Как производятся процессоры?

Много слышно о важности процессоров в большей части электронного оборудования, которое мы используем в нашей повседневной жизни, и, хотя мы все слышали название этого элемента, обычно мы мало знаем о том, как он разрабатывается и установлены на устройствах.

Думая об этом, шоуметек подготовил это специальное предложение, в котором объясняется, как производятся процессоры — от их функций до процесса создания и производства. Проверить:

Смотрите видео на канале Showmetech:

Какова функция процессора?

В объективном ответе o процессор — это компонент компьютера, который выполняет инструкции и задачи, обеспечивающие работу оборудования.. Он отвечает за обработку данных и выполнение программных инструкций, таких как расчет, хранение и выборка информации.

Другими словами, процессор является эквивалентом человеческого мозга в компьютере, поскольку он будет выполнять несколько основных функций для работы и позволяет выполнять несколько действий одновременно. Часть отвечает за обработку данных, полученных в двоичном формате 0 и 1, и интерпретирует их на основе инструкций, хранящихся в ее внутренней памяти.

В прошлом процессоры имели только одно ядро. Однако сегодня они могут иметь несколько ядер для более эффективной обработки нескольких входящих одновременно. Например, есть процессоры. Двухъядерный (2 ядра), Quad-Core (4 ядра) и даже процессоры с 32 ядрами вроде AMD Ryzen Threadripper 3970X на высокопроизводительных компьютерах.

Таким образом, компьютер может выполнять несколько задач одновременно, позволяя, например, редактировать текст в одной программе, слушать музыку в другой и просматривать интернет. Эта концепция применима и к современным видеоиграм, которые обрабатывают не только саму игру, но и интерфейсы меню консолей. потоковый и другие ресурсы.

Важность кремния

Вы наверняка слышали о Силиконовая Долина и вы знаете, что материал важен для нескольких компонентов в мире технологий, но вы не задумывались, почему? Кремний используется в качестве основного компонента в силиконах, стекле, цементе, керамике, и причиной его обильного использования в ряде областей является именно его высокая доступность, так как он считается вторым по распространенности элементом на поверхности Земли после кислорода.

В технологической отрасли причина, по которой кремний так важен, связана с транзисторами, компонентами, которые выполняют функцию усиления электрического тока или препятствуют его прохождению, в зависимости от его конфигурации в цепи.

Вся основа нашей современной технологии рождается в концепции транзистора, созданной Джоном Бардином и Уолтером Хаусом Бриттеном в 1947 году в лабораториях Звонок телефона и, в свою очередь, это устройство сделано с использованием кремния.

В дополнение к своим характеристикам и доступности, кремний считается простым в работе элементом, и ученые открыли способы выращивания его в идеально упорядоченные кристаллы с получением почти идеальных кристаллов кремния, разрезанных на маленькие лезвия, известные как вафли, являющийся основой для производства компьютерных чипов.

Производство процессоров

Как упоминалось выше, вафля кремний чрезвычайно важен — он является базовым компонентом для создания любого процессорного чипа. Кроме того, чрезвычайно важно, чтобы он производился в полностью контролируемом месте, так как он должен состоять из 99,9999% чистого кремния, что требует дорогого и сложного процесса изготовления — с каждым вафля 30 сантиметров стоимостью более 20 тысяч долларов США для таких компаний, как Intel.

Далее будет представлен процесс изготовления отдельного транзистора, так как дидактически представить построение всех процедур одновременно невозможно. Однако методика построения процессора 2 Core Duo предполагает создание 291 миллиона таких транзисторов.

Первая часть процесса состоит из окисления верхнего слоя вафля (1), превращая его в диоксид кремния (2), и, исходя из этого, эта поверхность станет основой для конструкции транзистора, который будет составлять процессор. Затем будет нанесен слой светочувствительного материала (3) и будет проведен процесс литографии, который состоит в испускании ультрафиолетового света на некоторых участках поверхности — этот рисунок различен для каждого процессора из-за конструкции, которая должна получить.

После воздействия света в литографии детали превратятся в желеобразное вещество, которое будет удалено с помощью химической ванны, оставив слои экспонированных областей диоксида кремния, а другие останутся покрытыми оставшимся светочувствительным слоем (4). Следующим шагом является новая химическая ванна различных соединений для удаления незащищенных частей диоксида кремния, оставляя только то, что имеет слой, прошедший литографию сверху (5) и, наконец, удаляется оставшаяся светочувствительная часть, оставляя только Слой диоксида кремния необходим при проектировании конструкции.

В процессе до сих пор был сделан транзисторный слой. Однако обычно транзистор имеет несколько слоев в зависимости от его сложности, поэтому начинается строительство его второго слоя (7), который снова покрывается диоксидом кремния и сохраняет дизайн, ранее сделанный под ним. Предыдущий процесс повторяется для процессов изображения в тексте 8, 9, 10 и 11 с нанесением светочувствительного слоя и удалением химической ванной, оставляя необходимый диоксид кремния.

В середине этого процесса есть стадия введения примесей (12), которыми являются ионы. Это будет необходимо для вафля кремния становится проводящим материалом, и эти ионы будут прилипать только к слою, экспонированному в предыдущем процессе со слоями диоксида кремния. Следующим шагом является нанесение третьего слоя с использованием тех же предыдущих концепций на изображениях 13, 14, 15 и 16.

Наконец, процесс почти завершен после вашего третьего слоя со сложной структурой. Затем с помощью передовой технологии наносится тонкий слой металла толщиной всего 3 атома (17) и, наконец, снова выполняется процесс литографии для удаления ненужных частей в конце процесса (18).

Весь этот сложный процесс осуществляется одновременно на тысячах транзисторов, которые будут составлять внутреннюю структуру нашего процессора, а в реальном производстве используются маски, содержащие все компоненты процессора с построением их слоев и, в конце задачу процессор будет выполнять со всей ее сложностью.

миниатюризация

Технологической отрасли удалось увеличить мощность процессоров без увеличения их физических размеров благодаря нанотехнологиям. Нанотехнология — это отрасль науки, которая фокусируется на предметах нанометрового размера. Нанометр равен одной миллионной миллиметра, а микрон равняется одной тысячной миллиметра.

С помощью нанотехнологий транзисторы на чипах можно делать все меньше и меньше. Например, процессор Intel 486 в нем было около 1 миллиона транзисторов размером около 1 микрона. Новейшие процессоры, такие как Intel Core Duo 2, имеют около 291 миллиона транзисторов с технологией производства 0,045 микрона (45 нанометров).

Технологическая индустрия столкнется с физическим пределом, когда будет невозможно дальнейшее уменьшение транзисторов, которые уже будут состоять из нескольких атомов. Тем не менее, уже проводятся исследования, направленные на поиск решения этой проблемы. Один из них — квантовые вычисления, которые не только преодолевают физические ограничения классических процессоров, но и могут произвести революцию в вычислениях в целом.

Инкапсуляция и определение моделей

После того, как процесс литографии и создание процессора будут завершены, каждая из частей будет протестирована с помощью электрических датчиков, что позволит подать питание на каждое ядро. О вафля затем он будет разрезан в процессе, известном как «перетасовки«происходить инкапсуляция каждого процессора с маркировкой и разными моделями и семействами.

Любопытно, что в целом производителям нравится AMD e Intel поддерживать производственную линию для каждого процессора и их различия между ними в качестве Core Duo 2.4 ГГц и Core Duo Частота 2.96 ГГц обусловлена ​​вариациями, которые могут возникнуть на производственной линии. Затем выполняется процесс идентификации этих различий, чтобы адаптировать каждый процессор к идентификации с его собственными спецификациями.

И вот с процессором наконец покончено. Вам был интересен этот процесс? Напишите нам в комментариях!

Текст проверен: Дасио Каштелу Бранко

См. также

Как отслеживать активность контактов в WhatsApp

источник: Аппаратные средства, Полупроводники: основы, методы и приложения e Компьютерная организация и дизайн: аппаратно-программный интерфейс.