In het moderne tijdperk kunnen we ons computergebruik niet voorstellen zonder de processor , Ook wel de CPU (Central Processing Unit in het Engels). We gebruiken ze in computers, smartphones en zelfs televisie, maar heb je je ooit afgevraagd hoe een CPU wordt gemaakt ? In dit artikel gaan we je er in detail over vertellen, zodat je kunt begrijpen hoe het proces eruit ziet vanaf de conceptie tot het eindproduct dat we allemaal gebruiken.
Het concept dat de meeste gebruikers van een processor hebben, is dat het een simpel stukje hardware is dat op de moederbord en dat levert veel warmte op. Een processor bestaat echter uit duizenden complexe elementen, waardoor hij de wiskundige bewerkingen kan uitvoeren die nodig zijn om alles te laten werken, aangezien uiteindelijk alles wat de computer doet noodzakelijkerwijs door de processor moet gaan, inclusief wat dat wordt verwerkt door de GPU, daarom is het zo buitengewoon belangrijk.
Hoe een CPU wordt gemaakt
Hoewel de manier waarop processors werken magisch lijkt, is het het resultaat van decennia van slimme engineering. Als transistors worden de elementen waaruit de meeste processors zijn gemaakt, teruggebracht tot microscopisch kleine schaal, de manier waarop CPU's worden gemaakt, wordt steeds gecompliceerder.
Fotolithografie is wat CPU's tot leven brengt
We zijn gewend om wafers vol tientallen chips te zien die vervolgens in processors worden gebruikt, maar om daar te komen moet je een reeks stappen doorlopen die beginnen met fotolithografie .
Transistors zijn nu zo ongelooflijk klein dat fabrikanten ze niet met normale methoden kunnen bouwen. Hoewel precisiedraaibanken en zelfs 3D-printers ongelooflijk complexe creaties kunnen maken, bereiken ze over het algemeen micrometrische precisieniveaus (dat is ongeveer dertig duizendsten van een inch), maar ze zijn nog steeds niet geschikt voor de nanoschalen waarop ze zijn gemaakt. chips vandaag.
Fotolithografie lost dit probleem op door de noodzaak om gecompliceerde machines met grote precisie te verplaatsen overbodig te maken. In plaats daarvan gebruikt het licht om een afbeelding op een siliciumchip te etsen, alsof het een oude overheadprojector is die in schoolklassen te vinden is, maar dan omgekeerd, waardoor de schaal van de sjabloon wordt verkleind tot de gewenste precisie.
Het beeld wordt dus geprojecteerd op een siliciumwafel die met extreem hoge precisie wordt bewerkt op speciale machines (de beroemde machines van ASML) en onder extreem krappe omstandigheden, aangezien elk stofdeeltje op de wafel kan betekenen dat deze volledig wordt bedorven. . De wafel is bekleed met een materiaal dat fotoresist wordt genoemd, dat op licht reageert en erop reageert, waardoor een etsing van de CPU overblijft die kan worden gevuld met koper of andere materialen om de transistors te vormen. Vervolgens wordt dit proces vele malen herhaald door de grootte van de CPU te vergroten, op dezelfde manier als een 3D-printer lagen plastic ophoopt.
De problemen met fotolithografie op nanoschaal
Het maakt niet uit of je de transistors kleiner en kleiner kunt maken als de transistors niet kunnen werken, en technologie op nanoschaal heeft vanwege de grootte veel problemen met de fysica. Transistors zouden de stroom van elektriciteit moeten stoppen als ze uit zijn, maar ze worden zo klein dat er soms elektronen doorheen kunnen stromen. Dit wordt kwantumtunneling genoemd en het is een enorm probleem voor siliciumingenieurs.
Defecten zijn een ander probleem; zelfs fotolithografie heeft een limiet in zijn precisie, het is enigszins analoog aan een wazig beeld van de projector, dat niet zo'n duidelijk beeld laat zien wanneer het wordt vergroot of verkleind. Siliciumfabrieken proberen dit effect momenteel te verminderen door gebruik te maken van EUV-technologie (extreem ultraviolet licht), een golflengte die veel hoger is dan mensen kunnen waarnemen, met behulp van lasers in een vacuümkamer. Dit probleem blijft echter bestaan naarmate de maat blijft krimpen.
Soms kunnen defecten worden verholpen met een proces dat binning wordt genoemd: als het defect een CPU-kern beïnvloedt, wordt die kern uitgeschakeld en wordt de chip verkocht als een lager onderdeel. In feite zijn de meeste CPU-lijnen gemaakt met hetzelfde model, maar de kernen zijn uitgeschakeld omdat ze defect zijn geraakt en worden daarom tegen een lagere prijs verkocht als een lager product.
Als het defect bijvoorbeeld de cache of een ander essentieel onderdeel treft, zal de chip waarschijnlijk moeten worden gesloopt, wat resulteert in lagere fabricageprestaties en dus hogere prijzen. Huidige procesknooppunten, zoals 7 en zelfs 10 nanometer, hebben hogere doorvoersnelheden dan 5 nm knooppunten en daarom is het omgekeerde waar, hun prijs is lager.
Verpakking, essentieel in het proces van hoe een CPU wordt vervaardigd
Na het fabricageproces van een CPU, zodra we de chips klaar hebben, moeten ze worden verpakt voor gebruik door de consument, en dit is veel meer dan ze alleen in een doos met wat piepschuim doen. Wanneer een CPU klaar is, is deze nog steeds nutteloos, tenzij deze kan worden aangesloten op de rest van het systeem, dus verwijst het proces van 'verpakken' of 'verpakken' naar de methode waarmee de delicate siliciummatrix (de dobbelsteen) wordt vastgemaakt de PCB die de meeste mensen beschouwen als de CPU.
Dit proces vereist veel precisie, maar uiteraard niet zoveel als de voorgaande stappen. De CPU-matrix is op een siliconenbord gemonteerd en de elektrische aansluitingen lopen op alle pinnen die contact maken met de moederbordsokkel. Moderne CPU's kunnen duizenden pinnen hebben, zoals AMD Threadripper-processors die er 4096 hebben.
Omdat de CPU veel warmte produceert en ook aan de andere kant zijn integriteit moet beschermen, is er een geïntegreerde warmteverspreider of Engelse IHS bovenop gemonteerd. Dit maakt contact met de matrix en voert warmte uit de matrix, die we vervolgens koelen met een CPU-koeler. Voor sommige enthousiastelingen is de koelpasta die wordt gebruikt om deze verbinding te maken niet goed genoeg, waardoor sommigen besluiten om een proces van delid naar de processor uit te voeren.
Zodra alles is geassembleerd, kan het nu in echte dozen worden verpakt, klaar om in de winkelschappen te liggen en op onze computers te monteren. Nu je weet hoe een CPU is gemaakt en hoe complex het is, is het een wonder dat de meeste moderne CPU's maar een paar honderd dollar kosten, toch?
