Kum Nasıl Silikon Olur? CPU Üretimi Açıklaması

Dünya bilgi üzerinde çalışıyor ve insanlık günde tahmini 2,5 milyon terabayt veri üretiyor. Bununla birlikte, tüm bu veriler, onları işleyemediğimiz sürece işe yaramaz, bu nedenle, tartışmalı olarak, modern dünyanın onsuz yaşayamayacağı şeylerden biri de işlemcilerdir.

Ama bir işlemci nasıl yapılır? Neden modern bir mucize? Bir üretici bu kadar küçük bir pakete milyarlarca transistörü nasıl sığdırabilir? Dünyanın en büyük çip üreticilerinden biri olan Intel'in kumdan nasıl CPU oluşturduğuna derinlemesine bakalım.

Kumdan Silikon Çıkarma

Herhangi bir işlemcinin temel bileşeni olan silikon, çöl kumundan çıkarılır. Bu malzeme yerkabuğunda bol miktarda bulunur ve yaklaşık %25 ila %50 silikon dioksitten oluşur. Silisyumun kumdaki diğer tüm malzemelerden ayrılması için işlenir.

Üretici %99,9999 saf numune oluşturana kadar işlem birkaç kez tekrarlanır. Arıtılmış silikon daha sonra silindirik bir elektronik dereceli külçe oluşturmak üzere dökülür. Silindirin çapı 300 mm'dir ve yaklaşık 100 kg ağırlığındadır.

Üretici daha sonra külçeyi 925 mikrometre inceliğinde gofretler halinde dilimler. Daha sonra, yüzeyindeki tüm kusurları ve kusurları ortadan kaldırarak ayna gibi pürüzsüz bir cila ile parlatılır. Bu bitmiş gofretler daha sonra bir silikon levhadan yüksek teknolojili bir bilgisayar beynine dönüştürülmek üzere Intel'in yarı iletken üretim tesisine gönderilir.

FOUP Otoyolu

İşlemciler yüksek hassasiyetli parçalar olduğundan, saf silikon tabanları üretim öncesinde, sırasında veya sonrasında kirlenmemelidir. Önden açılan birleşik bölmelerin (FOUP'lar) geldiği yer burasıdır. Bu otomatik bölmeler, bir seferde 25 gofret tutar ve gofretleri makineler arasında taşırken çevresel olarak kontrol edilen bir alanda güvenli ve emniyetli tutar.

Ayrıca, her bir gofret, bazen binanın bir ucundan diğer ucuna giderek, aynı adımlardan yüzlerce kez geçebilir. Tüm süreç, FOUP'un her adım için nereye gideceğini bilmesi için makinelerin içine yerleştirilmiştir.

Ayrıca, FOUP'lar tavandan sarkan monoraylar üzerinde hareket ederek bir üretim adımından diğerine en hızlı ve en verimli parçayı almalarını sağlar.

Fotolitografi

Fotolitografi işlemi, silikon gofret üzerine desenler basmak için bir fotorezist kullanır. Fotorezist, filmde bulduğunuza benzer sağlam, ışığa duyarlı bir malzemedir. Bu uygulandıktan sonra, gofret, işlemci modelinin bir maskesiyle ultraviyole ışığa maruz bırakılır.

Maske, yalnızca işlemek istedikleri yerlerin açığa çıkmasını sağlar, böylece o bölgedeki fotorezisti çözünür halde bırakır. Desen silikon gofret üzerine tamamen basıldığında, hepsini çıkarmak için kimyasal bir banyodan geçer. maruz kalan fotorezist, sonraki adımlardan geçecek bir çıplak silikon deseni bırakarak işlem.

İyon İmplantasyonu

Doping olarak da bilinen bu işlem, iletkenliği artırmak için farklı elementlerden atomları gömer. Tamamlandığında, ilk fotorezist katman kaldırılır ve gofreti bir sonraki adıma hazırlamak için yenisi yerleştirilir.

dağlama

Başka bir fotolitografi turundan sonra, silikon levha, işlemcinin transistörlerinin oluşmaya başladığı dağlamaya başlar. Silisyumun kalmasını istedikleri bölgelere fotorezist uygulanırken çıkarılması gereken kısımlar kimyasal olarak dağlanır.

Kalan malzeme yavaş yavaş elektronların bir noktadan diğerine aktığı transistör kanalları haline gelir.

Malzeme Biriktirme

Kanallar oluşturulduktan sonra, silikon levha, gerektiğinde fotorezist katmanları eklemek veya çıkarmak için fotolitografiye döner. Daha sonra malzeme biriktirme aşamasına geçilir. Silikon dioksit, polikristal silikon, yüksek k dielektrik gibi farklı malzemelerin çeşitli katmanları, farklı Milyonlarca transistörü oluşturmak, sonlandırmak ve bağlamak için metal alaşımları ve bakır eklenir ve dağlanır. yonga.

Kimyasal Mekanik Planarizasyon

Her işlemci katmanı, fazla malzemeleri kesmek için cilalama olarak da bilinen kimyasal mekanik düzlemleştirmeden geçer. En üstteki katman kaldırıldığında, alttaki bakır desen ortaya çıkar ve üreticinin farklı transistörleri gerektiği gibi bağlamak için daha fazla bakır katman oluşturmasına olanak tanır.

İşlemciler inanılmaz derecede ince görünseler de, genellikle 30'dan fazla karmaşık devre katmanına sahiptirler. Bu, günümüz uygulamalarının gerektirdiği işlem gücünü sunmasını sağlar.

Test Etme, Dilimleme ve Sıralama

Bir silikon gofret, bir işlemci oluşturmak için yukarıdaki tüm işlemlerden geçebilir. Silikon gofret bu yolculuğu tamamladıktan sonra test etmeye başlar. Bu işlem, gofret üzerinde oluşturulan her parçanın işlevsel olup olmadığını kontrol eder.

Bir kez yapıldığında, gofret daha sonra kalıp adı verilen parçalara kesilir. Daha sonra, çalışan kalıpların paketlemeye ilerlediği ve başarısız olanların atıldığı sıralanır.

Silikon Kalıbı Bir İşlemciye Dönüştürmek

Paketleme adı verilen bu süreç, kalıpları işlemcilere dönüştürür. Satın aldığınız CPU'yu oluşturmak için kalıba bir alt tabaka, tipik olarak bir baskılı devre kartı ve bir ısı yayıcı konur. Alt tabaka, kalıbın ana karta fiziksel olarak bağlandığı ve ısı yayıcının sizinkiyle arayüz oluşturduğu yerdir. CPU'nun DC veya PWM soğutma fanı.

Test ve Kalite Kontrol

Tamamlanan işlemciler daha sonra tekrar test edilir, ancak bu sefer performans, güç ve işlevsellik için. Bu test belirler ne tür bir çip olacak-bir olmak iyi mi i3, i5, i7 veya i9 işlemci. İşlemciler daha sonra perakende paketleme için uygun şekilde gruplandırılır veya bilgisayar üreticilerine teslim edilmek üzere tepsilere yerleştirilir.

Mikroskobik Olarak Küçük Ama Son Derece Karmaşık

İşlemciler dışarıdan basit görünse de son derece karmaşıktır. İşlemci üretimi, iki buçuk ila üç aylık 7/24 süreç gerektirir. Ve bu çiplerin arkasındaki son derece hassas mühendisliğe rağmen, hala mükemmel bir gofret elde edeceklerinin garantisi yok.

Aslında, işlemci üreticileri kusurlar, kirleticiler ve daha fazlası nedeniyle bir gofret üzerindeki kalıpların %20 ila %70'ini kaybedebilir. Bu değer, giderek küçülen CPU işlemlerinden daha fazla etkilenir. 4nm kadar küçük olan en yeni çipler.

Ancak Moore Yasası'nın belirttiği gibi, işlemci performansının 2025'e kadar her iki yılda bir ikiye katlanmasını bekleyebiliriz. İşlemciler atom boyutunun temel tavanına ulaşana kadar, tüm bu üretim süreçleri, talep ettiğimiz çipi üretmek için tasarımlarla başa çıkmak zorundadır.

Moore Yasası Nedir ve 2022'de Hala Geçerli mi?

Sonrakini Oku