Teknik för tillverkning och produktion av processorer. Produktion av moderna processorer

Moderna mikroprocessorer är en av de mest komplexa enheterna som tillverkas av människan. Produktionen av ett halvledarchip är mycket mer resurskrävande än till exempel byggandet av en flervåningsbyggnad eller anordnandet av det största utställningsevenemanget. Men tack vare massproduktionen av CPU i monetära termer märker vi inte detta, och sällan tänker någon på grandiositeten hos de element som upptar en så framträdande plats inuti systemblock. Vi bestämde oss för att studera detaljerna i produktionen av processorer och berätta om dem i detta material. Lyckligtvis finns det tillräckligt med information på webben idag om detta ämne, och ett specialiserat urval av presentationer och bilder från Intel Corporation låter dig slutföra uppgiften så tydligt som möjligt. Företagen i andra jättar inom halvledarindustrin arbetar på samma princip, så vi kan med tillförsikt säga att alla moderna mikrokretsar följer en identisk skapelseväg.

Det första som är värt att nämna är byggmaterialet för processorer. Kisel är det näst vanligaste grundämnet på planeten efter syre. Det är en naturlig halvledare och används som huvudmaterial för produktion av chips av olika mikrokretsar. Mest kisel finns i vanlig sand (särskilt kvarts) i form av kiseldioxid (SiO2).

Kisel är dock inte det enda materialet. Dess närmaste släkting och ersättning är germanium, men i processen att förbättra produktionen identifierar forskare goda halvledaregenskaper i föreningar av andra grundämnen och förbereder sig för att testa dem i praktiken eller gör det redan.

1 Kisel genomgår en reningsprocess i flera steg: råmaterial till mikrokretsar kan inte innehålla fler föroreningar än en främmande atom på en miljard.

2 Kisel smälts i en speciell behållare och efter att ha sänkt en konstant kyld roterande stång inuti, "lindas" ämnet runt det på grund av ytspänningskrafterna.

3 Som ett resultat erhålls längsgående ämnen (enkristaller) med cirkulärt tvärsnitt, som var och en väger cirka 100 kg.

4 Arbetsstycket skärs i separata kiselskivor - plattor på vilka hundratals mikroprocessorer kommer att placeras. För dessa ändamål används maskiner med diamantkapskivor eller trådslipande installationer.

5 Underlaget poleras till en spegelfinish för att eliminera alla defekter på ytan. Nästa steg är att applicera det tunnaste fotopolymerskiktet.

6 Det behandlade substratet utsätts för hård ultraviolett strålning. En kemisk reaktion äger rum i fotopolymerskiktet: ljus, som passerar genom många stenciler, upprepar mönstren i CPU-lagren.

7 Den faktiska storleken på den applicerade bilden är flera gånger mindre än den faktiska stencilen.

8 Områden "etsat" av strålning tvättas ut. På ett silikonsubstrat erhålls ett mönster som sedan utsätts för fixering.

9 Nästa steg i tillverkningen av ett lager är jonisering, under vilken polymerfria kiselområden bombarderas med joner.

10 På platser där de träffar förändras egenskaperna hos elektrisk ledningsförmåga.

11 Den återstående polymeren tas bort och transistorn är nästan klar. Hål görs i isoleringsskikten som genom en kemisk reaktion fylls med kopparatomer som används som kontakter.

12 Anslutningen av transistorer är en flernivåledning. Om du tittar genom ett mikroskop kan du se många metallledare på en kristall och kiselatomer eller dess moderna substitut placerade mellan dem.

13 En del av det färdiga substratet klarar det första testet för funktionalitet. I detta skede appliceras ström på var och en av de valda transistorerna, och det automatiserade systemet kontrollerar halvledarens driftsparametrar.

14 Underlaget skärs i separata delar med hjälp av de tunnaste skärhjulen.

15 Bra chips som erhålls som ett resultat av denna operation används i produktionen av processorer, och defekta slängs till avfall.

16 Ett separat chip, från vilket processorn kommer att göras, placeras mellan basen (substratet) på CPU:n och det värmefördelande locket och "packas".

17 Under den slutliga testningen kontrolleras färdiga processorer för överensstämmelse med de nödvändiga parametrarna och sorteras först därefter. Baserat på mottagna data blinkar mikrokod in i dem, vilket gör att systemet kan bestämma CPU:n korrekt.

18 Färdiga enheter paketeras och skickas till marknaden.

"Silicon Valley" (Silicon Valley, USA, Kalifornien)

Det har fått sitt namn från huvudbyggnadselementet som används vid tillverkning av mikrochips.

"Varför är processorwafers runda?"- du kommer säkert att fråga.

För tillverkning av kiselkristaller används en teknik som gör att endast cylindriska ämnen kan erhållas, som sedan skärs i bitar. Hittills har ingen kunnat tillverka en fyrkantig plåt fri från defekter.

Varför är mikrochips fyrkantiga?

Det är denna typ av litografi som gör det möjligt att använda plattans område med maximal effektivitet.

Varför behöver processorer så många stift/stift?

Förutom signallinjerna behöver varje processor en stabil strömförsörjning för att fungera. Med en strömförbrukning på ca 100-120 W och låg spänning kan en ström på upp till 100 A flöda genom kontakterna.En betydande del av CPU-kontakterna är tilldelade specifikt för strömförsörjningssystemet och dupliceras.

Produktionsavfallshantering

Tidigare gick defekta plattor, deras kvarlevor och defekta mikrochips till spillo. Hittills pågår utveckling för att använda dem som grund för produktion av solceller.

"Kanin kostym"

Detta är namnet på jumpsuiten vit färg som måste bäras av alla arbetare i produktionsanläggningar. Detta görs för att upprätthålla maximal renhet och för att skydda mot oavsiktlig inträngning av dammpartiklar i produktionsanläggningar. "Kindressen" användes första gången i processorfabriker 1973 och har sedan dess blivit den accepterade standarden.

99,9999%

Endast kisel av högsta renhet är lämplig för produktion av processorer. Ämnena rengörs med speciella kemikalier.

300 mm

Detta är diametern på moderna kiselwafers för tillverkning av processorer.

1000 gånger

Så mycket renare är luften i chipsfabrikerna än i operationssalen.

20 lager

Processorchippet är mycket tunt (mindre än en millimeter), men mer än 20 lager av de mest komplexa strukturella kombinationerna av transistorer passar in i det, som ser ut som motorvägar med flera nivåer.

2500

Det är hur många Intel Atom-processorchips (de har den minsta ytan bland moderna processorer) placeras på en 300 mm skiva.

10 000 000 000 000 000 000

Hundra kvintiljoner transistorer i form av mikrochipbyggstenar skickas från fabriker varje år. Detta är ungefär 100 gånger fler än det uppskattade antalet myror på planeten.

A

Kostnaden för att producera en transistor i en processor idag är lika med priset för att trycka ett brev i en tidning.

I processen med att förbereda artikeln användes material från Intel Corporations officiella webbplats, www.intel.ua

Nu finns det mycket information på Internet om ämnet processorer, du kan hitta ett gäng artiklar om hur det fungerar, där register, cykler, avbrott etc. främst nämns... Men, för en person som är inte bekant med alla dessa termer och begrepp, det är ganska svårt så här "med fluga" att fördjupa sig i förståelsen av processen, men du måste börja i det små - nämligen med en elementär förståelse hur processorn är uppbyggd och vilka huvuddelar den består av.

Så vad kommer att finnas inuti mikroprocessorn om den tas isär:

siffran 1 betecknar metallytan (höljet) på mikroprocessorn, som tjänar till att avlägsna värme och skydda mot mekanisk skada vad som finns bakom detta hölje (det vill säga inuti själva processorn).

På nummer 2 - är själva kristallen, som faktiskt är den viktigaste och dyraste delen av mikroprocessorn att tillverka. Det är tack vare denna kristall som alla beräkningar sker (och detta är den viktigaste funktionen hos processorn) och ju mer komplex den är, desto mer perfekt är den, desto kraftfullare blir processorn och desto dyrare är den, respektive. Kristallen är gjord av kisel. Faktum är att tillverkningsprocessen är mycket komplex och innehåller dussintals steg, mer detaljer i den här videon:

Nummer 3 är ett speciellt textolitsubstrat till vilket alla andra delar av processorn är fästa, dessutom spelar den rollen som en kontaktdyna - på baksidan finns ett stort antal gyllene "prickar" - det här är kontakter (de är något synliga i figuren). Tack vare kontaktdynan (substratet) säkerställs nära interaktion med kristallen, eftersom det inte är möjligt att direkt påverka kristallen på något sätt.

Locket (1) är fäst på underlaget (3) med ett högtemperaturbeständigt limtätningsmedel. Det finns ingen luftspalt mellan kristallen (2) och locket, dess plats tas av termisk pasta, när den härdar bildar den en "brygga" mellan processormatrisen och locket, vilket säkerställer ett mycket bra värmeutflöde.

Kristallen är ansluten till substratet med hjälp av lödning och tätningsmedel, substratets kontakter är anslutna till kristallens kontakter. Denna figur visar tydligt hur kristallens kontakter är anslutna till substratets kontakter med mycket tunna ledningar (på bilden 170x förstoring):

I allmänhet enheten av processorer olika tillverkare och även modeller från en tillverkare kan variera mycket. dock kretsschema arbetet förblir detsamma - de har alla ett kontaktsubstrat, en kristall (eller flera i ett paket) och ett metallhölje för värmeavledning.

Till exempel ser kontaktplattan på Intel Pentium 4-processorn ut så här (processorn är upp och ner):

Formen på stiften och strukturen på deras arrangemang beror på processorn och moderkort dator (uttagen måste matcha). Till exempel, i figuren precis ovan, har processorns kontakter inte "stift", eftersom stiften är placerade direkt i moderkortsuttaget.

Och det finns en annan situation där kontakternas "stift" sticker ut direkt från kontaktsubstratet. Denna funktion är typisk för AMD-processorer:

Som nämnts ovan, enheten olika modeller processorer från samma tillverkare kan variera, vi har ett levande exempel på detta - en fyrkärnig processor Intel core 2 Quad, vilket i huvudsak är 2 dual-core processor kärna 2 duo linjer kombinerade i ett fall:

Viktig! Antalet dies inuti en processor och antalet processorkärnor är inte samma sak.

I moderna modeller Intel-processorer passar 2 kristaller (chips) samtidigt. Det andra chippet, processorns grafikkärna, spelar i huvudsak rollen som ett grafikkort inbyggt i processorn, det vill säga även om systemet saknas kommer grafikkärnan att ta rollen som ett grafikkort, och det är ganska kraftfullt. (i vissa processormodeller tillåter datorkraften hos grafikkärnor dig att spela moderna spel med medelstora grafikinställningar).

Det är allt central mikroprocessorenhet kort sagt, förstås.

Moderna mikroprocessorer är de snabbaste och smartaste mikrokretsarna i världen. De kan utföra upp till 4 miljarder operationer per sekund och produceras med många olika tekniker. Sedan början av 90-talet av 1900-talet, när processorer började massbrukas, har de gått igenom flera utvecklingsstadier. Höjdpunkten för utvecklingen av mikroprocessorstrukturer med hjälp av den befintliga tekniken från den sjätte generationens mikroprocessor var 2002, när det blev tillgängligt för att använda alla grundläggande egenskaper hos kisel för att erhålla höga frekvenser med minsta förluster i produktion och skapande av logiska kretsar. Nu sjunker effektiviteten hos nya processorer något trots den konstanta ökningen av frekvensen av kristallerna, eftersom kiselteknologier närmar sig gränsen för deras kapacitet.

Mikroprocessorär en integrerad krets bildad på en liten kiselkristall. Kisel används i mikrokretsar på grund av att det har halvledaregenskaper: dess elektriska ledningsförmåga är högre än för dielektrikum, men mindre än för metaller. Kisel kan göras både till en isolator som förhindrar rörelse av elektriska laddningar och en ledare - då elektriska laddningar kommer att passera fritt genom den. Konduktiviteten hos en halvledare kan kontrolleras genom att införa föroreningar.

Mikroprocessorn innehåller miljontals transistorer kopplade till varandra av de tunnaste ledarna gjorda av aluminium eller koppar och används för databehandling. Det är så de inre däcken bildas. Som ett resultat utför mikroprocessorn många funktioner - från matematiska och logiska operationer för att styra driften av andra mikrokretsar och hela datorn.

En av mikroprocessorns huvudparametrar är kristallens frekvens, som bestämmer antalet operationer per tidsenhet, systembussens frekvens, mängden internt cacheminne SRAM . Processorn markeras av kristallens frekvens. Kristallens frekvens bestäms av frekvensen för omkopplingstransistorer från stängd till öppen. En transistors förmåga att växla snabbare bestäms av tillverkningstekniken för de kiselskivor som chipsen är gjorda av. Dimensionen på den tekniska processen bestämmer transistorns dimensioner (dess tjocklek och grindlängd). Till exempel, med 90nm-processen som introducerades i början av 2004, är transistorstorleken 90nm och gate-längden är 50nm.

Alla moderna processorer använder FET. Övergången till en ny processteknik gör att du kan skapa transistorer med högre kopplingsfrekvens, lägre läckströmmar, mindre storlekar. Genom att minska storleken kan du samtidigt minska chipets yta, och därmed värmeavledningen, och en tunnare gate låter dig lägga på mindre spänning för omkoppling, vilket också minskar strömförbrukningen och värmeavledningen.

Den tekniska normen på 90 nm visade sig vara en ganska allvarlig teknisk barriär för många chiptillverkare. Detta bekräftas av företaget TSMC , som är engagerad i produktion av chips för många jättar på marknaden, såsom företag AMD, nVidia, ATI, VIA . Under lång tid kunde hon inte etablera produktionen av chips med 0,09 mikron-teknik, vilket ledde till ett lågt utbyte av lämpliga kristaller. Detta är en av anledningarna AMD under lång tid skjutit upp lanseringen av sina processorer med teknik SOI (Silicon-on-Insulator) ). Detta beror på det faktum att det är på denna elementdimension som alla möjliga tidigare inte så märkbara negativa faktorer som läckströmmar, en stor spridning av parametrar och en exponentiell ökning av värmeavgivningen började manifestera sig starkt.

Det finns två läckströmmar: grindläckström och undertröskelläckage. Först orsakas av den spontana rörelsen av elektroner mellan kanalens kiselsubstrat och polykiselporten. Andra - spontan rörelse av elektroner från transistorns källa till avloppet. Båda dessa effekter leder till att det är nödvändigt att höja matningsspänningen för att styra strömmarna i transistorn, vilket negativt påverkar värmeavledningen. Så, genom att minska storleken på transistorn, reduceras först och främst dess gate och kiseldioxidskiktet ( SiO2 ), vilket är en naturlig barriär mellan grind och kanal.

Å ena sidan förbättrar detta transistorns hastighetsprestanda (omkopplingstid), men å andra sidan ökar det läckaget. Det vill säga, det visar sig vara ett slags slutet kretslopp. Så övergången till 90 nm är ytterligare en minskning av tjockleken på dioxidskiktet, och samtidigt en ökning av läckor. Kampen mot läckage är återigen en ökning av styrspänningarna och följaktligen en betydande ökning av värmealstringen. Allt detta ledde till en försening av införandet av en ny teknisk process av konkurrenter på mikroprocessormarknaden - Intel och AMD.

En av de alternativa lösningarna är användningen av teknik SÅ JAG (kisel på isolator), som företaget nyligen introducerade AMD på deras 64-bitars processorer. Det kostade henne dock mycket ansträngning och övervinnande ett stort antal associerade svårigheter. Men själva tekniken ger ett stort antal fördelar med ett relativt litet antal nackdelar.

Kärnan i tekniken är i allmänhet ganska logisk - transistorn är separerad från kiselsubstratet av ett annat tunt lager av isolator. Plus - vikt. Ingen okontrollerad rörelse av elektroner under transistorkanalen, vilket påverkar dess elektriska egenskaper - igen. Efter applicering av upplåsningsströmmen till grinden reduceras kanaljoniseringstiden till drifttillståndet, tills driftsströmmen flyter genom den, det vill säga den andra nyckelparameter transistorprestanda, dess på/av-tid är två. Eller, med samma hastighet, kan du helt enkelt sänka upplåsningsströmmen - tre. Eller hitta någon kompromiss mellan att öka arbetshastigheten och sänka spänningen. Medan man bibehåller samma upplåsningsström kan ökningen i transistorprestanda vara upp till 30%, om du lämnar frekvensen densamma, med betoning på energibesparing, kan pluset bli ännu större - upp till 50%.

Slutligen blir kanalens egenskaper mer förutsägbara och själva transistorn blir mer motståndskraftig mot sporadiska fel, såsom de som orsakas av kosmiska partiklar som kommer in i kanalens substrat och joniserar det oväntat. När de nu kommer in i substratet som ligger under isolatorskiktet, påverkar de inte transistorns funktion på något sätt. Den enda nackdelen med SOI är att man måste minska djupet på emitter/kollektorområdet, vilket direkt och direkt påverkar dess motståndsökning när tjockleken minskar.

Och slutligen tredje Anledningen som bidrog till avmattningen av frekvenstillväxten är den låga aktiviteten hos konkurrenterna på marknaden. Man kan säga att alla var upptagna med sina egna ärenden. AMD engagerad i den utbredda introduktionen av 64-bitars processorer, för Intel det var en period av förbättringar av den nya tekniska processen, felsökning för ett ökat utbyte av lämpliga kristaller.

Så behovet av att byta till nya tekniska processer är uppenbart, men det ges till teknologer varje gång med stora svårigheter. De första mikroprocessorerna Pentium (1993) tillverkades enligt 0,8 mikron processteknologi, sedan 0,6 mikron. 1995 användes 0,35 mikron processteknik för första gången för 6:e ​​generationens processorer. 1997 ändrades den till 0,25 mikron och 1999 till 0,18 mikron. Moderna processorer är gjorda med 0,13 och 0,09 mikron teknologier, den senare introducerades 2004. Som du kan se, för dessa tekniska processer, observeras Moores lag, som säger att vartannat år fördubblas frekvensen av kristaller med en ökning av antalet transistorer från dem. Den tekniska processen förändras i samma takt. Det är sant att i framtiden kommer "frekvensloppet" att överträffa denna lag. År 2006 företaget Intel planerar att bemästra 65-nm processteknik, och 2009 - 32-nm.

Här är det dags att återkalla transistorns struktur, nämligen ett tunt lager av kiseldioxid, en isolator som ligger mellan grinden och kanalen, och som utför en helt förståelig funktion - en barriär för elektroner som förhindrar läckage av grindströmmen.

Uppenbarligen, ju tjockare detta lager, desto bättre utför det sina isolerande funktioner, men det är en integrerad del av kanalen, och det är inte mindre uppenbart att om vi ska minska kanallängden (transistorstorleken), måste vi minska dess tjocklek, och dessutom mycket i snabb takt. Förresten, under de senaste decennierna har tjockleken på detta lager i genomsnitt varit cirka 1/45 av kanalens hela längd. Men den här processen har sitt slut - som Intel sa för fem år sedan, om du fortsätter att använda SiO 2, som det har varit de senaste 30 åren, kommer den minsta skikttjockleken att vara 2,3 nm, annars blir gateströmläckaget helt enkelt orealistiskt värden .

Tills nyligen har ingenting gjorts för att minska underkanalsläckage, men nu börjar situationen förändras, eftersom driftströmmen, tillsammans med grindens svarstid, är en av de två huvudparametrarna som kännetecknar transistorns hastighet, och läckage i avstängt tillstånd påverkar det direkt - för att spara den erforderliga effektiviteten hos transistorn är det därför nödvändigt att höja driftsströmmen med alla efterföljande förhållanden.

Tillverkning mikroprocessor är en komplex process som omfattar mer än 300 steg. Mikroprocessorer bildas på ytan av tunna cirkulära kiselskivor - substrat, som ett resultat viss sekvens olika bearbetningsprocesser med kemikalier, gaser och ultraviolett strålning.

Substraten är typiskt 200 millimeter eller 8 tum i diameter. Intel har dock redan gått över till 300 mm eller 12-tums wafers. De nya plattorna gör det möjligt att få nästan 4 gånger fler kristaller, och utbytet är mycket högre. Skivorna är gjorda av kisel, som förädlas, smälts och odlas till långa cylindriska kristaller. Kristallerna skärs sedan till tunna plattor och poleras tills deras ytor är spegelsläta och fria från defekter. Sedan, sekventiellt upprepande cykliskt, utförs termisk oxidation (bildning av en film SiO2 ), fotolitografi, föroreningsdiffusion (fosfor), epitaxi (lageruppbyggnad).

Vid tillverkning av mikrokretsar appliceras de tunnaste skikten av material på tomma plattor i form av noggrant beräknade mönster. Upp till flera hundra mikroprocessorer placeras på en platta, vars tillverkning kräver mer än 300 operationer. Hela processen för tillverkning av processorer kan delas upp i flera steg: odling av kiseldioxid och skapande av ledande regioner, testning, tillverkning av paketet och leverans.

Tillverkningsprocessen för mikroprocessorn börjar med " odling "på ytan av en polerad platta av ett isolerande lager av kiseldioxid. Detta steg utförs i en elektrisk ugn vid en mycket hög temperatur. Tjockleken på oxidskiktet beror på temperaturen och tiden som plattan tillbringar i ugnen .

Sedan följer fotolitografi - den process under vilken ett mönster bildas på plattans yta. Först appliceras ett temporärt lager av ljuskänsligt material, en fotoresist, på plattan, på vilken en bild av de transparenta delarna av mallen, eller fotomasken, projiceras med hjälp av ultraviolett strålning. Masker görs under processordesign och används för att generera kretsmönster i varje processorlager. Under påverkan av strålning blir de exponerade områdena i fotoskiktet lösliga och de avlägsnas med ett lösningsmedel (fluorvätesyra), vilket avslöjar kiseldioxiden som ligger bakom dem.

Exponerad kiseldioxid avlägsnas genom en process som kallas " etsning "Då tas det återstående fotoskiktet bort, vilket resulterar i att ett kiseldioxidmönster kvarstår på halvledarskivan. Som ett resultat av en serie ytterligare fotolitografi och etsningsoperationer blir även polykristallint kisel, som har egenskaperna hos en ledare, appliceras på wafern.

Under nästa operation, kallad " doping ", bombarderas öppna områden av kiselskivan med joner av olika kemiska grundämnen, som bildar negativa och positiva laddningar som ändrar den elektriska ledningsförmågan i dessa områden.

Lägg över nya lager med den efterföljande etsningen av kretsen utförs den flera gånger, medan för mellanskiktsanslutningar i skikten "fönster" lämnas, som är fyllda med metall, och bildar elektriska anslutningar mellan skikten. I sin 0,13 mikron processteknologi använde Intel kopparledare. I 0,18 mikron tillverkningsprocess och processer tidigare generationer Intel använde aluminium. Både koppar och aluminium är utmärkta ledare av elektricitet. Vid användning av 0,18 mikron processteknik användes 6 lager, vid införandet av 90 nm processteknik 2004 användes 7 lager kisel.

Varje lager i processorn har sitt eget mönster, tillsammans bildar alla dessa lager en tredimensionell elektrisk krets. Appliceringen av skikt upprepas 20-25 gånger under flera veckor.

Kiselskivorna måste initialt vara tillräckligt tjocka för att motstå de påkänningar som substraten utsätts för under skiktningsprocessen. Därför, innan du skär plattan i individuella mikroprocessorer, reduceras dess tjocklek med 33% med hjälp av speciella processer och smuts avlägsnas från baksidan. Sedan appliceras ett lager på baksidan av den "tunnare" plattan speciellt material, vilket förbättrar den efterföljande fästningen av kristallen till höljet. Dessutom ger detta lager elektrisk kontakt mellan den integrerade kretsens baksida och förpackningen efter montering.

Därefter testas plattorna för att kontrollera kvaliteten på alla bearbetningsoperationer. För att avgöra om processorerna fungerar korrekt testas deras individuella komponenter. Om fel upptäcks analyseras de för att förstå i vilket skede av bearbetningen felet inträffade.

Elektriska sonder ansluts sedan till varje processor och ström tillförs. Processorerna testas av datorn, som avgör om egenskaperna hos de tillverkade processorerna uppfyller de specificerade kraven.

Efter testning skickas skivorna till en monteringsfabrik där de skärs till små rektanglar som var och en innehåller en integrerad krets. En speciell precisionssåg används för att separera plattan. Icke-fungerande kristaller avvisas.

Varje kristall placeras sedan i ett individuellt fodral. Fodralet skyddar kristallen från yttre påverkan och ger det elektrisk koppling med brädet som det sedan kommer att installeras på. Små bollar av lod som finns på vissa punkter på kristallen löds fast på paketets elektriska ledningar. Nu kan elektriska signaler flöda från kortet till chippet och vice versa.

I framtida processorer, företaget Intel tillämpa teknik BBUL , vilket gör att du kan skapa i grunden nya fall med mindre värmeavledning och kapacitet mellan benen cpu.

Efter att tärningen har installerats i paketet testas processorn igen för att avgöra om den är funktionell. Felaktiga processorer avvisas och funktionsdugliga processorer utsätts för stresstester: exponering för olika temperatur- och luftfuktighetsförhållanden, såväl som elektrostatiska urladdningar. Efter varje stresstest testas processorn för att fastställa dess funktionella tillstånd. Processorerna sorteras sedan utifrån deras beteende vid olika klockhastigheter och matningsspänningar.

Processorerna som har klarat testet går till den slutliga kontrollen, vars uppgift är att bekräfta att resultaten från alla tidigare tester var korrekta, och parametrarna för den integrerade kretsen motsvarar de etablerade standarderna eller till och med överskrider dem. Alla processorer som klarar utgångskontrollen är märkta och förpackade för leverans till kunder.

CPU det är hjärtat i alla moderna datorer. Vilken mikroprocessor som helst är i huvudsak en stor integrerad krets på vilken transistorer är placerade. hoppar över elektricitet transistorer låter dig skapa binära logiska (på - av) beräkningar. Moderna processorer är baserade på 45 nm-teknik. 45nm (nanometer) är storleken på en enkel transistor på en processorwafer. Fram till nyligen användes främst 90 nm-teknik.

Plattorna är gjorda av kisel, som är den 2:a största avlagringen i jordskorpan.

Kisel erhålls genom kemisk behandling, som renar det från föroreningar. Efter det börjar det smältas och bildar en kiselcylinder med en diameter på 300 millimeter. Denna cylinder skärs ytterligare till plattor med en diamanttråd. Tjockleken på varje platta är ca 1 mm. För att plattan ska ha en idealisk yta, efter skärning med en tråd, poleras den med en speciell slipmaskin.

Därefter är ytan på kiselskivan helt slät. Förresten, många tillverkande företag har redan meddelat möjligheten att arbeta med 450 mm plattor. Ju större yta, desto stor kvantitet transistorer för att rymma, och ännu mer processorns höga prestanda.

CPU består av en kiselskiva, på vars yta det finns upp till nio nivåer av transistorer, åtskilda av lager av oxid, för isolering.

Utveckling av processortillverkningsteknik

Gordon Moore, en av grundarna av Intel, en av ledarna inom produktion av processorer i världen, upptäckte 1965, baserat på hans observationer, lagen enligt vilken nya modeller av processorer och mikrokretsar dök upp med jämna mellanrum. Tillväxten av antalet transistorer i processorer växer med cirka 2 gånger på 2 år. Sedan 40 år tillbaka har Gordon Moores lag fungerat utan förvrängning. Utvecklingen av framtida teknologier är inte långt borta - det finns redan fungerande prototyper baserade på 32nm och 22nmr. Fram till mitten av 2004 var processorkraften främst beroende av processorfrekvensen, men från och med 2005 slutade processorfrekvensen praktiskt taget att växa. Dök upp ny teknologi flerkärnig processor. Det vill säga att flera processorkärnor skapas med samma klockfrekvens, och under drift summeras kärnornas kraft. Detta ökar den totala kraften hos processorn.

Nedan kan du se en video om produktion av processorer.

Detta kan tyckas vara en dum fråga som kan besvaras i en mening: Kisel är element 14 i det periodiska systemet. Emellertid nämns kisel oftare än andra på elektroniksajter eftersom det inte bara är huvudkomponenten i de flesta byggmaterial, utan också grunden för moderna datorprocessorer, och till och med den mest sannolika kandidaten för rollen som grundelementet "icke" Vad gör kisel speciellt?

Kisel som byggmaterial

Efter syre är kisel det vanligaste grundämnet i jordskorpan, men att hitta det är inte så lätt, eftersom det nästan aldrig finns i sin rena form. Det vanligaste i naturen är silikat SiO4 eller kiseldioxid SiO2. Kiseldioxid är också huvudkomponenten i sand. Fältspat, granit, kvarts - de är alla baserade på en kombination av kisel och syre.

Kiselföreningar har en lång rad användbara egenskaper, främst för att de kan binda andra atomer mycket hårt i komplexa strukturer. Olika silikater, såsom kalciumsilikat, är huvudbeståndsdelen i cement, det huvudsakliga bindemedlet i betong och till och med gips. Vissa silikatmaterial används i keramik, och naturligtvis glas. Dessutom tillsätts kisel till ämnen som gjutjärn för att göra legeringen mer hållbar.
Och, ja, kisel är också den huvudsakliga strukturella komponenten i det syntetiska materialet silikon, varför silikon (silikon) ofta förväxlas med kisel (kisel). Ett känt exempel är Silicon Valley, som egentligen är kisel.

Kisel som datorchip

När du väljer ett basmaterial datortransistorer motstånd var nyckeln. Ledare har lågt motstånd och leder ström mycket lätt, medan isolatorer blockerar ström på grund av deras höga motstånd. Transistorn måste kombinera båda egenskaperna.
Kisel är inte det enda halvledarämnet på jorden – det är inte ens den bästa halvledaren. Det är dock allmänt tillgängligt. Det är inte svårt att bryta och lätt att arbeta med. Och viktigast av allt har forskare funnit pålitligt sätt ta bort beställda kristaller från den. Dessa kristaller är för kisel vad diamant är för diamant.

Att bygga ideala kristaller är en av de viktigaste aspekterna av produktionen datorchip. Dessa kristaller skivas sedan i tunna wafers, graveras, bearbetas och går igenom hundratals behandlingar innan de blir kommersiella processorer. Det är möjligt att göra bättre transistorer av kol eller exotiska material som germanium, men ingen av dem kommer att göra det möjligt att återskapa en så storskalig produktion - åtminstone inte ännu.
I det här ögonblicket kiselkristaller skapas i 300 mm cylindrar, men forskningen närmar sig snabbt 450 mm-märket. Detta borde sänka produktionskostnaderna, men bibehålla tillväxttakten. Vad händer efter det? Vi kommer sannolikt äntligen att behöva lämna kisel till förmån för ett mer avancerat material - goda nyheter för framsteg, men nästan säkert dåliga nyheter för din plånbok.

Kisel som utomjordiskt liv

Frasen "kolliv" nämns ganska ofta, men vad betyder det? Det betyder att de grundläggande strukturella molekylerna i vår kropp (proteiner, aminosyror, nukleinsyror, fettsyror etc.) är uppbyggda på basis av kolatomer. Detta beror på att kol kan vara fyrvärt. Syre kan bilda två stabila kemiska bindningar samtidigt, kväve kan bara bilda tre, men kol kan hålla upp till fyra olika atomer samtidigt. Detta är en kraftfull grund för att bygga molekyler och utveckla liv.

För det periodiska systemet är ordnat så att grundämnena i den vertikala kolumnen har liknande kemiska egenskaper – och precis under kol finns kisel. Det är därför så många teoretiker uppmärksammar "kiselliv", ett av argumenten till deras fördel är det faktum att kisel också är fyrvärt.
Givet att det finns mycket mer kisel på jorden än kol måste det naturligtvis finnas en bra anledning till varför organiskt liv är baserat på kol. Och här måste vi vända oss till det periodiska systemet igen. Element som är vertikalt lägre har tyngre kärnor och större elektronskal, så kisel är mindre lämpligt för precisionsuppgifter som att bygga DNA på grund av dess storlek. Således, i en annan del av universum, är utvecklingen av en organism baserad på kisel teoretiskt möjlig, men det är osannolikt att detta händer på vår planet.
Silicon kommer att vara i nyheterna under lång tid framöver, för även om något element ersätter det som grund för datorberäkning kommer det att ta väldigt lång tid innan den fulla övergången. Dessutom finns det andra områden för dess tillämpning, och det är möjligt att nya sätt att använda detta ämne kommer att hittas. Med all sannolikhet kommer kisel fortfarande att förbli ett av huvudämnena i den fysiska världen av mänsklig aktivitet.