Mavzu: protsessorlar ularning strukturalari va turlari

2.2.Zamonaviy mikroprotsessorlar inson tomonidan yaratilgan eng murakkab qurilma.
Zamonaviy mikroprotsessorlar inson tomonidan yaratilgan eng murakkab qurilmalar sirasiga kiradi. Yarimo'tkazgichli kristallni ishlab chiqarish, aytaylik, ko'p qavatli binoning qurilishi yoki yirik ko'rgazma tadbirini tashkil qilishdan ko'ra ko'proq resurs talab qiladi. Biroq, protsessorni pul ko'rinishida ommaviy ravishda chiqarilishi tufayli biz buni sezmaymiz va tizim blokining ichida bunday taniqli joyni egallab turgan elementlarning ulug'vorligi haqida hech kim o'ylamaydi. Protsessorlar ishlab chiqarish tafsilotlarini o'rganishga va ushbu materialda ular haqida aytib berishga qaror qildik. Yaxshiyamki, bugungi kunda Internetda ushbu mavzu bo'yicha etarli ma'lumotlar mavjud va Intel korporatsiyasining taqdimotlari va slaydlarining ixtisoslashtirilgan tanlovi sizga vazifani iloji boricha aniqroq bajarishga imkon beradi. Yarimo'tkazgichlar sanoatining boshqa gigantlari korxonalari bir xil printsip asosida ishlaydi, shuning uchun biz barcha zamonaviy mikrosxemalar bir xil yaratilish yo'lidan o'tganini ishonch bilan ayta olamiz.
Ta'kidlash kerak bo'lgan birinchi narsa protsessorlar uchun qurilish materiallari. Kremniy kisloroddan keyin sayyoradagi ikkinchi boy elementdir. Bu tabiiy yarimo'tkazgichdir va barcha turdagi mikrosxemalarni chiplarini ishlab chiqarish uchun asosiy material sifatida ishlatiladi. Silikonning katta qismi oddiy qumda (ayniqsa kvartsda) kremniy dioksidi (SiO2) shaklida bo'ladi.
Biroq, kremniy yagona material emas. Uning eng yaqin qarindoshi va o'rnini bosuvchisi germaniydir, ammo ishlab chiqarishni takomillashtirish jarayonida olimlar boshqa elementlarning birikmalarida yaxshi yarimo'tkazuvchanlik xususiyatlarini aniqlaydilar va ularni amalda sinab ko'rishga tayyorlanmoqdalar yoki allaqachon qilmoqdalar.
1 Silikon ko'p bosqichli tozalash jarayonini boshidan kechirmoqda: mikrosxemalar uchun xom ashyo milliardlab bitta yadroviy atomga qaraganda ko'proq aralashmalarni o'z ichiga olmaydi.
2 Silikon maxsus idishda eritiladi va ichidagi doimiy sovutilgan aylanadigan novdani tushirish orqali, sirt taranglik kuchi tufayli unga «o'raladi».
3 Natijada, har birining og'irligi taxminan 100 kg bo'lgan dairesel tasavvurlar uzunlamasına ignabargli (bitta kristall) olinadi.
4 Ish qismi alohida silikon disklarga - yuzlab mikroprosessorlar joylashtiriladigan gofretlarga bo'linadi. Ushbu maqsadlar uchun olmos chiqib ketish disklari yoki sim-abraziv mashinalari ishlatiladi.
5 Barcha sirt kamchiliklarini bartaraf etish uchun substratlar oyna qoplamasiga sayqallanadi. Keyingi qadam eng nozik fotopolimer qatlamini qo'llashdir.
6 Davolangan substrat qattiq UB nuriga duchor bo'ladi. Fotosopolimer qatlamida kimyoviy reaktsiya sodir bo'ladi: yorug'lik ko'plab trencillardan o'tib, CPU qatlamlarining naqshlarini takrorlaydi.
7 Amaliy rasmning haqiqiy hajmi haqiqiy stencildan bir necha baravar kichikroq.
8 Radiatsiya ta'siriga uchragan joylar yuviladi. Silikon substratda naqsh hosil bo'ladi, keyinchalik u mahkamlanadi.
9 Bir qatlam ishlab chiqarishda keyingi bosqich ionlashdir, uning davomida polimersiz kremniyli hududlar ionlar bilan bombardimon qilinadi.
10 Ular urgan joylarda elektr o'tkazuvchanlik xususiyatlari o'zgaradi.
11 Qolgan polimer olib tashlandi va tranzistor deyarli tugadi. Teshiklar izolyatsion qatlamlarda amalga oshiriladi, ular kimyoviy reaktsiya tufayli aloqalar sifatida ishlatiladigan mis atomlari bilan to'ldiriladi.
12 Tranzistorlarning ulanishi ko'p darajali o'tkazgichdir. Agar siz mikroskop orqali ko'rsangiz, kristall va kremniy atomlarida ko'plab metall o'tkazgichlarni yoki ularning orasiga o'rnatilgan zamonaviy almashtirgichlarni ko'rishingiz mumkin.
13 Tayyor substratning bir qismi birinchi funktsional sinovdan o'tadi. Ushbu bosqichda tanlangan har bir tranzistorga oqim beriladi va avtomatlashtirilgan tizim yarimo'tkazgich parametrlarini tekshiradi.
14 Substrat eng yaxshi chiqib ketish g'ildiraklaridan foydalangan holda alohida qismlarga kesiladi.
15 Ushbu operatsiya natijasida olingan yaxshi kristallar protsessorlarni ishlab chiqarishda qo'llaniladi va nuqsonlari chiqindilarga yuboriladi.
16 Protsessor tayyorlanadigan alohida blok CPU bazasi va issiqlik tarqaladigan qopqoq va "qadoqlangan" o'rtasida joylashtiriladi.
17 Yakuniy sinov jarayonida tugallangan protsessorlar kerakli parametrlarga muvofiqligi tekshiriladi va shundan keyingina saralanadi. Olingan ma'lumotlarga asoslanib, mikrokod ularga ulanadi, bu tizimga protsessorni to'g'ri aniqlash imkonini beradi.
18 Tayyor qurilmalar qadoqlanib, bozorga yuboriladi.
"Silikon vodiysi" (Silikon vodiysi, AQSh, Kaliforniya)
U o'z nomini mikrochiplarni ishlab chiqarishda ishlatiladigan asosiy elementdan oldi.
Nima uchun protsessor plitalari yumaloq? - deb so'rarsiz.
Silikon kristallarini ishlab chiqarish uchun faqat silindrsimon blankalarni olishga imkon beradigan texnologiya qo'llaniladi, keyinchalik ular bo'laklarga bo'linadi. Hozirga qadar hech kim nuqsonlardan xalos bo'lgan kvadrat plastinka ishlab chiqara olmadi.
Nima uchun mikrochips kvadrat
Signal liniyalariga qo'shimcha ravishda, har bir protsessor ishlashi uchun barqaror quvvat manbai kerak.
Har bir plastinka qalinligi taxminan 1 mm. Plastinka ideal sirtga ega bo'lishi uchun, ip bilan kesilganidan so'ng, u maxsus maydalagich bilan erga tortiladi.
Shundan so'ng, silikon gofretning yuzasi mukammal tekis bo'ladi. Aytgancha, ko'plab ishlab chiqarish kompaniyalari allaqachon 450 mm plitalar bilan ishlash imkoniyati haqida e'lon qilishdi. Sirt qanchalik katta bo'lsa, tranzistorlar joylashishi va protsessorning ishlashi qanchalik yuqori bo'ladi.
Markaziy protsessor silikon gofretdan iborat bo'lib, uning yuzasida izolyatsiya uchun oksid qatlamlari bilan ajratilgan to'qqiztagacha tranzistorlar mavjud.
Protsessor texnologiyasini ishlab chiqish
Gordon Mur, Intel asoschilaridan biri, dunyodagi protsessorlar ishlab chiqarishda etakchilardan biri bo'lib, 1965 yilda o'zining kuzatuvlari asosida vaqtni teng vaqt oralig'ida yangi protsessorlar va mikrosxemalar paydo bo'lishini aniqladi. Protsessorlardagi tranzistorlar sonining o'sishi 2 yil ichida taxminan 2 baravar o'smoqda. 40 yil davomida Gordon Mur qonuni buzilishsiz ishlamoqda. Kelajakdagi texnologiyalarni o'zlashtirish - bu burchak atrofida - 32 nm va 22 nm protsessor texnologiyalari asosida allaqachon ishlaydigan prototiplar mavjud. 2004 yil o'rtalariga qadar protsessor kuchi asosan protsessor chastotasiga bog'liq edi, ammo 2005 yildan boshlab protsessor chastotasi deyarli o'sishni to'xtatdi. Ko'p yadroli protsessor uchun yangi texnologiya mavjud. Ya'ni, soat chastotasi teng bo'lgan bir nechta protsessor yadrolari yaratiladi va ish paytida yadrolarning kuchi birlashtiriladi. Bu umumiy protsessor quvvatini oshiradi.
Quyida protsessor ishlab chiqarish haqida videoni tomosha qilishingiz mumkin.
Katta narsalar kichikdan boshlanadi. Ushbu bayon ko'p narsalarga to'g'ri keladi, ammo ushbu maqola sizni atrofingizdagi turli xil maishiy texnika bilan to'ldirilgan, smartfonlardan muzlatgichgacha bo'lgan mikroprotsessorlarning ishlab chiqarilishi haqida gapiradi.
Xom ashyoni tayyorlash
Bir zumda hisob-kitoblarni amalga oshirishga qodir bo'lgan eng murakkab tuzilishga ega kompyuter chiplari ko'p bosqichli tozalashdan o'tgan qum bilan to'ldirilgan ulkan kvartsli shisha xaltalarda tug'ildi.
Birinchidan, "texnik" kremniy yuqori haroratda mineralga uglerod qo'shib, ba'zi karerlarda to'plangan qumdan olinadi. Olingan kremniy 98% tozaligiga etadi, ammo hali ham elektronika sanoatida foydalanish uchun yaroqsiz va "elektron kremniy" ga aylanishi uchun qo'shimcha xlor bilan ishlov berishni talab qiladi. Xlor bilan kimyoviy reaktsiyalar kaskadida kremniy deyarli yangi sintezlanadi va oxirgi ifloslanish belgilaridan xalos bo'ladi.
Shundan keyingina argon bilan to'ldirilgan muhrlangan o'choqqa joylashtirilgan eng toza elektron kremniy bilan mixlangan. Albatta, undan havoni evakuatsiya qilish mumkin edi, lekin er yuzida ideal vakuumni yaratish juda qiyin, agar iloji bo'lmasa va kimyoviy nuqtai nazardan, argon deyarli bir xil samara beradi. Bu inert gaz kislorodni almashtiradi, tarkibni oksidlanishdan saqlaydi va o'zi kremniy bilan reaksiyaga kirishmaydi.
Shundan keyingina, avvalgi qum 1420 darajaga qadar qiziydi, bu uning erish nuqtasidan atigi 6 daraja yuqori. Buning uchun grafit isitgich ishlatiladi. Materialni tanlash, hal qiluvchi kvarts singari, grafitning kremniy bilan reaktsiyaga kirishmasligi va shuning uchun kelajakdagi protsessor materialini ifloslantirmasligi mumkin.
Qalamning o'lchami va shakli yupqa kremniy urug'i kristalli qizdirilgan chig'anoqqa tushiriladi. U kristallanish jarayonini boshlashi kerak. Qolganlarini uyda tuz, shakar, limon kislotasi yoki, masalan, mis sulfat eritmasi bilan ko'paytirish mumkin. Sovutish eritmasi urug 'nuqtasi atrofida kristallanib, ideal molekulyar panjarani hosil qiladi. Tuz kristallari qanday o'sadi va kremniy o'sadi.
Silikon urug'i kristalli asta-sekin kristalldan daqiqada bir yarim millimetr tezlikda ko'tariladi va shu bilan o'sib borayotgan bitta kristall eritmadan ko'tariladi. Kristall o'sishi sekin va o'rtacha har bir kishiga o'rtacha 26 soatni tashkil etadi, shuning uchun ishlab chiqarish kun davomida ishlaydi.Bu vaqt ichida "bula" hosil bo'ladi - diametri 300 mm, uzunligi 1-2 metrgacha va og'irligi taxminan 100 kilogramm bo'lgan ajralmas silindrsimon kristal. Agar siz unga kuchli kattalashtirish orqali qarasangiz, qat'iy tuzilmani ko'rasiz - kremniy atomlaridan tashkil topgan ideal kristall panjara, butun hajm bo'ylab mutlaqo bir xil.
Kristal shunchalik kuchliki, uning og'irligi atigi 3 millimetr bo'lgan ipga bardosh bera oladi. Shunday qilib, protsessorlar uchun tayyor ish qismi urug 'kristalli yordamida qisqichdan chiqariladi.
Biroq, "bula" antik vaza bilan emas, balki ehtiyotkorlik bilan ishlov beradi, kristal juda katta valentlik ta'siriga bardosh bera oladi, ammo juda mo'rt.
Kristalning tozaligini va molekulyar panjaraning to'g'riligini tekshirish uchun kimyoviy va rentgen tekshiruvidan so'ng, ish qismi silikon chiqib ketish mashinasiga joylashtirilgan. U kristalni olmos bilan qoplangan sim arra yordamida 1 millimetr qalinlikdagi gofretlarga sepadi.
Albatta, zararisiz to'liq bo'lmaydi. Arra qanchalik aniq bo'lmasin, kesilganidan keyin plitalar yuzasida mikroskopik nuqsonlar qoladi. Shunday qilib, dilimlash polishing bosqichi bilan amalga oshiriladi.
Ammo kuchli silliqlash mashinasida ishlov berilgandan keyin ham, silikon gofretlar hali ham mikrochiplarni ishlab chiqarish uchun ishlatilishi uchun etarlicha silliq emas. Shuning uchun, abraziv kimyoviy moddalar yordamida qayta-qayta takrorlanadi.
Natijada, oyna qo'pol zımpara bilan taqqoslanadigan sirt. Bunday plastinka tanaffuslarsiz va mikdefektlarsiz mikrosxemani tashkil etadigan millionlab mikroelektron qurilmalar uchun asos bo'ladi. Yopiq idishlarda odatda "gofret" yoki "gofret" deb nomlangan changsiz, silikon disklar toza xonaga yuboriladi.


Xulosa
Protsessorlar ishlab chiqarish uchun faqat eng yuqori tozaligi bo'lgan kremniy mos keladi. Blankalar maxsus kimyoviy moddalar bilan tozalanadi.
Shunday qilib, Intel Atom protsessorining qancha qismi nobud bo'ladi (zamonaviy protsessorlar orasida eng kam joy) 300 mmli bitta gofretga joylashtirilgan.
Har yili fabrikalardan mikchiplarning tarkibiy elementlari ko'rinishidagi yuz kvintillion tranzistorlar yuboriladi. Bu sayyoradagi chumolilarning taxminiy sonidan 100 baravar ko'pdir.Bir protsessorda bitta tranzistorni ishlab chiqarish qiymati bugungi kunda bitta harfni gazetada chop etish narxiga teng.
Maqolani tayyorlash jarayonida Intel korporatsiyasining rasmiy veb-saytidagi materiallar ishlatilgan, www.intel.ua.Markaziy protsessor bu har qanday zamonaviy kompyuterning yuragi. Har qanday mikroprotsessor aslida tranzistorlar joylashgan keng ko'lamli integral sxemadir. Elektr tokini o'tkazib, tranzistorlar sizga ikkilik mantiqiy (yoqilgan) hisoblarni yaratishga imkon beradi. Zamonaviy protsessorlar 45 nm texnologiyaga asoslangan. 45nm (nanometr) - bu protsessor plastinkasida joylashgan bitta tranzistorning o'lchami. Yaqin vaqtgacha 90 nm texnologiyasi asosan ishlatilgan.Plitalar kremniydan yasalgan bo'lib, u er qobig'ida ikkinchi o'rinda turadi.Silikon kimyoviy ishlov berish orqali olinadi, uni nopoklikdan tozalaydi. Shundan so'ng, u 300 millimetr diametrli silikon silindrni hosil qilib, eriy boshlaydi. Keyin bu silindr olmos ip bilan plitalarga kesiladi.