V moderní době si nemůžeme představit výpočetní techniku bez procesor , Také volal procesor (Centrální procesorová jednotka v angličtině). Používáme je v počítačích, smartphonech a dokonce i v televizi, ale už jste někdy přemýšleli jak se vyrábí CPU ? V tomto článku vám o tom podrobně povíme, abyste pochopili, jaký je proces od jeho koncepce po hotový produkt, který všichni používáme.
Koncept, který má většina uživatelů procesoru, spočívá v tom, že se jedná o jednoduchý hardware, který je umístěn na deska a to vytváří hodně tepla. Procesor se však skládá z tisíců složitých prvků, což mu umožňuje provádět matematické operace nezbytné k tomu, aby vše fungovalo, protože na konci dne musí vše, co počítač dělá, nutně procházet procesorem, včetně co to zpracovává GPU, což je důvod, proč je tak nesmírně důležitý.
Jak se vyrábí CPU
Přestože se způsob práce procesorů může zdát magický, je výsledkem desetiletí chytrého inženýrství. Jako tranzistory jsou prvky, z nichž je většina procesorů vyrobena, redukovány na mikroskopická měřítka, způsob výroby CPU je stále komplikovanější.
Fotolitografie je to, co oživuje CPU
Jsme zvyklí vidět oplatky plné desítek čipů, které se pak používají v procesorech, ale abyste se tam dostali, musíte projít řadou kroků, které začínají fotolitografie .
Tranzistory jsou nyní tak neuvěřitelně malé, že je výrobci nemohou postavit běžnými metodami. Přesné soustruhy a dokonce i 3D tiskárny mohou vytvářet neuvěřitelně složité výtvory, ale obecně dosahují úrovně mikrometrické přesnosti (to je zhruba třicet tisícin palce), ale stále nejsou vhodné pro nano váhy, ve kterých jsou vyráběny. čipy dnes.
Fotolitografie řeší tento problém odstraněním nutnosti přesouvat složité stroje s velkou přesností. Místo toho používá světlo k leptání obrazu na křemíkový čip, jako by to byl starý zpětný projektor, který lze nalézt ve školních učebnách, ale v opačném směru, čímž zmenší měřítko šablony na požadovanou přesnost.
Obraz se tedy promítá na křemíkovou destičku, která je obrobena s extrémně vysokou přesností na speciálních strojích (slavné stroje od ASML) a za extrémně těsných podmínek, protože jakákoli skvrna prachu na destičce může znamenat, že bude zcela zkažená . Oplatka je potažena materiálem zvaným fotorezist, který reaguje na světlo a reaguje na něj, přičemž zanechává leptání CPU, které může být vyplněno mědí nebo jinými materiály za vzniku tranzistorů. Poté se tento proces mnohokrát opakuje, čímž se zvyšuje velikost CPU stejným způsobem, jako 3D tiskárna hromadí plastové vrstvy.
Problémy s fotolitografií v nanoměřítku
Nezáleží na tom, zda můžete tranzistory zmenšit a zmenšit, pokud tranzistory nejsou schopné pracovat, a technologie nanoscale má kvůli fyzice velké problémy s fyzikou. Tranzistory mají zastavit tok elektřiny, když jsou vypnuté, ale jsou tak malé, že elektrony jimi někdy mohou protékat. Tomu se říká kvantové tunelování a pro křemíkové inženýry je to obrovský problém.
Dalším problémem jsou vady; dokonce i fotolitografie má omezení ve své přesnosti, je poněkud analogická rozmazanému obrazu z projektoru, který při zvětšení nebo zmenšení neukazuje tak jasný obraz. Křemíkové továrny se v současné době snaží tento účinek zmírnit pomocí technologie EUV (extrémní ultrafialové světlo), vlnové délky mnohem vyšší, než mohou lidé vnímat, pomocí laserů ve vakuové komoře. Tento problém však přetrvává, protože velikost se stále zmenšuje.
Někdy mohou být vady zmírněny procesem nazývaným binning: pokud vada ovlivňuje jádro CPU, toto jádro je deaktivováno a čip je prodáván jako spodní část. Ve skutečnosti se většina linek CPU vyrábí pomocí stejného modelu, ale mají deaktivovaná jádra, protože vadná, a proto se prodávají za nižší cenu jako produkt nižší třídy.
Pokud vada zasáhne například mezipaměť nebo jinou základní součást, bude pravděpodobně nutné čip sešrotovat, což povede k nižšímu výrobnímu výkonu, a tedy k vyšším cenám. Aktuální procesní uzly, například 7 a dokonce 10 nanometrů, mají vyšší propustnost než 5 nm uzly, a proto je pravdou opak, jejich cena je nižší.
Balení, podstatné v procesu výroby CPU
V návaznosti na proces výroby CPU, jakmile máme čipy připravené, je třeba je zabalit pro spotřebitelské použití, a to je mnohem víc než pouhé vložení do krabice s polystyrenem. Když je CPU hotový, je stále k ničemu, pokud jej nelze připojit ke zbytku systému, takže proces „zabalení“ nebo „zabalení“ odkazuje na metodu, při které je jemná křemíková matice (matrice) připojena k PCB, které si většina lidí myslí jako CPU.
Tento proces vyžaduje velkou přesnost, ale zjevně ne tolik jako předchozí kroky. Matice CPU je namontována na křemíkové desce a elektrické připojení probíhá na všech pinech, které přicházejí do kontaktu se zásuvkou základní desky. Moderní CPU mohou mít tisíce pinů, jako např AMD Procesory Threadripper, které mají 4096 z nich.
Vzhledem k tomu, že CPU produkuje velké množství tepla a musí také chránit svou integritu na druhé straně, je nahoře namontován integrovaný rozdělovač tepla nebo anglický IHS. Tím dojde ke kontaktu s matricí a přenáší teplo z matice, kterou pak chladíme pomocí chladiče CPU. Pro některé nadšence není tepelná pasta použitá k vytvoření tohoto spojení dostatečně dobrá, takže se někteří rozhodnou provést proces delid k procesoru.
Jakmile je vše smontováno, může být nyní zabaleno do skutečných krabic, připraveno zasáhnout police obchodů a připojit se k našim počítačům. Nyní, když víte, jak se vyrábí CPU a složitost jeho výroby, je divu, že většina moderních procesorů stojí jen pár stovek dolarů, že?
