Diberdayakan oleh Blogger.

Blogroll

Selasa, 17 November 2015

CPU bisa terbuat

    Baru-baru ini, Intel telah menerbitkan sebuah halaman yang menunjukkan langkah-demi-langkah proses bagaimana CPU dibuat. Dari pasir dengan produk akhir, ada banyak langkah yang kompleks yang terlibat. Bahkan, itu benar-benar menakjubkan bahwa produk semikonduktor bekerja sama sekali. 

Langkah 1 - Pasir
       Pada sekitar 25% (massa), silikon adalah bahan kimia yang paling sering kedua di kerak bumi (belakang oksigen). Pasir memiliki persentase yang tinggi dari Silicon Dioxide (SiO2), yang merupakan bahan dasar untuk pembuatan semikonduktor.
Langkah 2 - Melted Silicon
       Silikon dimurnikan dalam beberapa langkah untuk mencapai Electronic Grade Silicon digunakan dalam semikonduktor. Akhirnya tiba di mono ingot kristal sekitar 12 "diameter (300mm hari ini, ingot lebih tua 8" atau 200mm diameter dan lebih kecil - wafer pertama di tahun 1970 adalah 2 "diameter, atau 50mm).
       Kemurnian pada tingkat perbaikan adalah sekitar satu bagian per miliar, yang berarti hanya satu atom asing per atom silikon miliar. Ingot memiliki berat sekitar £ 220, dan kolom vertikal murni 99,9999% dari licin material kaca-cari.
cpu_step2  
Langkah 3 - Ingot Slicing
      Ingot dipotong dengan gergaji sangat tipis menjadi irisan individu silikon (disebut wafer), masing-masing yang kemudian dipoles dengan permukaan cermin-halus sempurna. Hal ini pada permukaan wafer benar-benar halus ini bahwa kabel tembaga kecil disimpan dalam beberapa langkah berikut.
cpu_step3 
Langkah 4 - Photo Resist, Exposure
       Sebuah foto menolak cair dituangkan ke wafer sementara berputar pada kecepatan tinggi (mirip dengan bahan yang digunakan dalam fotografi konvensional). Berputar ini deposito lapisan tipis dan bahkan menolak di seluruh permukaan.
       Dari sana, laser ultraviolet yang bersinar melalui masker dan lensa (yang membuat gambar fokus 4x lebih kecil dari topeng) menyebabkan garis UV diterangi kecil di permukaan. Di mana-mana garis-garis ini menyerang menolak, reaksi kimia berlangsung membuat bagian-bagian larut.
cpu_step4  
Langkah 5 - cuci, etsa
       Larut foto menolak materi ini kemudian benar-benar dibubarkan oleh pelarut kimia. Dari sana, bahan kimia etsa digunakan untuk melarutkan sebagian (atau etch) pergi kuantitas kecil dari bahan semikonduktor dipoles (substrat). Akhirnya, sisa foto yang menolak materi dihapus melalui proses pencucian yang sama, mengungkapkan permukaan terukir wafer.
cpu_step5 
Langkah 6 - Membangun lapisan
        Dalam rangka untuk menciptakan kawat tembaga kecil yang akhirnya menyampaikan listrik ke / dari berbagai konektor chip, tahan foto tambahan ditambahkan, terbuka dan dicuci. Selanjutnya, implantasi ion proses yang disebut digunakan untuk obat bius dan melindungi lokasi di mana ion tembaga didepositkan dari larutan tembaga sulfat dalam proses yang disebut electroplating.
cpu_step6  
        Pada beberapa tahap selama proses ini, bahan tambahan ditambahkan, terkena, dicuci / tergores dan dipoles. Proses ini diulang enam kali untuk proses enam-lapisan, yang kabarnya apa menggunakan Intel 45nm untuk saat ini mereka high-k, proses gerbang logam.
       Produk akhir tampak seperti panjatan, aa sejumlah bar tembaga kecil yang menyampaikan listrik. Beberapa ini terhubung, beberapa yang persis jarak tertentu dari yang lain. Dan semua dari mereka yang digunakan untuk satu tujuan: Untuk menyampaikan elektron, memegang efek elektromagnetik mereka dengan cara tertentu untuk melakukan apa yang kita sebut "pekerjaan yang berguna" (seperti menambahkan dua angka bersama pada tingkat yang sangat tinggi kecepatan, hakikat komputasi modern).
cpu_step7
        Proses multi-layer ini diulang di setiap tempat tunggal di permukaan seluruh wafer di mana chip dapat dibuat. Ini termasuk bahkan daerah-daerah yang sebagian dari tepi wafer. Mengapa membuang-buang ruang itu? Ini karena pembuat chip awal belajar bahwa jika mereka tidak mengisi di daerah-daerah dengan (jelas) terbuang bahan semikonduktor, bahwa chip di dekatnya juga memiliki tingkat kegagalan yang lebih tinggi.
cpu_step8 
 Langkah 7 - Pengujian
       Setelah semua lapisan logam yang dibangun, dan sirkuit (transistor) semua diciptakan, saatnya untuk pengujian. Perangkat dengan banyak garpu duduk di atas chip, melampirkan mengarah mikroskopis ke permukaan chip. Setiap memimpin melengkapi koneksi listrik dalam chip, simulasi bagaimana itu akan beroperasi di bentuk akhir setelah dikemas menjadi produk konsumen akhir.
      Serangkaian uji sinyal dikirim ke chip dengan apa pun hasil yang sedang dibaca. Tingkat pengujian tidak hanya mencakup kemampuan komputasi tradisional, tetapi juga diagnosa internal bersama dengan pembacaan tegangan, urutan kaskade (tidak aliran data melalui sebagaimana mestinya), dll Dan bagaimanapun chip merespon sebagai hasil dari pengujian ini, adalah apa yang disimpan dalam database ditugaskan khusus untuk yang mati.
        Proses ini diulang untuk setiap mati di permukaan seluruh wafer sementara semua mati masih di permukaan.
Langkah 8 - Mengiris
       Sebuah gergaji berlian tip kecil digunakan untuk memotong wafer silikon ke dalam berbagai dies nya. Database berasal pada Langkah 7 digunakan untuk menentukan chip dipotong dari wafer disimpan, dan yang dibuang. Yang yang menghasilkan "hasil yang tepat" dalam pengujian Langkah 7 ini disimpan, dengan sisanya dibuang.
cpu_step9  
Langkah 9 - Kemasan
         Pada titik ini, semua mati bekerja mendapatkan dimasukkan ke dalam paket fisik. Sangat penting untuk dicatat bahwa sementara mereka sudah awal diuji dan ditemukan untuk beroperasi dengan benar, ini tidak berarti mereka CPU baik.
         Proses pengemasan fisik melibatkan menempatkan silikon die ke bahan substrat hijau, yang mengarah emas kecil yang terhubung ke pin chip atau bola grid array, yang menunjukkan melalui sisi bawah paket. Di atas semua itu, heat spreader diperkenalkan. Ini muncul sebagai paket logam di atas sebuah chip. Setelah selesai, CPU terlihat seperti paket tradisional-konsumen akhir membeli.
        Catatan: penyebar panas logam adalah komponen penting pada yang modern semikonduktor kecepatan tinggi. Di masa lalu, atas keramik digunakan tanpa pendinginan aktif. Tidak sampai kerangka waktu 80.386 dan kemudian, bersama dengan beberapa ekstrim tinggi kecepatan 8086 dan 80286 (model 100MHz), yang pendinginan aktif diperlukan. Sebelum itu, chip memiliki begitu sedikit transistor (asli 8086 memiliki 29K, CPU saat ini memiliki 100 juta) bahwa mereka tidak menghasilkan panas yang cukup untuk memerlukan pendinginan aktif. Memisahkan diri, chip ini keramik kemudian yang dicap dengan peringatan: "Heatsink diperlukan".
          CPU modern menghasilkan panas yang cukup untuk melelehkan sendiri dalam beberapa detik. Hanya dengan memiliki penyebar panas terhubung ke heat sink yang besar (dan penggemar) bisa mereka beroperasi jangka panjang seperti yang mereka lakukan.
cpu_stepf  
Langkah 10 - Binning
        Pada titik ini paket seperti Anda atau saya akan membelinya. Namun, ada satu langkah lagi yang terlibat. Langkah terakhir ini disebut Binning.
      Dalam proses ini, karakteristik sebenarnya dari CPU tertentu diukur. Barang-barang seperti tegangan, frekuensi, kinerja, generasi panas dan karakteristik operasional internal lainnya dari cache, misalnya, semua diukur.
        Chip terbaik umumnya binned sebagai bagian yang lebih tinggi-end, yang dijual tidak hanya bagian tercepat dengan cache penuh mereka diaktifkan, tetapi juga tegangan rendah dan ultra low-voltage model Catatan:. Berdasarkan permintaan pasar, ini tertinggi-end chip juga dapat dijual sebagai bagian chip yang lebih rendah.
        Chip yang tidak melakukan serta yang terbaik chip sering dijual untuk model clock speed yang lebih rendah, atau sebagai triple atau dual-core (Phenom X3, Phenom X2) bukan asli quad-core mereka. Lain mungkin memiliki setengah cache mereka dinonaktifkan (Celeron), dll
wafer_yield  
Kinerja dan Operasional Produksi
Proses Binning akhirnya menentukan hasil akhir pada kecepatan tertentu, tegangan dan karakteristik termal. Sebagai contoh, pada wafer standar hanya 5% dari chip yang diproduksi mungkin beroperasi pada tertinggi-end clock rate dari 3.2GHz. Namun, 50% dapat beroperasi pada 2.8GHz.
Sementara hasil kinerja ini tidak berhubungan dengan hasil operasional, itu sama pentingnya untuk produsen karena mereka terus-menerus mencari untuk menentukan alasan mengapa satu CPU mungkin beroperasi pada 2.8GHz tanpa masalah, tapi tidak lebih cepat, sementara yang lain beroperasi pada 3.2GHz. Sebagai penyebab perbedaan ini ditentukan, kadang-kadang sangat desain chip dapat diperbarui untuk meningkatkan hasil kinerja (dan hasil operasional).
 
Info tambahan
Impas hasil operasional pada kebanyakan produk semikonduktor datang antara 33% dan 50%, yang berarti jika setidaknya 1/3 sampai 1/2 dari dies pada setiap pekerjaan wafer, perusahaan membuat istirahat bahkan. Sesuatu di luar itu adalah laba Catatan:. Hal ini tidak selalu terjadi, tetapi merupakan pedoman yang baik.
Sebuah proses yang matang tidak selalu berkaitan dengan waktu yang terlibat dalam pembuatan meninggal, melainkan merupakan salah satu umumnya dianggap lebih dari sebuah hasil operasional 80%, dengan hasil kinerja yang relatif tinggi.
Intel dikabarkan memiliki sekitar 95% hasil operasional pada proses yang matang, yang pada proses 45nm pada 300mm wafer berarti keuntungan yang luar biasa dalam produksi dengan banyak Beatles mereka. Sebuah hasil operasional 95% berarti jika 500 meninggal adalah mungkin dari wafer tunggal, 475 dari mereka akan dapat digunakan, dan hanya 25 akan dibuang. Semakin meninggal per wafer, semakin banyak uang perusahaan membuat.
CPU melalui beberapa iterasi, yang disebut langkah-langkah, selama desain mereka. Silikon pertama disebut A-0 silikon, maka A-1, A-2 dan seterusnya. Setelah desain ulang utama diimplementasikan, seperti menambahkan cache yang lebih besar, kemampuan matematika baru atau beberapa hal besar lainnya, mereka pindah ke B-0, maka B-1, B-2 dan seterusnya. Huruf berurutan tidak diperlukan, dan banyak dari CPU Intel saat ini berada pada tahap R-0.
Selama Pentium Pro melalui Pentium III hari, setiap revisi desain itu hanya bahwa: A Revisi. Perbedaan antara Pentium II dan Pentium III, misalnya, adalah dimasukkannya instruksi SIMD dan ekstensi SSE ISA aslinya. Namun, desain ini diterima terus tweaking, yang memungkinkan untuk bergerak dari jam 450MHz aslinya kecepatan hingga 1.4GHz akhir dalam berbagai bentuk, yang terakhir yang, Tualatin, dioperasikan lebih cepat dari Pentium 4s awal, karena pipa yang lebih pendek.
 
Kesimpulan / Opini
Saya harap Anda telah menemukan artikel ini informatif. Ini benar-benar menakjubkan bahwa CPU setiap beroperasi, apalagi sebanyak yang mereka memproduksi dan secepat yang mereka lakukan. Dan apa yang datang bahkan lebih mengesankan.
Perbedaan antara x86, ARM, DRAM, SoCs, Asics dan variasi semikonduktor lainnya, misalnya, sering kali hanya ditemukan dalam kabel. Langkah-langkah manufaktur yang sama dan proses yang digunakan untuk memproduksi berbagai produk mereka (dengan kadang-kadang nomor yang berbeda dari lapisan, kadang-kadang sinar laser yang berbeda, kadang-kadang bahan kimia yang berbeda, dll). Tapi secara umum, itu semua "dalam pemrograman", sehingga untuk berbicara - dalam kebun binatang berbasis tembaga-kawat dari garis yang, berdasarkan pengaturan mereka, memegang kekuatan mistik elektromagnetisme dalam pekerjaan manusia dapat digunakan.

0 komentar

Posting Komentar