Публикувано на 06 юли 2016 г. • 20:00
Микропроцесорите или просто процесорите са централната част на компютърната система и най-сложната част от нея. Процесорът е отговорен за обработката на всички данни на дадено устройство, от операционната система до програмите, използване на аритметични и логически операции с двоичен код. Ето защо е известен като „мозъкът“ на компютъра.
Процесорът обикновено има квадратна форма, и има около 3,75 см страна във всеки от тях, ако говорим за най-новия Intel Skylake на настолен компютър или толкова малък, колкото най-новия Apple A9, с 0,87 см дължина х 1,07 см височина. Наскоро говорихме за как са се развили производствените размери на полупроводници от създаването на 10 000 nm Intel 4004 до сегашните 14 nm и 5 nm, които ще достигнем през 2020 г.
Но от какво се състои производственият процес на тези процесори?
За нормална компания е наистина трудно да се произведе процесор, тъй като производственият процес е наистина сложен и изисква съоръжения, на които се подлага строг контрол на почистването и високо прецизни роботи, Тъй като една малка грешка в производствения процес може да съсипе целия процесор. За щастие, има компании, посветени на производството им, които разполагат с всички необходими съоръжения, като Intel, AMD, Samsung, Global Foundries или TSMC. Последният ще отговаря за производството на Apple A10 на iPhone 7.
Пясък, но чист
Всичко започва с много богат компонент на Земята. Пясъкът. Не пясъкът, който откриваме на плажа, а по-чист съставен предимно от силициев диоксид, който се нагрява до хиляди градуси температура и се подлага на различни химични процеси за да се получи чист силиций. Резултатът е практически чист силициев цилиндър.
Този цилиндър се нарязва на вафли, които по-късно се полират и върху които се прилага фоточувствителен химикал. С помощта на ултравиолетова светлина, която се прожектира през шаблон, чрез процес, подобен на аналоговото фотографско развитие на количка, веригата се проектира върху пластината под формата на процесор, който е проектирал производителят. Този процес може да се повтори стотици пъти на една и съща вафла, тъй като те могат да имат приблизителен размер около 90 cm в диаметър, и може да съдържа тониран чертеж на стотици процесори.
Силиций и мед, ключът
След като се оцветят, вафлите се потапят в разтворител, който оставя само стандарта без никакви химикали. Машина гравира шарката върху вафлата, и продължава да бомбардира с йони, които са заредени с енергия атоми, които са вградени в силиция, промяна на начина, по който те провеждат електричество и по този начин създават транзистори. Благодарение на това свойство на силиция, което го прави чувствителен към йони, той се използва в индустрията.
Транзисторите, получени в резултат на този процес, са тези, които действат като малки превключватели, които могат да приемат стойности на „да или не“, или по-скоро, между нули и единици, позволявайки на процесора да получава инструкции в двоичен код и да ги обработва. Това е основата на настоящите процесори.
Връщайки се към производствения процес, следващата стъпка е да свържете тези транзистори един с друг. За целта се използват малки медни проводници със същия процес, по който се създават транзистори за боядисване и офорт. За да им се предотврати контакт помежду им, този процес се извършва чрез слоеве. Начинът, по който са подредени тези кабели и транзистори, е известният като архитектура, чиито търговски имена всички сме чували в случая Skylake или Broadwell с Intel, или Zen в случая на AMD.
Тестване и опаковане
Получената схема е тествана и ако работи правилно, те са опаковани така, че отгоре годен метален корпус, кой е този, който осъществява контакт с него мивка чрез използване на термо паста, и долна верига, която осъществява контакт с гнездото на дънната платка.
В миналото шиповете се намираха в самия пакет на процесора, но за да се избегнат огъвания и ненужни страдания, те бяха променени и сега са интегрирани в дънната платка. Просто трябва да пуснете чипа, за да се побере.
С поглед към бъдещето се изследва в квантовите компютри, че вместо да използват битове, които могат да приемат стойност 1 или 0, докато при квантовите изчисления процесорите могат да приемат и двете стойности едновременно, което заедно с по-голям брой кубити, могат да бъдат постигнати хиляди пъти по-голям капацитет за обработка.
Силицийът има физически ограничения, които вероятно са тези, които поставят тавана на закона на Мур, тъй като се приближаваме до достигане на границата на това колко малки транзистори могат да бъдат. Или чрез квантови компютри, или графен, или процеси, базирани на светлина, в бъдеще много вероятно е силиконът да бъде заменен за време, което не надвишава 10 години.