Feladva 2016. július 06. • 20:00

processzor

A mikroprocesszorok vagy egyszerűen processzorok a számítógépes rendszer központi részét képezik, és annak legösszetettebb részét. A CPU felelős az eszköz összes adatának feldolgozásáért, az operációs rendszertől a programokig, aritmetikai és logikai műveletek használata bináris kóddal. Ezért ismerik a számítógép "agyaként".

A processzor általában négyzet alakú, és kb. 3,75 cm az oldalán mindegyikben, ha asztali számítógépen a legújabb Intel Skylake-ről beszélünk, vagy olyan kicsi, mint a legújabb Apple A9, 0,87 cm hosszú és 1,07 cm magas. Nemrég beszéltünk róla hogyan alakultak a félvezető gyártási méretei a 10 000 nm-es Intel 4004 létrehozása óta a jelenlegi 14 nm-re és az 5 nm-re, amelyet 2020-ban elérünk.

De mi ezeknek a processzoroknak a gyártási folyamata?

Egy normál vállalat számára nagyon nehéz processzort gyártani, mivel a gyártási folyamat nagyon összetett és ehhez szükséges létesítmények szükségesek szigorú tisztítási kezelőszervek és nagy pontosságú robotok, Mivel a gyártási folyamat apró hibája tönkreteheti az egész processzort. szerencsére, vannak olyan vállalatok, amelyek elkötelezettek a gyártásuk iránt, és rendelkeznek minden szükséges eszközzel, mint például az Intel, az AMD, a Samsung, a Global Foundries vagy a TSMC. Ez utóbbi feladata lesz az iPhone 7 Apple A10 gyártása.

Homok, de tiszta

Az egész egy nagyon bőséges komponenssel kezdődik a Földön. A homok. Nem a homokot találjuk a tengerparton, hanem egy tisztább többnyire szilícium-dioxidból áll, amelyet több ezer fokos hőmérsékletre melegítenek és különféle kémiai folyamatoknak vetik alá a tiszta szilícium megszerzéséhez. Az eredmény gyakorlatilag tiszta szilíciumhenger.

Ezt a hengert ostyákra vágják, amelyeket később csiszolnak, és amelyekre fényérzékeny vegyszert alkalmaznak. A sablonon keresztül vetített ultraibolya fény segítségével, a kocsi analóg fényképészeti fejlődéséhez hasonló folyamaton keresztül, az áramkört az ostyára vetítik a processzor alakjában, amelyet a gyártó tervezett. Ez a folyamat több százszor megismételhető ugyanazon az ostyán, mivel ezek átmérője kb. 90 cm lehet., és több száz CPU színezett rajzát tartalmazhatja.

Szilícium és réz, a kulcs

Az ostyákat elszíneződve olyan oldószerbe mártjuk, amely csak a standardot hagyja vegyszer nélkül. Egy gép vési a mintát az ostyára, és folytatja az ionokkal való bombázást, amelyek energiával töltött atomok, amelyek a szilíciumba ágyazódnak, az áramvezetés módjának megváltoztatása és ezáltal tranzisztorok létrehozása. A szilícium ezen tulajdonságának köszönhető, amely érzékennyé teszi az ionok iránt, ezért használják az iparban.

Az ebből a folyamatból származó tranzisztorok kis kapcsolóként működnek, amelyek "igen vagy nem", vagy inkább, nullák és egyek között, lehetővé téve a processzor számára, hogy bináris kódban fogadja az utasításokat és feldolgozza azokat. Ez az alapja a jelenlegi processzoroknak.

Visszatérve a gyártási folyamatra, a következő lépés az, hogy ezeket a tranzisztorokat összekapcsoljuk egymással. Ehhez nagyon kicsi rézkábeleket használnak ugyanazzal a folyamattal, amellyel a festő és metsző tranzisztorokat létrehozzák. Annak megakadályozása érdekében, hogy ne érintkezzenek egymással, ez a folyamat rétegeken keresztül történik. Ezeknek a kábeleknek és tranzisztoroknak az elrendezése az úgynevezett architektúra, akinek kereskedelmi nevét mindannyian hallottuk az ügyben Skylake vagy Broadwell az Intel-lel, vagy AM az AMD esetében.

Vizsgálat és csomagolás

A kapott áramkört tesztelik, és ha megfelelően működik, akkor úgy vannak csomagolva, hogy a tetején legyen maradjon fémhéj, ami kapcsolatba lép vele mosogató hőpasztával, és egy alsó áramkör, amely kapcsolatba lép az alaplap aljzatával.

Korábban a nyársak magukban a CPU csomagban voltak, de a hajlítás és a felesleges szenvedések elkerülése érdekében ezeket megváltoztatták, és most beépítik az alaplapba. Csak le kell dobnia a chipet, hogy elférjen.

A jövőre nézve kvantum számítógépeket vizsgálnak, ahelyett, hogy olyan biteket használnának, amelyek 1 vagy 0 értéket vehetnek fel, míg a kvantumszámításban a processzorok egyszerre vehetik fel mindkét értéket, amelyek nagyobb számú kvittel együtt, ezerszer nagyobb feldolgozási kapacitás érhető el.

A szilícium fizikai korlátokkal rendelkezik, amelyek valószínűleg Moore törvényének felső határát szabják, amint egyre közelebb kerülünk ahhoz, hogy elérjük a kis tranzisztorok határát. Vagy kvantum számítógépekkel, vagy grafénnel, vagy fényalapú folyamatokkal a jövőben nagyon valószínű, hogy a szilíciumot 10 évnél nem hosszabb idő alatt cserélik ki.