Технології виготовлення та виробництва процесорів. Виробництво сучасних процесорів

Сучасні мікропроцесори - одні з найскладніших пристроїв, які виготовляє людина. Виробництво напівпровідникового кристала набагато ресурсомісткіше, ніж, скажімо, зведення багатоповерхового будинку або організація найбільшого виставкового заходу. Однак завдяки масовому випуску CPU в грошовому еквіваленті ми цього не помічаємо, та й рідко хтось замислюється про всю грандіозність елементів, що займають таке чільне місце всередині. системного блоку. Ми вирішили вивчити деталі виробництва процесорів і розповісти про них у даному матеріалі. Благо у Мережі сьогодні достатньо інформації на цю тему, а спеціалізована добірка презентацій та слайдів корпорації Intel дозволяє виконати поставлене завдання максимально наочно. Підприємства інших гігантів напівпровідникової індустрії працюють за тим самим принципом, тому з упевненістю можна сказати, що всі сучасні мікросхеми проходять ідентичний шлях створення.

Перше, що варто згадати, - будівельний матеріал для процесорів. Кремній (англ. silicon) - другий після кисню найпоширеніший елемент планети. Він є природним напівпровідником і використовується як основний матеріал для виробництва чіпів різних мікросхем. Найбільше кремнію міститься у звичайному піску (особливо кварці) у вигляді діоксиду кремнію (SiO2).

Втім, кремній – не єдиний матеріал. Найближчий його родич і замінник - германій, проте в процесі вдосконалення виробництва вчені виявляють хороші напівпровідникові властивості у сполук інших елементів і готуються випробувати їх на практиці чи це вже роблять.

1 Кремній проходить багатоступінчастий процес очищення: сировина для мікросхем не може містити більше домішок ніж один чужорідний атом на мільярд.

2 Кремній розплавляють у спеціальній ємності і, опустивши всередину стрижень, що постійно охолоджується, «намотують» на нього завдяки силам поверхневого натягу речовина.

3 У результаті виходять поздовжні заготівлі (монокристали) круглого перерізу, кожна масою близько 100 кг.

4 Заготівлю нарізають на окремі кремнієві диски – пластини, на яких будуть розташовані сотні мікропроцесорів. Для цих цілей використовуються верстати з діамантовими різальними дисками або дротяно-абразивні установки.

5 Підкладки полірують до дзеркального блиску, щоб усунути дефекти на поверхні. Наступний крок – нанесення найтоншого фотополімерного шару.

6 Оброблена підкладка піддається дії жорсткого ультрафіолетового випромінювання. У фотополімерному шарі відбувається хімічна реакція: світло, проходячи через численні трафарети, повторює малюнки верств CPU.

7 Реальний розмір зображення в кілька разів менше власне трафарету.

8 Ділянки, «протруєні» випромінюванням, вимиваються. На кремнієвій підкладці виходить малюнок, який потім закріплюється.

9 Наступний етап виготовлення одного шару - іонізація, у процесі якої вільні від полімеру ділянки кремнію бомбардуються іонами.

10 У місцях їх потрапляння змінюються властивості електричної провідності.

11 Полімер, що залишився, видаляють, і транзистор майже готовий. В ізолюючих шарах робляться отвори, які завдяки хімічній реакції заповнюються атомами міді, що використовуються як контакти.

12 З'єднання транзисторів є багаторівневим розведенням. Якщо поглянути в мікроскоп, на кристалі можна побачити безліч металевих провідників і поміщених з-поміж них атомів кремнію чи його сучасних замінників.

13 Частина готової підкладки проходить перший тест на функціональність. На цьому етапі на кожен із вибраних транзисторів подається струм, і автоматизована система перевіряє параметри роботи напівпровідника.

14 Підкладка за допомогою найтонших різальних кіл розрізається на окремі частини.

15 Придатні кристали, отримані в результаті цієї операції, використовуються у виробництві процесорів, а браковані вирушають у відходи.

16 Окремий кристал, з якого буде зроблений процесор, поміщають між основою (підкладкою) CPU і теплорозподільною кришкою і "упаковують".

17 В ході остаточного тестування готові процесори перевіряються на відповідність необхідним параметрам і потім сортуються. З отриманих даних у них прошивається мікрокод, що дозволяє системі належним чином визначити CPU.

18 Готові пристрої упаковуються та прямують на ринок.

«Силіконова долина» (Silicon Valley, США, Каліфорнія)

Отримала свою назву завдяки основному будівельному елементу, що використовується у виробництві мікрочіпів.

"Чому пластини для виробництва процесорів круглі?"- Напевно запитаєте ви.

Для виробництва кремнієвих кристалів застосовується технологія, що дозволяє одержувати лише циліндричні заготовки, які потім ріжуться на частини. Досі ще нікому не вдавалося виготовити квадратну пластину, позбавлену дефектів.

Чому мікрочіпи квадратні?

Саме така літографія дозволяє використовувати площу пластини з максимальною ефективністю.

Навіщо процесорам стільки ніжок/контактів?

Крім сигнальних ліній, кожен процесор для роботи потребує стабільного живлення. При енергоспоживання порядку 100-120 Вт та низькому напрузі через контакти може протікати струм силою до 100 А. Значна частина контактів CPU виділена саме під систему живлення та дублюється.

Утилізація відходів виробництва

Раніше дефектні пластини, їх залишки та браковані мікрочіпи йшли у відходи. На сьогоднішній день ведуться розробки, що дозволяють використовувати їх як основу для виробництва сонячних батарей.

Костюм кролика.

Таку назву отримав комбінезон білого кольору, який мають носити все робочі виробничих приміщень. Робиться це для підтримки максимальної чистоти та захисту від випадкового влучення частинок пилу на виробничі установки. "Костюм кролика" вперше був використаний на фабриках з виробництва процесорів у 1973 році і з тих пір став загальноприйнятим стандартом.

99,9999%

Для виробництва процесорів придатний лише кремній високого ступеня чистоти. Заготовки очищають спецхімією.

300 мм

Таким є діаметр сучасних кремнієвих пластин для виробництва процесорів.

1000 разів

Саме настільки чистіше повітря у приміщеннях фабрик для виробництва чіпів, ніж у операційній.

20 шарів

Процесорний кристал дуже тонкий (менше міліметра), але в ньому вміщуються понад 20 шарів найскладніших структурних об'єднань транзисторів, які виглядають як багаторівневі хайвей.

2500

Саме стільки кристалів процесора Intel Atom (мають найменшу площу серед сучасних CPU) розміщуються на одній 300-міліметровій пластині.

10 000 000 000 000 000 000

Сто квінтильйонів транзисторів у вигляді структурних елементів мікрочіпів відвантажуються із фабрик щороку. Це приблизно в 100 разів більше, ніж оцінна кількість мурах на планеті.

A

Вартість виробництва одного транзистора в процесорі сьогодні дорівнює ціні друку однієї літери в газеті.

Під час підготовки статті використовувалися матеріали з офіційного веб-сайту корпорації Intel, www.intel.ua

Зараз повно інформації в інтернеті на тему процесорів, можна знайти купу статей про те, як він працює, де в основному згадуються регістри, такти, переривання та інше. літу" вникнути в розуміння процесу, а починати треба з малого - а саме з елементарного розуміння як влаштований процесор та з яких основних частин він складається.

Що ж виявиться всередині мікропроцесора, якщо його розібрати:

цифрою 1 позначається металева поверхня (кришка) мікропроцесора, що служить для відведення тепла та захисту від механічних пошкоджень того, що знаходиться за цією кришкою (тобто всередині самого процесора).

Під номером 2 - знаходиться сам кристал, що є найважливішою і дорогою у виготовленні частиною мікропроцесора. Саме завдяки цьому кристалу відбуваються всі обчислення (а це і є найголовніша функція процесора) і чим він складніший, чим досконаліший – тим потужнішим виходить процесор і тим дорожче відповідно. Кристал виготовляється із кремнію. Насправді процес виготовлення дуже складний і містить у собі десятки кроків, докладніше у цьому відео:

Цифра 3 - спеціальна текстолітова підкладка, до якої кріпляться решта процесора, крім того вона грає роль контактного майданчика - на її зворотному боці є велика кількість золотистих "точок" - це контакти (на малюнку їх трохи видно). Завдяки контактному майданчику (підкладці) забезпечується тісна взаємодія з кристалом, бо безпосередньо хоч якось впливати на кристал неможливо.

Кришка (1) кріпиться до підкладки (3) за допомогою клею-герметика, стійкого до високих температур. Між кристалом (2) і кришкою немає повітряного зазору, його місце займає термопаста, при застиганні з неї виходить "місток" між кристалом процесора та кришкою, завдяки чому забезпечується дуже добрий відтік тепла.

Кристал з'єднується з підкладкою за допомогою паяння та герметика, контакти підкладки з'єднуються з контактами кристала. На цьому малюнку наочно показано, як з'єднуються контакти кристала з контактами підкладки за допомогою дуже тонких проводків (на фото 170-кратне збільшення):

Взагалі пристрій процесорів різних виробниківі навіть моделей одного виробника може сильно відрізнятися. Однак принципова схемароботи залишається незмінною - у всіх є контактна підкладка, кристал (або кілька, розташованих в одному корпусі) та металева кришка для відведення тепла.

Так наприклад виглядає контактна підкладка процесора Intel Pentium 4 (процесор перевернутий):

Форма контактів та структура їх розташування залежить від процесора та материнської платикомп'ютера (сокети повинні збігатися). Наприклад, на малюнку трохи вище контакти у процесора без "штирків", оскільки штирі знаходяться прямо в сокеті материнської плати.

А буває інша ситуація, де "штирі" контактів стирчать прямо із контактної підкладки. Ця особливість характерна в основному для процесорів AMD:

Як згадувалося вище, пристрій різних моделейпроцесорів одного виробника може відрізнятися, перед нами яскравий приклад - чотириядерний процесор Intel Core 2 Quad, який по суті є 2 двоядерного процесоралінійки core 2 duo, поєднаних в одному корпусі:

Важливо! Кількість кристалів усередині процесора і кількість ядер процесора - не те саме.

У сучасних моделях процесорів Intelуміщається відразу 2 кристали (чіпа). Другий чіп - графічне ядро ​​процесора, по суті відіграє роль вбудованої в процесор відеокарти, тобто навіть якщо в системі відсутня, графічне ядро ​​візьме на себе роль відеокарти, причому досить потужної (у деяких моделях процесорів обчислювальна потужність графічних ядер дозволяє грати в сучасні ігри на середніх налаштуваннях графіки).

От і все пристрій центрального мікропроцесора, коротко звичайно ж.

Сучасні мікропроцесори – це найшвидші та найрозумніші мікросхеми у світі. Вони можуть здійснювати до 4 млрд. операцій на секунду і виробляються з безлічі різних технологій. З початку 90-х років 20 століття, коли процесори пішли в масове використання, вони пережили кілька ступенів розвитку. Апогеєм розвитку мікпроцесорних структур, що використовують існуючі технології мікпроцесорів 6-го покоління, став 2002 рік, коли стало доступним використання всіх основних властивостей кремнію для отримання більших частот за найменших втрат при виробництві та створенні логічних схем. Зараз ефективність нових процесорів дещо падає незважаючи на постійне зростання частоти роботи кристалів, оскільки кремнієві технології наближаються до межі своїх можливостей.

Мікропроцесор- це інтегральна схема, сформована на невеликому кристалі кремнію. Кремній застосовується в мікросхемах через те, що він має напівпровідникові властивості: його електрична провідність більша, ніж у діелектриків, але менша, ніж у металів. Кремній можна зробити як ізолятором, який перешкоджає руху електричних зарядів, так і провідником - тоді електричні зарядивільно проходитимуть через нього. Провідністю напівпровідника можна керувати шляхом введення домішок.

Мікропроцесор містить мільйони транзисторів, з'єднаних між собою найтоншими провідниками з алюмінію або міді та використовуваних для обробки даних. Так формуються внутрішні шини. В результаті мікропроцесор виконує безліч функцій – від математичних та логічних операційдо керування роботою інших мікросхем та всього комп'ютера.

Один із головних параметрів роботи мікпроцесора – частота роботи кристала, яка визначає кількість операцій за одиницю часу, частота роботи системної шини, обсяг внутрішньої кеш-пам'яті SRAM . За частотою роботи кристала маркують процесор. Частота роботи кристала визначається частотою перемикань транзисторів із закритого стану у відкритий. Можливість транзистора перемикатися швидше визначається технологією виробництва кремнієвих пластин, у тому числі робляться чіпи. Розмірність технологічного процесу визначає розміри транзистора (його товщину та довжину затвора). Наприклад, при використанні 90-нм техпроцесу, який було запроваджено на початку 2004 року, розмір транзистора становить 90 нм, а довжина затвора – 50 нм.

Усі сучасні процесори використовують польові транзистори. Перехід до нового техпроцесу дозволяє створювати транзистори з більшою частотою перемикання, меншими струмами витоку, менших розмірів. Зменшення розмірів дозволяє одночасно зменшити площу кристала, а значить і тепловиділення, а більш тонкий затвор дозволяє подавати меншу напругу для перемикання, що також знижує енергоспоживання та тепловиділення.

Технологічна норма 90 нм виявилася досить серйозним технологічним бар'єром багатьох виробників чіпів. Це підтверджує і компанія TSMC , яка займається виробництвом чіпів для багатьох гігантів ринку, таких як компанії AMD, nVidia, ATI, VIA . Довгий час їй не вдавалося налагодити виробництво чіпів за технологією 0,09 мкм, що спричинило низький вихід придатних кристалів. Це одна з причин, через яку AMD довгий час переносила випуск своїх процесорів із технологією SOI (Silicon - on - Insulator ). Пов'язано це з тим, що саме на цій розмірності елементів стали виявлятися всілякі раніше не настільки відчутні негативні фактори як струми витоку, великий розкид параметрів і експоненціальне підвищення тепловиділення.

Існує два струми витоку: струм витоку затвора та підпорогова витік. Перша викликана мимовільним переміщенням електронів між кремнієвим субстратом каналу та полікремневим затвором. Друга - Мимовільним переміщенням електронів з початку транзистора в стік. Обидва ці ефекти призводять до того, що доводиться піднімати напругу живлення управління струмами в транзисторі, що негативно позначається на тепловиділенні. Так ось, зменшуючи розміри транзистора, насамперед зменшується його затвор і шар діоксиду кремнію ( SiO 2 ), який є природним бар'єром між затвором та каналом.

З одного боку, це покращує швидкісні показники транзистора (час перемикання), але з іншого – збільшує витік. Тобто виходить своєрідний замкнутий цикл. Так ось перехід на 90 нм – це чергове зменшення товщини шару діоксиду і одночасно збільшення витоків. Боротьба з витоками - це знову ж таки, збільшення керуючих напруг, і, відповідно, значне підвищення тепловиділення. Все це призвело до затримки застосування нового техпроцесу з боку конкурентів ринку мікропроцесорів – Intel та AMD.

Один із альтернативних виходів – це застосування технології SOI (кремній на ізоляторі), який нещодавно впровадила компанія AMD у своїх 64-розрядних процесорах. Втім, це коштувало їй чимало зусиль та подолання великої кількостісупутніх труднощів. Проте сама технологія надає величезну кількість переваг при порівняно малій кількості недоліків.

Суть технології, загалом, цілком логічна - транзистор відокремлюється від крем'яної підкладки ще одним тонким шаром ізолятора. Плюсів – маса. Жодного неконтрольованого руху електронів під каналом транзистора, що впливає на його електричні характеристики - раз. Після подачі струму, що відпирає на затвор, час іонізації каналу до робочого стану, до моменту, поки по ньому піде робочий струм, скорочується, тобто, покращується другий ключовий параметрпродуктивності транзистора, час його включення/вимикання - це два. Або ж, за тієї ж швидкості, можна просто знизити струм, що відпирає - три. Або знайти якийсь компроміс між збільшенням швидкості роботи та зменшенням напруги. При збереженні того ж струму, що відпирає, збільшення продуктивності транзистора може скласти аж до 30%, якщо залишити частоту тієї ж, спираючись на енергозбереження, то там плюс може бути і великим - до 50%.

Нарешті, характеристики каналу стають більш передбачуваними, а сам транзистор стає більш стійким до спорадичних помилок, на кшталт тих, що викликають космічні частинки, потрапляючи до субстрату каналу та непередбачено іонізуючи його. Тепер, потрапляючи в підкладку, розташовану під шаром ізолятора, вони не позначаються на роботі транзистора. Єдиним мінусом SOI є те, що доводиться зменшувати глибину області емітер/колектор, що прямо і безпосередньо позначається на збільшенні її опору зі скороченням товщини.

І наостанок, третя причина, що сприяла уповільненню темпів зростання частот – це низька активність конкурентів над ринком. Можна сказати, кожен був зайнятий своїми справами. AMD займалася повсюдним використанням 64-бітних процесорів, Intel це був період удосконалення нового техпроцесу, налагодження для збільшення виходу придатних кристалів.

Отже, необхідність переходу на нові техпроцеси очевидна, але технологам це дається щоразу все з великими труднощами. Перші мікропроцесори Pentium (1993) вироблялися по техпроцесу 0,8 мкм, потім по 0,6 мкм. 1995 року вперше для процесорів 6-го покоління був застосований техпроцес 0,35 мкм. 1997 року він змінився на 0,25 мкм, а 1999 – на 0,18 мкм. Сучасні процесори виконуються за технологією 0,13 та 0,09 мкм, причому остання була введена у 2004 році. Як видно, для цих техпроцесів дотримується закон Мура, який свідчить, що кожні два роки частота кристалів подвоюється зі збільшенням кількості транзисторів із них. З тими самими темпами змінюється і техпроцес. Щоправда, надалі «перегонка частот» випередить цей закон. До 2006 року компанія Intel планує освоєння 65-нм техпроцесу, а 2009 – 32-нм.

Тут настав час згадати структуру транзистора, а саме - тонкий шар діоксиду кремнію, ізолятора, що знаходиться між затвором і каналом, і виконує цілком зрозумілу функцію - бар'єра для електронів, що запобігає витоку струму затвора.

Очевидно, що чим товстіший цей шар, тим краще він виконує свої ізоляційні функції, але він є складовою частиною каналу, і не менш очевидно, що якщо ми збираємося зменшувати довжину каналу (розмір транзистора), то нам треба зменшувати його товщину, причому дуже швидкими темпами. До речі, за останні кілька десятиліть товщина цього шару складає в середньому близько 1/45 від усієї довжини каналу. Але у цього процесу є свій кінець - як стверджував п'ять років тому той же Intel, при продовженні використання SiO 2 , як це було протягом останніх 30 років, мінімальна товщина шару становитиме 2.3 нм, інакше струм витік струму затвора набуде просто нереальних величин .

Для зниження підканального витоку досі нічого не робилося, зараз ситуація починає змінюватися, оскільки робочий струм, поряд з часом спрацьовування затвора, є одним з двох основних параметрів, що характеризують швидкість роботи транзистора, а витік у вимкненому стані на ньому безпосередньо позначається - для збереження необхідної ефективності транзистора доводиться, відповідно, піднімати робочий струм, з усіма умовами.

Виготовлення мікропроцесора - це найскладніший процес, що включає понад 300 етапів. Мікропроцесори формуються на поверхні тонких кругових пластин кремнію - підкладках, в результаті певної послідовностірізних процесів обробки з використанням хімічних препаратів, газів та ультрафіолетового випромінювання.

Підкладки зазвичай мають діаметр 200 мм, або 8 дюймів. Однак корпорація Intel вже перейшла на пластини діаметром 300 мм або 12 дюймів. Нові пластини дозволяють отримати майже в 4 рази більше кристалів, і вихід придатних значно вищий. Пластини виготовляють із кремнію, який очищають, плавлять і вирощують із нього довгі циліндричні кристали. Потім кристали розрізають на тонкі пластини і полірують їх до тих пір, поки поверхні не стануть дзеркально гладкими і вільними від дефектів. Далі послідовно циклічно повторюючись виробляють термічне оксидування (формування плівки SiO 2 ), фотолітографію, дифузію домішки (фосфор), епітаксию (нарощування шару).

У процесі виготовлення мікросхем на пластини-заготовки наносять у вигляді ретельно розрахованих малюнків найтонші шари матеріалів. На одній пластині міститься до кількох сотень мікропроцесорів, для виготовлення яких потрібно здійснити понад 300 операцій. Весь процес виробництва процесорів можна розділити на кілька етапів: вирощування діоксиду кремнію та створення провідних областей, тестування, виготовлення корпусу та доставка.

Процес виробництва мікропроцесора починається з " вирощування на поверхні відполірованої пластини ізоляційного шару діоксиду кремнію. Здійснюється цей етап в електричній печі при дуже високій температурі. Товщина оксидного шару залежить від температури і часу, яке пластина проводить у печі.

Потім слідує фотолітографія - процес, у ході якого поверхні пластини формується рисунок-схема. Спочатку на пластину наносять тимчасовий шар світлочутливого матеріалу - фоторезист, на який за допомогою ультрафіолетового випромінювання проектують зображення прозорих ділянок шаблону або фотомаски. Маски виготовляють при проектуванні процесора та використовують для формування малюнків схем у кожному шарі процесора. Під впливом випромінювання засвічені ділянки фотошару стають розчинними, і їх видаляють за допомогою розчинника (плавикова кислота), відкриваючи діоксид кремнію, що знаходиться під ними.

Відкритий діоксид кремнію видаляють за допомогою процесу, який називається " травленням Потім видаляють фотошар, що залишився, в результаті чого на напівпровідниковій пластині залишається малюнок з діоксиду кремнію. В результаті ряду додаткових операцій фотолітографії і травлення на пластину наносять також полікристалічний кремній, що володіє властивостями провідника.

У ході наступної операції, яка називається " легуванням ", відкриті ділянки кремнієвої пластини бомбардують іонами різних хімічних елементів, які формують у кремнії негативні та позитивні заряди, Що змінюють електричну провідність цих ділянок

Накладення нових шарів з наступним травленням схеми здійснюється кілька разів, при цьому для міжшарових з'єднань у шарах залишаються вікна, які заповнюють металом, формуючи електричні з'єднання між шарами. У своєму 0.13-мікронному технологічному процесі корпорація Intel застосувала мідні провідники. У 0.18-мікронному виробничому процесі та процесах попередніх поколінь Intel використовувала алюміній. І мідь, і алюміній – чудові провідники електрики. При використанні 0,18-мкм техпроцесу використовувалося 6 шарів, при впровадженні 90 нм техпроцесу в 2004 застосували 7 шарів кремнію.

Кожен шар процесора має свій власний малюнок, разом всі ці шари утворюють тривимірну. електронну схему. Нанесення шарів повторюють 20-25 разів протягом декількох тижнів.

Щоб витримати вплив, яким піддаються підкладки в процесі нанесення шарів, кремнієві пластини спочатку повинні бути досить товстими. Тому перш ніж розрізати пластину на окремі мікропроцесори, її товщину за допомогою спеціальних процесів зменшують на 33% та видаляють забруднення зі зворотного боку. Потім на зворотний бік "схудлої" пластини наносять шар спеціального матеріалущо покращує подальше кріплення кристала до корпусу. Крім того, цей шар забезпечує електричний контактміж задньою поверхнею інтегральної схеми та корпусом після складання.

Після цього пластини тестують, щоб перевірити якість виконання всіх операцій обробки. Щоб визначити, чи правильно працюють процесори, перевіряють окремі компоненти. Якщо виявляються несправності, дані аналізують, щоб зрозуміти, якому етапі обробки виник збій.

Потім до кожного процесора підключають електричні зонди та подають живлення. Процесори тестуються комп'ютером, який визначає, чи задовольняють характеристики виготовлених процесорів заданим вимогам.

Після тестування пластини вирушають у складальне виробництво, де їх розрізають на маленькі прямокутники, кожен із яких містить інтегральну схему. Для поділу пластини використовують спеціальну прецизійну пилку. Непрацюючі кристали відбраковуються.

Потім кожний кристал поміщають в індивідуальний корпус. Корпус захищає кристал від зовнішніх впливів та забезпечує його електричне з'єднанняз платою, на яку він буде встановлений. Крихітні кульки припою, розташовані у певних точках кристала, припаюють до електричних висновків корпусу. Тепер електричні сигнали можуть надходити з плати на кристал і назад.

У майбутніх процесорах компанія Intel застосує технологію BBUL , яка дозволить створювати принципово нові корпуси з меншим тепловиділенням та ємністю між ніжками CPU.

Після встановлення кристала в корпус процесор знову тестують, щоб визначити, чи він працездатний. Несправні процесори відбраковують, а справні піддають випробуванням навантаження: впливу різних температурних і вологих режимів, а також електростатичних розрядів. Після кожного випробування навантаження процесор тестують для визначення його функціонального стану. Потім процесори сортують залежно від їхньої поведінки при різних тактових частотах і напругах живлення.

Процесори, що пройшли тестування, надходять на вихідний контроль, завдання якого - підтвердити, що результати всіх попередніх тестів були коректними, а параметри інтегральної схеми відповідають встановленим стандартам або перевершують їх. Всі процесори, що пройшли вихідний контроль, маркують та упаковують для доставки замовникам.

Процесорце серце будь-якого сучасного комп'ютера. Будь-який мікропроцесор по суті є великою інтегральною схемою, на якій розташовані транзистори. Пропускаючи електричний струмтранзистори дозволяють створювати двійкову логіку (вкл. – вимк.) обчислень. Сучасні процесори виконуються з урахуванням 45 нм технології. 45нм (нанометр) це розмір одного транзистора, розташованого на процесорній пластині. Ще недавно переважно використовували 90 нм технологію.

Пластини виготовляються з кремнію, який займає 2 місце за розміром покладів у земній корі.

Кремній одержують хімічною обробкою, очищаючи його від домішок. Після цього його починають виплавляти, формуючи кремнієвий циліндр діаметром 300 мм. Цей циліндр надалі розрізають на пластини алмазною ниткою. Товщина кожної пластини близько 1 мм. Щоб пластина мала ідеальну поверхню, після різання ниткою, її шліфують спеціальною шліфувальною машиною.

Після цього поверхня кремнієвої пластини виходить ідеально рівною. До речі, багато виробничих компаній вже заявили про можливість роботи з 450 мм пластинами. Чим більша поверхня – тим Велика кількістьтранзисторів для розміщення, і тим паче висока продуктивність процесора.

Процесорскладається з кремнієвої пластини, на поверхні якої розташовується до дев'яти рівнів транзисторів, розділені шарами оксиду для ізоляції.

Розвиток технології виробництва процесорів

Гордон Мур, один із засновників компанії Intel, одного з лідерів виробництва процесорів у світі, в 1965 році на основі своїх спостережень відкрив закон, за яким нові моделі процесорів та мікросхем з'являлися через рівні відрізки часу. Зростання кількості транзисторів у процесорах зростає приблизно 2 рази за 2 роки. Вже протягом 40 років закон Гордона Мура працює без спотворень. Освоєння майбутніх технологій не за горами – вже є робочі прототипи на основі 32 нм та 22 нм технології виробництва процесорів. До середини 2004 року потужність процесора залежала насамперед від частоти процесора, але починаючи з 2005 року частота процесорів практично перестала зростати. З'явилася нова технологіябагатоядерність процесора. Тобто створюється кілька ядер процесора з тактовою частотою, і під час роботи потужність ядер підсумовується. Завдяки цьому підвищується загальна потужність процесора.

Нижче ви можете переглянути відео про виробництво процесорів.

Це може здатися дурним питанням, на яке можна відповісти однією пропозицією: кремній – 14 елемент у періодичній таблиці. Тим не менш, кремній найчастіше згадується на сайтах, присвячених електроніці, тому що він не тільки головний компонент більшості будівельних матеріалів, але й основа для сучасних комп'ютерних процесорів, і навіть найімовірніший кандидат на роль базисного елемента «невуглецевого життя». особливим?

Кремній як будівельний матеріал

Після кисню кремній найпоширеніший у земній корі елемент, але знайти його не так вже й просто, адже він майже ніколи не зустрічається у чистому вигляді. Найчастіше у природі зустрічається силікат SiO4 чи діоксид кремнію SiO2. Кремній також є основним компонентом піску. Польовий шпат, граніт, кварц - всі вони засновані на з'єднанні кремнію та кисню.

Сполуки кремнію мають широкий спектр корисних властивостей, в основному тому, що вони можуть щільно зв'язувати інші атоми в складних конструкціях. Різні силікати, такі як силікат кальцію, є основним компонентом цементу, головним сполучним бетоном і навіть штукатуркою. Деякі силікатні матеріали використовуються в кераміці і, звичайно, склі. Крім того, кремній додають такі субстанції як чавун, щоб сплав був більш міцним.
І, так, кремній також є основним структурним компонентом синтетичного матеріалу силікону, через що силікон (silicone) часто плутають із кремнієм (silicon). Відомим прикладом є Силіконова долина, яка насправді кремнієва.

Кремній як комп'ютерний чіп

При виборі матеріалу для основи комп'ютерних транзисторівключовим чинником було опір. Провідники мають низький опір і проводять струм дуже легко, тоді як ізолятори блокують струм завдяки високому опору. Транзистор повинен поєднувати в собі обидві властивості.
Кремній не єдина напівпровідникова речовина на Землі - він навіть не найкращий напівпровідник. Проте він широко доступний. Його не складно добувати та з ним легко працювати. І найголовніше, вчені знайшли надійний спосібвиводити з нього впорядковані кристали. Для кремнію ці кристали є тим самим, ніж діамант для алмазу.

Побудова ідеальних кристалів є одним із основних аспектів виробництва комп'ютерних чіпів. Ці кристали потім нарізаються в тонкі пластини, гравіюють, обробляються і проходять сотні обробок, перш ніж стають комерційними процесорами. Реально зробити більш досконалі транзистори з вуглецю або таких екзотичних матеріалів як германій, але жоден з них не дозволить відтворити настільки масштабне виробництво - принаймні поки що.
У Наразікристали кремнію створюються в 300-мм циліндрах, але дослідження швидко наближаються до рубежу 450 мм. Це має урізати виробничі витрати, але зберегти темпи зростання швидкості. Що після цього? Швидше за все, нам, нарешті, доведеться відмовитися від кремнію на користь просунутого матеріалу - хороша новина для прогресу, але майже напевно погана новина для вашого гаманця.

Кремній як позаземне життя

Фраза «вуглецеве життя» згадується досить часто, але що воно означає? Це означає, що основні структурні молекули нашого тіла (білки, амінокислоти, нуклеїнові кислоти, жирні кислоти та інше) будуються на основі атомів вуглецю. Так відбувається тому, що вуглець може бути чотиривалентним. Кисень може сформувати два стійкі хімічні зв'язки одночасно, азот тільки три, але вуглець може утримувати до чотирьох різних атомів відразу. Це є потужною основою для побудови молекул та розвитку життя.

Так як періодична таблиця впорядкована так, що елементи у вертикальному стовпці мають схожі хімічні властивості - і під вуглецем знаходиться кремній. Ось чому так багато теоретиків приділяють увагу «кремнієвому життю», одним із доказів на їхню користь є той факт, що кремній також чотиривалентний.
Звичайно, враховуючи, що кремнію на Землі набагато більше, ніж вуглецю, має бути вагома причина, чому органічне життя будується на основі вуглецю. І тут треба знову звернутися до періодичної таблиці. Елементи, які вертикально знаходяться нижче, мають важчі ядра і більші електронні оболонки, тому кремній через свій розмір менше підходить для таких точних завдань, як побудова ДНК. Таким чином, в іншій частині Всесвіту розвиток організму на основі кремнію теоретично можливий, але на нашій планеті це навряд чи станеться.
Кремній з'являтиметься в новинах ще довго, адже навіть якщо якийсь елемент замінить його як основу для комп'ютерних обчислень, до моменту повного переходу пройде дуже багато часу. До того ж є інші сфери його застосування, і не виключено, що будуть знайдені і нові способи використання цієї речовини. Ймовірно, кремній, як і раніше, залишиться однією з головних речовин у фізичному світі людської діяльності.