Како су ЦПУ заправо направљени?

Иако начин на који процесори раде може изгледати као магија, то је резултат деценија паметног инжењеринга. Како се транзистори — грађевни блокови сваког микрочипа — смањују до микроскопских размера, начин на који се производе постаје све компликованији.

Фотолитографија

Транзистори су сада толико невероватно мали да произвођачи не могу да их направе уобичајеним методама. Док прецизни стругови, па чак и 3Д штампачи могу да направе невероватно замршене креације, они обично достижу максималну прецизност (то је око један тридесетхиљадити део инча) и нису погодни за нанометарске размере на којима се граде данашњи чипови.

Фотолитографија решава овај проблем тако што уклања потребу да се веома прецизно померају компликоване машине. Уместо тога, користи светлост за урезивање слике на чип—као старински графоскоп који можете наћи у учионицама, али обрнуто, смањујући шаблон до жељене прецизности.

Слика се пројектује на силицијумску плочицу, која се машински обрађује са веома високом прецизношћу у контролисаним лабораторијама, јер свака појединачна мрља прашине на плочици може значити губитак хиљада долара. Облатна је обложена материјалом који се зове фоторезист, који реагује на светлост и испире се, остављајући нагризање ЦПУ-а које се може попунити бакром или допиране за формирање транзистора. Овај процес се затим понавља много пута, изграђујући ЦПУ слично као што би 3Д штампач стварао слојеве пластике.

Проблеми са фотолитографијом нано-размера

Није важно да ли можете да смањите транзисторе ако они заправо не раде, а технологија нано-размера наилази на много проблема са физиком. Транзистори би требало да зауставе проток електричне енергије када су искључени, али постају толико мали да електрони могу да протичу право кроз њих. Ово се зове квантно тунелирање и представља огроман проблем за силицијумске инжењере.

  Како играти Субнаутица на Линуку

Дефекти су још један проблем. Чак је и фотолитографија ограничена на своју прецизност. То је аналогно мутној слици са пројектора; није баш тако јасно када се разнесе или смањи. Тренутно, ливнице покушавају да ублаже овај ефекат коришћењем „екстремно” ултраљубичасто светло, много веће таласне дужине него што људи могу да перципирају, користећи ласере у вакуумској комори. Али проблем ће и даље постојати како величина буде мања.

Дефекти се понекад могу ублажити процесом који се зове биннинг—ако квар погоди језгро ЦПУ-а, то језгро је онемогућено, а чип се продаје као доњи део. У ствари, већина линија ЦПУ-а се производи по истом нацрту, али имају онемогућена језгра и продају се по нижој цени. Ако квар удари у кеш меморију или другу битну компоненту, тај чип ће можда морати да буде избачен, што ће резултирати нижим приносом и скупљим ценама. Новији процесни чворови, као што су 7нм и 10нм, имаће веће стопе кварова и као резултат тога биће скупљи.

Паковање

Паковање ЦПУ-а за потрошачку употребу је више од самог стављања у кутију са мало стиропора. Када је ЦПУ готов, и даље је бескористан осим ако се не може повезати са остатком система. Процес „паковања“ се односи на методу где је деликатна силиконска матрица причвршћена за ПЦБ коју већина људи сматра „ЦПУ“.

Овај процес захтева велику прецизност, али не толико као претходни кораци. ЦПУ матрица је монтирана на силиконску плочу, а електричне везе се покрећу до свих пинова који долазе у контакт са матичном плочом. Модерни процесори могу имати хиљаде пинова, а врхунски АМД Тхреадриппер их има 4094.

  НОТЕифи Правите белешке током телефонских позива и управљајте контактима

Пошто ЦПУ производи много топлоте, а такође треба да буде заштићен са предње стране, „интегрисани распршивач топлоте“ је монтиран на врху. Ово остварује контакт са матрицом и преноси топлоту на хладњак који је монтиран на врху. За неке ентузијасте, термална паста која се користи за стварање ове везе није довољно добра, што доводи до тога да људи делиддинг њихових процесора да применимо више премијум решење.

Када се све састави, може се упаковати у стварне кутије, спремне да дођу на полице и да се уметну у ваш будући рачунар. С обзиром на то колико је производња сложена, чудо је да већина процесора кошта само неколико стотина долара.

Ако сте радознали да сазнате још више техничких информација о томе како се ЦПУ праве, погледајте Викичипова објашњења о процеси литографије и микроархитектуре.