I den moderne tid kan vi ikke tenke oss databehandling uten prosessor , Også kalt prosessor (Central Processing Unit på engelsk). Vi bruker dem på datamaskiner, smarttelefoner og til og med TV, men har du noen gang lurt på hvordan en CPU er laget ? I denne artikkelen skal vi fortelle deg om det i detalj, slik at du kan forstå hvordan prosessen er fra oppfatningen til det ferdige produktet som vi alle bruker.
Konseptet som de fleste brukere har av en prosessor er at det er et enkelt stykke maskinvare som plasseres på hovedkort og det genererer mye varme. Imidlertid består en prosessor av tusenvis av komplekse elementer, og det er det som gjør at den kan utføre de matematiske operasjonene som er nødvendige for at alt skal fungere, siden alt som datamaskinen gjør, nødvendigvis må gå gjennom prosessoren, inkludert hva som behandles av GPU, det er derfor det er så ekstremt viktig.
Hvordan en CPU blir laget
Selv om prosessorer fungerer kan virke magiske, er det resultatet av flere tiår med smart prosjektering. Som transistorer blir elementene som de fleste prosessorer er laget av, redusert til mikroskopiske skalaer, måten CPUer er laget på blir stadig mer komplisert.
Fotolitografi er det som gir CPUer liv
Vi er vant til å se vafler fulle av dusinvis av sjetonger som deretter brukes i prosessorer, men for å komme dit må du gjennom en rekke trinn som starter med fotolitografi .
Transistorer er nå så utrolig små at produsenter ikke kan bygge dem med vanlige metoder. Mens presisjons dreiebenker og til og med 3D-skrivere kan lage utrolig komplekse kreasjoner, oppnår de generelt mikrometriske presisjonsnivåer (det er omtrent tretti tusendeler av en tomme), men de er fortsatt ikke egnet for nano-skalaene som de er laget på. chips i dag.
Fotolitografi løser dette problemet ved å eliminere behovet for å flytte kompliserte maskiner med stor presisjon. I stedet bruker den lys for å etse et bilde på en silisiumbrikke, som om det var en gammel overheadprojektor som kunne bli funnet i skoleklasser, men omvendt, og reduserte skalaen på malen til ønsket presisjon.
Dermed projiseres bildet på en silisiumskive som er maskinert med ekstremt høy presisjon på spesialmaskiner (de berømte maskinene laget av ASML) og under ekstremt tette forhold, da noe støv på skiven kan bety at det vil bli helt bortskjemt . Waferen er belagt i et materiale som kalles fotoresist, som reagerer på lys og reagerer på det, og etterlater etsing av CPUen som kan fylles med kobber eller andre materialer for å danne transistorer. Deretter gjentas denne prosessen mange ganger, og øker størrelsen på CPU på samme måte som en 3D-skriver samler lag av plast.
Problemene med nanoskala fotolitografi
Det spiller ingen rolle om du kan gjøre transistorene mindre og mindre hvis transistorer ikke er i stand til å jobbe, og nanoskala-teknologi har mange problemer med fysikk på grunn av størrelse. Transistorer skal stoppe strømmen av strøm når de er av, men de blir så små at elektroner noen ganger er i stand til å strømme gjennom dem. Dette kalles kvantetunneling, og det er et stort problem for silisiumingeniører.
Mangler er et annet problem; selv fotolitografi har en grense i presisjon, det er noe analogt med et uskarpt bilde fra projektoren, som ikke viser et så tydelig bilde når det forstørres eller reduseres. Silisiumfabrikker prøver for øyeblikket å dempe denne effekten ved å bruke EUV-teknologi (ekstremt ultrafiolett lys), en bølgelengde som er mye høyere enn mennesker kan oppfatte, ved å bruke lasere i et vakuumkammer. Imidlertid vil dette problemet vedvare ettersom størrelsen fortsetter å krympe.
Noen ganger kan mangler avbøtes med en prosess som kalles binning: hvis feilen påvirker en CPU-kjerne, er den kjernen deaktivert og brikken selges som en del av den nedre enden. Faktisk er de fleste CPU-linjer laget med samme modell, men de har kjerner deaktivert fordi de har kommet ut defekte og selges derfor til en lavere pris som et lavere sluttprodukt.
Hvis feilen treffer for eksempel hurtigbufferen eller en annen viktig komponent, vil brikken sannsynligvis må skrotes, noe som resulterer i lavere produksjonsytelse og dermed høyere priser. Nåværende prosessnoder, som 7 og til og med 10 nanometer, har høyere gjennomstrømningshastigheter enn 5 nm noder, og derfor er det motsatte, deres pris er lavere.
Emballasje, viktig i prosessen med hvordan en CPU produseres
Etter å ha fulgt prosessen med hvordan en CPU er produsert, når vi har sjetongene klare, må de pakkes for forbrukerbruk, og dette er mye mer enn bare å legge dem i en boks med litt isopor. Når en CPU er ferdig, er den fortsatt ubrukelig med mindre den kan kobles til resten av systemet, så prosessen med å "pakke" eller "pakke" refererer til metoden der den delikate silisiummatrisen (matrisen) er festet til PCB som folk flest tenker på som CPU.
Denne prosessen krever mye presisjon, men åpenbart ikke så mye som de forrige trinnene. CPU-matrisen er montert på et silisiumkort og de elektriske tilkoblingene går på alle pinnene som kommer i kontakt med hovedkortkontakten. Moderne CPUer kan ha tusenvis av pins, for eksempel AMD Threadripper-prosessorer som har 4096 av dem.
Siden CPU produserer mye varme og også må beskytte integriteten på den andre siden, er en integrert varmespreder eller engelsk IHS montert på toppen. Dette tar kontakt med matrisen og overfører varme ut av matrisen, som vi deretter avkjøler ved hjelp av en CPU-kjøler. For noen entusiaster er ikke den termiske limen som brukes til å lage denne forbindelsen, god nok, noe som får noen til å bestemme seg for å gjøre en prosess med å overføre prosessoren.
Når alt er samlet, kan det nå pakkes i faktiske esker, klar til å komme i butikkhyllene og monteres på datamaskinene våre. Nå som du vet hvordan en CPU er laget og kompleksiteten i å lage den, er det rart at de fleste moderne CPUer bare koster noen få hundre dollar, ikke sant?
