Хотя способ работы процессора может показаться волшебством, это результат десятилетий умной инженерии. По мере того, как транзисторы, строительные блоки любого микрочипа, уменьшаются до микроскопических размеров, способ их производства становится все более сложным.
Фотолитография
Транзисторы теперь настолько невероятно малы, что производители не могут создавать их обычными методами. Хотя прецизионные токарные станки и даже 3D-принтеры могут создавать невероятно сложные творения, обычно они на микрометровом уровне точности (около одной тридцатитысячной дюйма) и не подходят для нанометровых масштабов, на которых строятся современные чипы.
Фотолитография решает эту проблему, устраняя необходимость перемещать сложные машины вокруг очень точно. Вместо этого он использует свет, чтобы вытравить изображение на чипе, подобно старинному диапроектору, который вы можете найти в классах, но наоборот, уменьшая трафарет до желаемой точности.
Изображение проецируется. на кремниевую пластину, которая обрабатывается с очень высокой точностью в контролируемых лабораториях, поскольку любая пылинка на пластине может означать потерю тысяч долларов. Пластина покрыта материалом, называемым фоторезистом, который реагирует на свет и смывается, оставляя гравировку ЦП, которую можно заполнить медью или допинг для формирования транзисторов. Затем этот процесс повторяется много раз, увеличивая нагрузку на ЦП, подобно 3D-принтеру. будет создавать слои пластика.
Проблемы с наноразмерной фотолитографией
Неважно, сможете ли вы уменьшить размер транзисторов, если они на самом деле не работают, а нанотехнология сталкивается с множеством проблем с физика. Транзисторы должны останавливать поток электричества, когда они выключены, но они становятся настолько маленькими, что электроны могут течь прямо через них. Это называется квантовым туннелированием и представляет собой серьезную проблему для разработчиков микросхем.
Еще одна проблема — дефекты. Даже фотолитография имеет предел своей точности. Это похоже на размытое изображение с проектора; это не так ясно, когда он взорван или сжался. В настоящее время литейщики пытаются смягчить этот эффект, используя «экстремальное» ультрафиолетовое излучение, длина волны которого намного выше, чем может воспринимать человек. с помощью лазеров в вакуумной камере. Но проблема будет сохраняться по мере уменьшения размера.
Иногда дефекты можно устранить с помощью процесса, называемого биннингом. Если дефект затрагивает ядро ЦП, это ядро отключается, а чип продается как нижняя концевая часть. На самом деле, большинство линеек процессоров производятся по одному и тому же плану, но имеют отключенные ядра и продаются по более низкой цене. Если дефект касается кэш-памяти или другого важного компонента, этот чип, возможно, придется выбросить, что приведет к снижению производительности и повышению цены. Новые технологические узлы, такие как 7 нм и 10 нм, будет иметь более высокий процент брака и, как следствие, будет дороже.
Упаковка
Упаковать ЦП для использования потребителем — это больше, чем просто положить его в коробку с пенополистиролом. Когда ЦП закончен, он по-прежнему бесполезен, если он не может подключиться к остальной части системы. Процесс «упаковки» относится к методу, при котором тонкий кремниевый кристалл прикрепляется к печатной плате, которую большинство людей называют «процессором».»
Этот процесс требует большой точности, но не такой высокой, как предыдущие этапы. Кристалл ЦП монтируется на кремниевую плату, и ко всем контактам, которые соприкасаются с микросхемой, подключаются электрические соединения. Современные ЦП могут иметь тысячи контактов, а у высокопроизводительного AMD Threadripper их 4094.
Поскольку ЦП выделяет много тепла и должен быть защищен спереди, «встроенный теплораспределитель» установлен сверху. Он контактирует с кристаллом и передает тепло кулеру, установленному сверху. Для некоторых энтузиастов термопаста, используемая для этого соединения, недостаточно хороша, что приводит к тому, что люди отказываются от своих процессоров для применения более премиального решения.
После того, как все будет установлено вместе они могут быть упакованы в настоящие коробки, готовые попасть на полки и быть вставленными в ваш будущий компьютер. стоят всего пару сотен долларов.
