Опубліковано 06 липня 2016 р. • 20:00
Мікропроцесори, або просто процесори, є центральною частиною комп’ютерної системи і найскладнішою її частиною. Процесор відповідає за обробку всіх даних пристрою - від операційної системи до програм, використання арифметичних та логічних операцій з двійковим кодом. Ось чому він відомий як "мозок" комп'ютера.
Процесор зазвичай має квадратну форму, і має близько 3,75 см бічної частини в кожному з них, якщо говорити про найновіший Intel Skylake на настільному комп’ютері або такий маленький, як останній Apple A9, з довжиною 0,87 см x висотою 1,07 см. Нещодавно ми говорили про це як еволюціонували розміри виробництва напівпровідників з часу створення 10 000 нм Intel 4004 до нинішніх 14 нм і 5 нм, яких ми досягнемо в 2020 році.
Але який процес виготовлення цих процесорів?
Для звичайної компанії насправді важко виготовити процесор, оскільки виробничий процес є дуже складним і вимагає необхідних засобів суворе управління очищенням та високоточні роботи, Тому що крихітна помилка у процесі виробництва може зіпсувати весь процесор. На щастя, є компанії, що займаються їх виробництвом, які мають усі необхідні потужності, такі як Intel, AMD, Samsung, Global Foundries або TSMC. Останній буде керувати виробництвом Apple A10 для iPhone 7.
Пісок, але чистий
Все починається з дуже рясного компонента на Землі. Пісок. Це не пісок, який ми знаходимо на пляжі, а більш чистий складається в основному з діоксиду кремнію, який нагрівається до тисяч градусів температури і піддається різним хімічним процесам з метою отримання чистого кремнію. В результаті виходить практично чистий кремнієвий циліндр.
Цей циліндр нарізають на пластини, які згодом полірують і на які наносять світлочутливу хімію. За допомогою ультрафіолетового світла, яке проектується через шаблон, за допомогою процесу, подібного аналоговій фотографічній розробці візка, схема проектується на пластину у формі процесора, розробленого виробником. Цей процес можна повторити сотні разів на одній і тій же пластині, оскільки вони можуть мати діаметр приблизно 90 см., і може містити тонований малюнок сотень процесорів.
Кремній і мідь, ключ
Після фарбування вафлі занурюють у розчинник, який залишає лише стандарт без хімічних речовин. Машина гравірує малюнок на пластині, і продовжує бомбардування іонами, які є атомами, зарядженими енергією, вкладеними в кремній, змінюючи спосіб проведення електрики і тим самим створюючи транзистори. Саме завдяки цій властивості кремнію, який робить його чутливим до іонів, він використовується в промисловості.
Транзистори, отримані в результаті цього процесу, є тими, які виконують роль малих перемикачів, які можуть приймати значення "так чи ні", або, точніше, між нулями та одиницями, дозволяючи процесору отримувати інструкції у двійковому коді та обробляти їх. Це основа сучасних процесорів.
Повертаючись до виробничого процесу, наступним кроком є підключення цих транзисторів один до одного. Для цього використовуються дуже маленькі мідні кабелі з тим самим процесом, за допомогою якого створюються транзистори для фарбування та гравірування. Щоб запобігти їх контакту між собою, цей процес відбувається через шари. Спосіб розташування цих кабелів і транзисторів відомий як архітектура, чиї торгові назви ми всі чули у справі Skylake або Broadwell з Intel, або Zen у випадку AMD.
Випробування та упаковка
Отримана схема перевіряється, і якщо вона працює правильно, вони упаковані так, що вгорі підходить металевий кожух, хто той, хто з ним контактує раковина за допомогою термопасти, і нижня схема, яка контактує з гніздом материнської плати.
Раніше шампури знаходились у самому пакеті центрального процесора, але щоб уникнути згинання та зайвих страждань, вони були змінені і тепер інтегровані в материнську плату. Вам просто потрібно скинути чіп, щоб він помістився.
Забігаючи наперед, досліджуються квантові комп’ютери, які замість використання бітів, які можуть приймати значення 1 або 0, в той час як при квантових обчисленнях процесори можуть приймати обидва значення одночасно, що разом із більшою кількістю кубіт, можна досягти в тисячі разів більших обробних потужностей.
Кремній має фізичні межі, які, мабуть, і встановлюють стелю за законом Мура, оскільки ми наближаємось до межі того, наскільки маленькими можуть бути транзистори. Або квантовими комп’ютерами, або графеном, або процесами на основі світла в майбутньому дуже ймовірно, що кремній в кінцевому підсумку буде замінений за час, що не перевищує 10 років.