди, че резултатите от всички предишни тестове са правилни и параметрите на интегралната схема съответстват на установените стандарти или дори ги надвишават. Всички процесори, които преминават изходния контрол, са етикетирани и опаковани за доставка до клиентите.

процесортова е сърцето на всеки съвременен компютър. Всеки микропроцесор по същество е голяма интегрална схема, върху която са разположени транзистори. прескачане електричествотранзисторите ви позволяват да създавате изчисления с двоична логика (включване - изключване). Съвременните процесори са базирани на 45 nm технология. 45nm (нанометър) е размерът на единичен транзистор на пластина на процесора. Доскоро се използваше основно 90 nm технология.

Плочите са направени от силиций, който е второто по големина находище в земната кора.

Силицият се получава чрез химическа обработка, пречиствайки го от примеси. След това започва да се топи, образувайки силиконов цилиндър с диаметър 300 милиметра. Този цилиндър се нарязва допълнително на плочи с диамантена тел. Дебелината на всяка плоча е около 1 мм. За да има идеална повърхност плочата, след нарязване с резба се полира със специална мелница.

След това повърхността на силиконовата пластина е идеално гладка. Между другото, много производствени компании вече обявиха възможността да работят с плочи от 450 mm. Колкото по-голяма е повърхността, толкова голямо количествотранзистори, за да се съобразят, и още повече високата производителност на процесора.

процесорсе състои от силиконова пластина, на повърхността на която има до девет нива на транзистори, разделени от слоеве оксид, за изолация.

Развитие на технологията за производство на процесори

Гордън Мур, един от основателите от Intel, един от лидерите в производството на процесори в света, през 1965 г., въз основа на своите наблюдения, откри закона, според който нови модели процесори и микросхеми се появяват на равни интервали. Ръстът на броя на транзисторите в процесорите расте около 2 пъти за 2 години. Вече 40 години законът на Гордън Мур работи без изкривявания. Развитието на бъдещите технологии не е далеч - вече има работещи прототипи, базирани на 32nm и 22nm технологии за производство на процесори. До средата на 2004 г. мощността на процесора зависи главно от честотата на процесора, но от 2005 г. честотата на процесора практически спря да расте. Появи се нова технологиямногоядрен процесор. Тоест няколко процесорни ядра се създават с еднаква тактова честота и по време на работа мощността на ядрата се сумира. Това увеличава общата мощност на процесора.

По-долу можете да гледате видео за производството на процесори.

Това може да изглежда като глупав въпрос, на който може да се отговори с едно изречение: Силицият е елемент 14 в периодичната таблица. Силицият обаче се споменава по-често от други в сайтовете за електроника, защото той е не само основният компонент на повечето строителни материали, но и основата на съвременните компютърни процесори и дори най-вероятният кандидат за ролята на основен елемент на "не - въглероден живот". Какво прави силицият специален?

Силицият като строителен материал

След кислорода силицият е най-разпространеният елемент в земната кора, но намирането му не е толкова лесно, защото почти никога не се среща в чист вид. Най-разпространеният в природата е силикатът SiO4 или силициевият диоксид SiO2. Силицият също е основният компонент на пясъка. Фелдшпат, гранит, кварц – всички те са базирани на комбинация от силиций и кислород.

Силициевите съединения имат широк спектър от полезни свойства, главно защото могат да свързват други атоми много здраво в сложни структури. Различни силикати, като калциев силикат, са основната съставка на цимента, основното свързващо вещество на бетона и дори мазилката. Някои силикатни материали се използват в керамиката и разбира се в стъклото. В допълнение, силиций се добавя към вещества като чугун, за да направи сплавта по-издръжлива.
И, да, силицият също е основният структурен компонент на синтетичния материал силикон, поради което силиконът (силикон) често се бърка със силиций (силиций). Известен пример е Силиконовата долина, която всъщност е силиций.

Силицият като компютърен чип

При избора на основен материал компютърни транзисторисъпротивата беше ключът. Проводниците имат ниско съпротивление и много лесно провеждат ток, докато изолаторите блокират тока поради голямото си съпротивление. Транзисторът трябва да комбинира и двете свойства.
Силицият не е единственото полупроводниково вещество на Земята - той дори не е най-добрият полупроводник. Въпреки това, той е широко достъпен. Не е труден за копаене и лесен за работа. И най-важното, учените установиха надежден начинпремахнете подредените кристали от него. Тези кристали са за силиция това, което е диамантът за диаманта.

Изграждането на идеални кристали е един от основните аспекти на производството компютърни чипове. След това тези кристали се нарязват на тънки вафли, гравират се, обработват се и преминават през стотици обработки, преди да станат търговски процесори. Възможно е да се направят по-добри транзистори от въглерод или екзотични материали като германий, но никой от тях няма да направи възможно пресъздаването на такова мащабно производство - поне не още.
IN този моментсилициевите кристали се създават в 300 mm цилиндри, но изследванията бързо се приближават до границата от 450 mm. Това трябва да намали производствените разходи, но да запази темпа на растеж на скоростта. Какво следва след това? Вероятно най-накрая ще трябва да се откажем от силиция в полза на по-усъвършенстван материал – добра новина за напредъка, но почти със сигурност лоша новина за вашия портфейл.

Силицият като извънземен живот

Фразата "въглероден живот" се споменава доста често, но какво означава тя? Това означава, че основните структурни молекули на нашето тяло (протеини, аминокиселини, нуклеинови киселини, мастни киселини и др.) са изградени на базата на въглеродни атоми. Това е така, защото въглеродът може да бъде четиривалентен. Кислородът може да образува две стабилни химични връзки едновременно, азотът може да образува само три, но въглеродът може да задържа до четири различни атома наведнъж. Това е мощна основа за изграждане на молекули и развитие на живот.

Тъй като периодичната таблица е подредена така, че елементите във вертикалната колона да имат сходни химични свойства - и точно под въглерода е силиций. Ето защо толкова много теоретици обръщат внимание на "силициевия живот", един от аргументите в тяхна полза е фактът, че силицийът също е четиривалентен.
Разбира се, като се има предвид, че на Земята има много повече силиций, отколкото въглерод, трябва да има основателна причина органичният живот да се основава на въглерод. И тук трябва да се обърнем отново към периодичната таблица. Елементите, които са вертикално по-ниски, имат по-тежки ядра и по-големи електронни обвивки, така че силицийът е по-малко подходящ за прецизни задачи като изграждане на ДНК поради размера си. Така в друга част на Вселената теоретично е възможно развитието на организъм, базиран на силиций, но това едва ли ще се случи на нашата планета.
Силиконът ще бъде в новините още дълго време, защото дори някой елемент да го замени като основа за компютърни изчисления, ще отнеме много време преди пълният преход. Освен това има други области на неговото приложение и е възможно да бъдат намерени нови начини за използване на това вещество. По всяка вероятност силицият все още ще остане едно от основните вещества във физическия свят на човешката дейност.