Bon après-midi chers amoureux matériel informatique. Aujourd'hui, nous allons parler de ce qu'est le processus technique dans le processeur. Qu'est-ce que cette valeur affecte, comment contribue-t-elle au fonctionnement de l'ordinateur, de quoi est-elle responsable, etc.
Je voudrais commencer par le fait que les processeurs sont constitués de transistors. Sous le capot du dissipateur de chaleur se trouve la puce CPU elle-même sur un substrat de silicium, qui comprend des milliards de transistors miniatures. À propos des composants internes du CPU -.
Leurs dimensions sont si petites qu'elles se mesurent en nanomètres. C'est de là que vient l'ampleur.
Prenons par exemple AMD et ses cœurs de processeurs des familles Bulldozer et Liano, fabriqués selon les normes 32 nm. 1,2 milliard de transistors sont placés sur une surface de puce de seulement 315 mm2. Par rapport à l'ancienne technologie 45 nm, qui ne comptait « que » 900 millions de transistors sur un wafer de 346 mm2, le progrès est net.
La réduction, ou plutôt l'optimisation de la technologie du procédé offre les avantages suivants :
- augmentation des performances finales avec des caractéristiques identiques de deux appareils (les premier et deuxième processeurs ont, par exemple, 4 cœurs d'une capacité de 3 GHz) ;
- consommation d'énergie réduite;
- la possibilité d'ajouter des instructions de travail supplémentaires ;
- augmentation de fréquence ;
- augmentation du nombre de cœurs sur un substrat (ils prennent moins de place) ;
- réduire le coût de fabrication des puces (plus de processeurs sont placés sur une ébauche de silicium).
- Augmentation du cache du processeur (plus d'espace sur la puce pour installer le module)
Évolution du processus
Si vous vous plongez dans l'histoire des semi-conducteurs dans les années 70 et 80, vous pouvez trouver des appareils conçus selon la technologie de procédé 3 microns. Une telle percée technologique a été réalisée pour la première fois par Zilog en 1975 et Intel en 1979, respectivement.
Les entreprises ont activement développé des technologies et amélioré l'équipement lithographique.Du début au milieu des années 90, les progrès ont atteint de nouveaux sommets et des modèles ont commencé à apparaître sur le marché comme IntelPentium Pro et MMX, ainsi que le fameux "escargot" Pentium II.
Tous les produits ont été fabriqués selon les normes de processus de 0,35 microns, c'est-à-dire. 350 nm. Littéralement 10 ans plus tard, la technologie a permis de diviser la taille du transistor par un facteur de trois, à 130 nm, et c'était une avancée majeure.Cependant, la période culte est arrivée en 2004, lorsque les ingénieurs ont commencé à maîtriser eux-mêmes le 65 nm. . Ensuite, le monde a vu les célèbres Pentium 4, Core 2 Duo, ainsi que AMD Phenom X4 et Turion 64 x2. Dans le même temps, les puces Falcon et Jasper pour Xbox 360 inondent le marché.
Période de développement actuelle
Approchez-vous en douceur des développements modernes et commencez par le processus 32 nm toujours d'actualité - l'ère d'Intel Pont de sable et Bouteur AMD.
Le camp bleu a réussi à créer un cristal avec une fréquence allant jusqu'à 3,5 GHz, sur lequel jusqu'à 4 cœurs peuvent être placés et puce graphique fréquence jusqu'à 1,35 GHz. Également intégré à la puce, contrôleur PCI-E version 2.0, prise en charge de la mémoire DDR3. Tous les cœurs ont reçu 256 Ko de cache L2 et jusqu'à 8 Mo de cache L3. Et tout cela a été placé sur un substrat 216 mm2
Les Reds ont réussi à placer sur le substrat jusqu'à 16 cœurs de processeur avec une fréquence allant jusqu'à 4 GHz avec prise en charge des instructions x86 avancées pour 2011, à introduire le support Hyper Transport et à équiper les puces du support DDR3.
Le passage à 22 nm n'a été effectué que par Intel, ajoutant à ses produits Pont de lierre et Haswell comme les Core i5, i7 et Xeon offrent de meilleures performances avec une consommation d'énergie inférieure. L'architecture n'a pas subi de modifications importantes. 
En 2017, la lithographie 14 nm a offert au monde une nouvelle confrontation entre AMD Ryzen et Intel lac de café. Dans le premier cas, nous avons une architecture complètement nouvelle et une reconnaissance mondiale après de nombreuses années de stagnation. Dans le second, une augmentation des cœurs sur un substrat dans le segment des ordinateurs de bureau.
De plus, on peut noter une diminution de la consommation électrique, l'ajout de nouvelles instructions, une diminution de la taille d'une plaquette de silicium et une augmentation de la puissance dans les camps des deux camps.Maintenant, nous attendons la sortie de puces construites selon aux normes de 10 nm, qui ce moment disponible uniquement sur le segment mobile (Quallcomm Snapdragon 835/845, Apple A11 Bionic).
Pourquoi réduire le processus ?
Comme je l'ai dit plus haut, l'optimisation de la lithographie conduit à placer plus de transistors sur le substrat. plus petite. parlant langage clair, sur la même zone, vous pouvez placer non pas 1, mais 1,5 milliard de transistors, ce qui conduit à des performances accrues sans augmenter la dissipation thermique.
Ainsi, plus de cœurs, de composants auxiliaires et de systèmes de gestion de bus sont installés.
facteur de multiplication bus système Le processeur augmente également, et donc sa puissance augmente.
En ce moment processeurs optimaux qui intègrent le meilleur de technologies modernes, nous pouvons appeler Intel 8700k et AMD Ryzen 1800x. Il y a bien sûr d'autres nouvelle version du "rouge" face au Ryzen 2700 (12 nm), mais ses performances sont un peu plus modestes. 
Nous espérons que vous comprenez l'essence que je voulais vous transmettre dans cet article. Dans les revues suivantes, nous aborderons des concepts tels que le refroidissement et d'autres problèmes brûlants qui nécessitent des éclaircissements. Restez avec nous et publications. Bonne chance!
CPU c'est le coeur de tout le monde ordinateur moderne. Tout microprocesseur est essentiellement un grand circuit intégré sur lequel se trouvent des transistors. En faisant passer un courant électrique, les transistors permettent de créer des calculs en logique binaire (on - off). Les processeurs modernes sont basés sur la technologie 45 nm. 45 nm (nanomètre) est la taille d'un seul transistor sur une tranche de processeur. Jusqu'à récemment, la technologie 90 nm était principalement utilisée.
Les plaques sont faites de silicium, qui est le 2e plus gros gisement de la croûte terrestre.
Le silicium est obtenu par traitement chimique, le purifiant des impuretés. Après cela, il commence à être fondu, formant un cylindre de silicium d'un diamètre de 300 millimètres. Ce cylindre est en outre découpé en plaques avec un fil diamanté. L'épaisseur de chaque plaque est d'environ 1 mm. Pour que la plaque ait une surface idéale, après avoir coupé avec un fil, elle est polie avec une meuleuse spéciale.
Après cela, la surface de la tranche de silicium est parfaitement plane. D'ailleurs, de nombreuses entreprises manufacturières ont déjà annoncé la possibilité de travailler avec des plaques de 450 mm. Plus la surface est grande, plus grande quantité transistors pour accueillir, et plus encore les hautes performances du processeur.
CPU se compose d'une plaquette de silicium, à la surface de laquelle se trouvent jusqu'à neuf niveaux de transistors, séparés par des couches d'oxyde, pour l'isolation.
Développement de la technologie de fabrication des processeurs
Gordon Moore, l'un des fondateurs d'Intel, l'un des leaders mondiaux de la production de processeurs, découvre en 1965, sur la base de ses observations, la loi selon laquelle de nouveaux modèles de processeurs et de microcircuits apparaissent à intervalles réguliers. La croissance du nombre de transistors dans les processeurs est multipliée par environ 2 en 2 ans. Depuis 40 ans maintenant, la loi de Gordon Moore fonctionne sans distorsion. Le développement de technologies futures n'est pas loin - il existe déjà des prototypes fonctionnels basés sur les technologies de fabrication de processeurs 32 nm et 22 nm. Jusqu'au milieu de 2004, la puissance du processeur dépendait principalement de la fréquence du processeur, mais à partir de 2005, la fréquence du processeur a pratiquement cessé de croître. Il existe une nouvelle technologie de processeur multicœur. Autrement dit, plusieurs cœurs de processeur sont créés avec la même fréquence d'horloge, et pendant le fonctionnement, la puissance des noyaux est additionnée. Cela augmente la puissance globale du processeur.
Ci-dessous, vous pouvez regarder une vidéo sur la production de processeurs.
En prévision de la sortie de nouvelles générations de processus et de cartes vidéo d'AMD et de NVIDIA, il convient d'analyser ce caractéristique importante puce comme processus technologique sa fabrication. Depuis 2015, Intel fascine les processeurs sur la technologie de traitement 14 nm, tandis qu'AMD et NVIDIA utilisent la technologie de traitement 28 nm déjà obsolète. Grâce à notre article, vous découvrirez quel est le processus de fabrication des puces et son influence sur les principales caractéristiques du CPU/GPU et aussi trouver la réponse à la question : "Qu'est-ce qui est mieux : acheter maintenant ou attendre la prochaine génération ?"
Introduction
AMD a choisi 14 nm de GlobalFoundries et Samsung pour ses GPU Polaris et ses processeurs Zen, ce qui est plus petit que le 16 nm de NVIDIA de TSMC. Et vous pouvez lire sur les technologies de ces entreprises aux liens pertinents :,.
Il convient de noter à l'avance que toutes les subtilités de la production de transistors ne seront pas affectées ici, ici vous apprendrez simplement la signification d'une technologie de processus plus subtile.
Qu'est-ce qu'un processus technique ?
En général, le processus technologique de fabrication des circuits semi-conducteurs implique une séquence de diverses opérations technologiques et de contrôle. Mais pourquoi alors un nombre avec une désignation en nanomètres est-il écrit dans la colonne de flux de processus ? C'est juste que l'équipement photolithographique, avec lequel les transistors sont obtenus, a une résolution. Pour mieux comprendre cela, nous vous conseillons de regarder cette vidéo :
Au fil du temps, il y a une amélioration évolutive de ce processus, ce qui nous permet de toujours respecter la loi de Moore.
Un fait intéressant : Intel Pentium avait un processus de fabrication de 800 nm, ce qui, selon les normes modernes, semble être un chiffre incroyablement élevé ! Et seulement 3,1 millions de transistors. (U Intel Core i7-5960X 14 nm et 2,6 milliards de transistors)
Quel est l'impact du processus ?
Pas étonnant que les fabricants soient fiers du nouveau niveau atteint de ce processus technologique. Après tout, il offre des avantages tangibles :
- une diminution des transistors eux-mêmes conduit à une augmentation de leur nombre par unité de surface, et cette augmentation permet soit de placer sur un substrat Suite transistors, ce qui augmente les performances en augmentant le nombre d'unités de calcul ou en réduisant la surface du substrat lui-même tout en conservant le même nombre de transistors.
- la plus petite taille des transistors réduit leur dissipation thermique et leur consommation d'énergie. Cela vous permet soit d'augmenter la fréquence et le nombre de cœurs sans compromettre la dissipation thermique, soit simplement de réduire la consommation d'énergie, ce qui est particulièrement pratique pour les ordinateurs portables.
- avec la technologie de traitement 14 nm, les transistors FinFET sont souvent utilisés. Ce sont des transistors qui ont une grille tridimensionnelle en forme d'ailette, ce qui permet de réduire la taille du transistor et de réduire les pertes de courant et les retards. Il en existe plusieurs types, mais ils ne seront pas abordés ici, donc si vous êtes intéressé, alors rendez-vous ici.
- le passage à une nouvelle technologie de procédé nécessite de nouveaux équipements, ce qui est une opération coûteuse. Cela affecte principalement le prix des processeurs.
- le passage à une nouvelle étape ne se produit pas immédiatement. La technologie doit être rodée, de sorte que les premières puces sur un nouveau processus technologique peuvent ne pas être obtenues la première fois (affecte le prix). Surtout cette complexité augmente avec une augmentation de la surface de la puce, ce qui ne permet pas immédiatement après la présentation du nouveau processus technique de «sculpter» immédiatement des puces multicœurs rapides avec une énorme surface de puce. C'est encore plus vrai pour les puces vidéo haut de gamme, où jusqu'à 12 milliards de transistors peuvent être utilisés !
Alors, à quoi devez-vous vous attendre ?
Si vous y réfléchissez, il s'avère que cette année ou l'année prochaine, nous devrions nous attendre à une augmentation significative de l'efficacité énergétique, ce qui nous permettra d'augmenter la fréquence des puces haut de gamme et de réduire les besoins de refroidissement des puces bon marché.
Par cartes vidéo
Par processeur
Quant aux processeurs, AMD nous promet ici une augmentation de 40% des performances par fréquence d'horloge, ce qui promet une saine concurrence d'Intel, qui Ces derniers temps quelque chose de paresseux, leur augmentation de 5% dans Skylake a bouleversé de nombreux fans. De plus, avec un tel saut dans le processus de fabrication, Zen peut enfin donner à Intel un véritable coup de pouce en matière d'efficacité énergétique. L'ancien 28 nm ne pouvait pas rivaliser sur ce paramètre.
De plus, pour le moment, on sait déjà que les processeurs Zen ne remplaceront pas les FX et Opteron, ces puces ne sortiront pas après 2016.
Il y a beaucoup d'espoirs pour la microarchitecture Zen, car Jim Keller a participé à son développement. Il est connu comme le développeur derrière le RISC DEC Alpha 64 bits, qui est devenu plus tard l'AMD K7. Il a créé l'architecture AMD K8 après quoi il a quitté AMD en 1999. Maintenant, après son retour en 2012, il quitte à nouveau les Reds.
Nous vous demandons de nous pardonner pour une si petite digression dans l'histoire, peut-être que quelqu'un sera intéressé par ce sujet.
résultats
Le processus de fabrication d'une puce a un impact très important sur des paramètres tels que la consommation électrique, le nombre de transistors, et affecte indirectement les performances.
Outre la mise à niveau de la technologie de traitement, AMD et NVIDIA présentent également de nouvelles architectures qui, ensemble, feront un bond en avant en termes d'efficacité énergétique et de performances.
Donc, si vous êtes tourmenté par la question de savoir s'il faut attendre la nouvelle version des nouvelles cartes vidéo et processeurs ou acheter ici et maintenant, nous avons tendance à la deuxième option. L'exception sera probablement le cas avec les cartes vidéo les plus puissantes, car en raison de la grande surface de la puce, leur sortie peut être retardée.
L'unité centrale de traitement d'un ordinateur joue le rôle le plus important. Il peut être considéré comme le "cerveau" de l'ensemble du système, car la quantité de données traitées, la capacité de démarrage du système et la compatibilité des équipements en dépendent. Les serveurs utilisent des types spéciaux de processeurs spécialement conçus pour ces tâches, c'est-à-dire pour les calculs. Voici l'ordinateur.
Il existe une chose telle qu'un processeur graphique - ce n'est pas sur carte mère, comme central, et dans adaptateur graphique. Sa tâche est de traiter les données graphiques, de les transférer sur un ordinateur et d'afficher l'image sur l'écran du moniteur.
Chacun d'eux a sa propre structure et sa propre technologie de traitement du processeur, qui seront discutées plus loin.
Depuis un demi-siècle, un cristal de silicium est utilisé dans la fabrication de processeurs et d'autres équipements similaires. La méthode de traitement lithographique vous permet de créer des transistors individuels, ce qui est très important, car les processeurs en sont faits.
En se concentrant sur l'état actuel du champ électrique, les transistors peuvent bloquer ou laisser passer le courant électrique. Soit dit en passant, c'est une partie fondamentale du travail système binaire, qui est enfermé dans ces deux positions - marche et arrêt.
Qu'est-ce donc qu'un processus ? Ce terme est utilisé dans les métriques pour indiquer la taille des transistors utilisés qui composent tout processeur.
Pour en revenir à la production de processeurs, on peut distinguer un tel processus de photolithographie. Cette fonction est nécessaire pour recouvrir le cristal d'un matériau diélectrique, à partir duquel des transistors sont émis à l'aide de lumière. En fonction des capacités de l'appareil - subtilité et sensibilité, la technologie de traitement du processeur est déterminée, c'est-à-dire son épaisseur en nanomètres.
Comme vous le savez, plus la technologie de processus du processeur est fine, plus il y aura de transistors sur la puce.
Si la taille est petite, sa consommation d'énergie et la quantité de chaleur générée seront plusieurs fois moindres. C'est pour cette raison que la petite technologie de processus du processeur permet de placer la puce sur des appareils portables, et à cause de cela appareil mobile peut tenir une charge plus longtemps.
La taille est également importante à des fins économiques, car le nombre de puces fabriquées augmente avec une petite quantité de matériau. Cependant, il s'agit d'une épée à double tranchant, car la technologie de traitement plus fine du processeur nécessite un équipement coûteux haut de gamme.
De petits détails de la structure vous permettent de placer plus d'éléments sur la puce, grâce à quoi les performances du processeur augmentent. Avec tout cela, les paramètres de la taille de la puce elle-même restent inchangés.
Si le processeur a la capacité technique d'overclocker, plus la limite de la technologie de traitement du processeur est basse, plus les fréquences seront élevées.
Des années 70 aux années 80 environ, des processeurs ont été créés avec une technologie de traitement de trois micromètres. Une telle avancée dans la technologie informatique atteint Zilog et Intel dans les années 75-79. Depuis lors, une décision a été prise pour améliorer la qualité des équipements lithographiques.
Depuis 1990, l'architecture du processeur est apparue changements importants, dans le même temps, des puces avec une technologie de processus de 0,35 micromètre, ou 350 nanomètres, ont été lancées. Cependant, au début du XXIe siècle, la taille des transistors a été réduite d'un facteur trois, ce qui équivalait à 130 nanomètres.
La percée technologique la plus importante a eu lieu en 2004 - c'est à cette époque que les fabricants ont maîtrisé la technologie de traitement à 65 nanomètres. Au même moment, le Core 2 Duo et son concurrent AMD Phenom X4 sont mis en vente. En termes de consoles, les processeurs Falcon et Jasper ont été produits pour la Xbox 360.
Changements importants
Les deux sociétés leaders ont atteint 32 nm, ce qui le démontre dans les processeurs de génération Sandy Bridge et AMD Bulldozer.
Intel a créé un cristal capable de fonctionner à une fréquence de 3500 mégahertz, et le nombre de cœurs est devenu quatre. Une puce graphique plus avancée est également apparue, intégrée au processeur, dont la fréquence atteint un gigahertz et demi. Dans le même temps, la puce prenait en charge le nouveau mémoire vive, manette Interface PCI-E protocoles de deuxième génération et x86. La vitesse du flux de données a augmenté en raison de la présence d'un cache de troisième niveau, dont la taille est de huit mégaoctets.
Quant à son concurrent direct, AMD, il a réussi à équiper le processeur de seize cœurs d'une fréquence allant jusqu'à 4000 mégahertz. Sinon, il n'y a pratiquement aucune différence avec Intel.
Cependant, seule l'équipe "bleue" a réussi à réaliser une percée tangible et à sortir des puces avec une technologie de processus de 22 nanomètres, ce qui a permis aux processeurs des familles Ivy Bridge, Haswell et Xeon, les séries Core i5 et i7 de fournir des performances élevées tout en réduire la consommation d'énergie.
Les performances du processeur n'augmentent qu'en raison du nombre de transistors, tandis que la valeur de dissipation thermique ne change pas.
Lorsque le processus de fabrication est réduit, les fabricants ont la possibilité de placer davantage le reste des composants, tels que les cœurs et les composants supplémentaires, sur le territoire de la puce.
Comme promis - une histoire détaillée sur la fabrication des processeurs ... en commençant par le sable. Tout ce que tu voulais savoir mais que tu avais peur de demander
J'ai déjà parlé de " Où sont fabriqués les processeurs ?"et de quoi" Difficultés de production sont sur cette voie. Aujourd'hui, nous parlerons directement de la production elle-même - "de et vers".
Fabrication de processeur
Quand l'usine de production de processeurs nouvelle technologie construit, il dispose de 4 ans pour récupérer l'investissement (plus de 5 milliards de dollars) et réaliser un profit. De simples calculs secrets, il s'avère que l'usine devrait produire au moins 100 plaques de travail par heure.En bref, le processus de fabrication d'un processeur ressemble à ceci : un monocristal de forme cylindrique est formé à partir de silicium fondu à l'aide d'un équipement spécial. Le lingot résultant est refroidi et découpé en "galettes", dont la surface est soigneusement nivelée et polie pour une finition miroir. Ensuite, dans les "salles blanches" des usines de semi-conducteurs, des tranches de silicium sont créées par des méthodes de photolithographie et de gravure. circuits intégrés. Après avoir nettoyé à nouveau les plaquettes, les spécialistes du laboratoire effectuent des tests sélectifs des processeurs au microscope - si tout va bien, les plaquettes finies sont découpées en processeurs séparés, qui sont ensuite enfermés dans des boîtiers.
Cours de chimie
Regardons l'ensemble du processus plus en détail. La teneur en silicium de la croûte terrestre est d'environ 25 à 30% en poids, ce qui fait que cet élément se classe deuxième en abondance après l'oxygène. Le sable, en particulier le quartz, a pourcentage élevé teneur en silicium sous forme de dioxyde de silicium (SiO 2) et au début processus de production est composant de base pour créer des semi-conducteurs.Initialement, SiO 2 est pris sous forme de sable, qui est réduit avec du coke dans des fours à arc (à une température d'environ 1800 ° C):
Ces réactions utilisant le recyclage des substances contenant du silicium sous-produit formé réduisent le coût et éliminent les problèmes environnementaux :
2SiHCl 3 SiH 2 Cl 2 + SiCl 4L'hydrogène résultant peut être utilisé dans de nombreux endroits, mais le plus important est que du silicium "électronique" a été obtenu, pur-pur (99,9999999%). Un peu plus tard, une graine («point de croissance») est abaissée dans la masse fondue de ce silicium, qui est progressivement retirée du creuset. En conséquence, la soi-disant "boule" se forme - un monocristal aussi haut qu'un adulte. Le poids est approprié - en production, un tel museau pèse environ 100 kg.
2SiH 2 Cl 2 SiH 3 Cl + SiHCl 3
2SiH 3 Cl SiH 4 + SiH 2 Cl 2
SiH 4 Si + 2H 2
Le lingot est écorché avec un "zéro" :) et coupé avec une scie diamantée. La sortie est constituée de wafers (nom de code "wafer") d'une épaisseur d'environ 1 mm et d'un diamètre de 300 mm (~12 pouces ; ce sont ceux utilisés pour la technologie de procédé 32nm avec la technologie HKMG, High-K / Metal Gate). Il était une fois, Intel utilisait des disques d'un diamètre de 50 mm (2"), et dans un avenir proche, il est déjà prévu de passer à des tranches d'un diamètre de 450 mm - cela se justifie au moins en termes de réduction des coûts de fabrication En parlant d'économies - tous ces cristaux sont cultivés en dehors d'Intel ; pour la fabrication de processeurs, ils sont achetés ailleurs.
Chaque plaque est polie, rendue parfaitement lisse, amenant sa surface à une finition miroir.
La production de puces consiste en plus de trois cents opérations, à la suite desquelles plus de 20 couches forment une structure tridimensionnelle complexe - le volume de l'article disponible sur Habré ne nous permettra pas de parler brièvement même de la moitié de cette liste :) Par conséquent, très brièvement et uniquement sur les étapes les plus importantes.
Donc. Il est nécessaire de transférer la structure du futur processeur dans des tranches de silicium polies, c'est-à-dire d'introduire des impuretés dans certaines parties de la tranche de silicium, qui forment à terme des transistors. Comment faire? En général, appliquer différentes couches sur un substrat de processeur est toute une science, car même en théorie un tel procédé n'est pas simple (sans parler de la pratique, compte tenu de l'échelle)... mais c'est tellement agréable de comprendre la complexité ;) Eh bien, ou du moins essayez de comprendre.
Photolithographie
Le problème est résolu à l'aide de la technologie de photolithographie - le processus de gravure sélective de la couche de surface à l'aide d'un photomasque protecteur. La technologie est construite sur le principe du "light-pattern-photoresist" et procède comme suit :- Une couche de matériau est appliquée sur le substrat de silicium, à partir de laquelle un motif doit être formé. Il y est appliqué photorésine- une couche de matériau polymérique sensible à la lumière qui change ses propriétés physiques et chimiques lorsqu'elle est irradiée par la lumière.La structure souhaitée est dessinée sur un photomasque - en règle générale, il s'agit d'une plaque de verre optique sur laquelle des zones opaques sont appliquées photographiquement. Chacun de ces modèles contient l'une des couches du futur processeur, il doit donc être très précis et pratique.
- Produit exposition(illumination de la photocouche pendant une période de temps précise) à travers un photomasque
- Enlèvement de la résine photosensible usée.
Parfois pour précipiter certains matériaux dans bons endroits la plaque est tout simplement impossible, il est donc beaucoup plus facile d'appliquer le matériau en une seule fois sur toute la surface, en éliminant l'excès des endroits où il n'est pas nécessaire - l'image ci-dessus montre l'application de résine photosensible en bleu.
La plaquette est irradiée avec un flux d'ions (atomes chargés positivement ou négativement), qui pénètrent sous la surface de la plaquette à des endroits spécifiés et modifient les propriétés conductrices du silicium (les zones vertes sont des atomes étrangers intégrés).
Comment isoler les zones qui ne nécessitent pas de post-traitement ? Avant lithographie à la surface d'une tranche de silicium (avec haute température dans une chambre spéciale) est appliqué film protecteur diélectrique - comme je l'ai déjà dit, au lieu du dioxyde de silicium traditionnel, Intel a commencé à utiliser High-K-diélectrique. Il est plus épais que le dioxyde de silicium, mais en même temps il a les mêmes propriétés capacitives. De plus, en raison de l'augmentation de l'épaisseur, le courant de fuite à travers le diélectrique est réduit et, par conséquent, il est devenu possible d'obtenir des processeurs plus économes en énergie. En général, il est beaucoup plus difficile d'assurer l'uniformité de ce film sur toute la surface de la plaque - à cet égard, un contrôle de température de haute précision est utilisé en production.
Donc. Dans les endroits qui seront traités avec des impuretés, le film protecteur n'est pas nécessaire - il est soigneusement éliminé par gravure (élimination des zones de couche pour former une structure multicouche avec certaines propriétés). Et comment l'enlever pas partout, mais seulement aux bons endroits ? Pour ce faire, une autre couche de résine photosensible doit être appliquée sur le film - en raison de la force centrifuge du plateau tournant, elle est appliquée en une couche très fine.
En photographie, la lumière traversait le film négatif, tombait sur la surface du papier photographique et modifiait ses propriétés chimiques. En photolithographie, le principe est similaire : la lumière passe à travers un photomasque sur un photorésist, et aux endroits où elle passe à travers le masque, des sections individuelles du photorésist changent de propriétés. Le rayonnement lumineux passe à travers les masques, qui est focalisé sur le substrat. Pour une mise au point précise, système spécial lentilles ou miroirs, qui peuvent non seulement réduire l'image découpée sur le masque à la taille d'une puce, mais aussi la projeter avec précision sur la pièce. Les plaques imprimées sont généralement quatre fois plus petites que les masques eux-mêmes.
La totalité de la résine photosensible usée (qui a changé de solubilité sous l'action de l'irradiation) est éliminée avec une solution chimique spéciale - avec elle, une partie du substrat sous la résine photosensible éclairée est également dissoute. La partie du substrat qui a été couverte de lumière par le masque ne se dissoudra pas. Il forme un conducteur ou un futur élément actif - le résultat de cette approche est différents modèles de courts-circuits sur chaque couche du microprocesseur.
À proprement parler, toutes les étapes précédentes étaient nécessaires pour créer des structures semi-conductrices aux endroits nécessaires en introduisant une impureté donneuse (type n) ou acceptrice (type p). Supposons que nous devions créer une région de concentration de porteurs de type p dans le silicium, c'est-à-dire une bande de conduction de trous. Pour ce faire, la plaque est traitée à l'aide d'un appareil appelé implanteur- les ions bore sont tirés d'un accélérateur à haute tension avec une grande énergie et sont uniformément répartis dans les zones non protégées formées lors de la photolithographie.
Là où le diélectrique a été enlevé, les ions pénètrent dans la couche de silicium non protégée - dans autrement ils "se coincent" dans le diélectrique. Après le processus de gravure suivant, les restes du diélectrique sont éliminés et il reste sur la plaque des zones dans lesquelles il y a du bore local. Il est clair que processeurs modernes il peut y avoir plusieurs couches de ce type - dans ce cas, une couche diélectrique est à nouveau développée sur le dessin résultant, puis tout suit le chemin parcouru - une autre couche de résine photosensible, le processus de photolithographie (déjà sur un nouveau masque), gravure, implantation ... eh bien, vous comprenez.
La taille caractéristique du transistor est maintenant de 32 nm et la longueur d'onde à laquelle le silicium est traité n'est même pas la lumière ordinaire, mais un laser excimère ultraviolet spécial - 193 nm. Cependant, les lois de l'optique ne permettent pas la résolution de deux objets distants de moins d'une demi-longueur d'onde. Cela est dû à la diffraction de la lumière. Comment être? Appliquez diverses astuces - par exemple, en plus des lasers à excimère mentionnés qui brillent loin dans le spectre ultraviolet, la photolithographie moderne utilise une optique réfléchissante multicouche utilisant des masques spéciaux et un procédé spécial de photolithographie par immersion (immersion).
Les éléments logiques formés lors du processus de photolithographie doivent être connectés les uns aux autres. Pour ce faire, les plaques sont placées dans une solution de sulfate de cuivre, dans laquelle, sous l'action de courant électrique les atomes métalliques "se déposent" dans les "passages" restants - à la suite de ce processus galvanique, des régions conductrices se forment qui créent des connexions entre les différentes parties de la "logique" du processeur. Le revêtement conducteur en excès est éliminé par polissage.
ligne d'arrivée
Hourra - le plus dur est derrière nous. Il reste un moyen délicat de connecter les "restes" de transistors - le principe et la séquence de toutes ces connexions (bus) s'appellent l'architecture du processeur. Pour chaque processeur, ces connexions sont différentes - bien que les circuits semblent complètement plats, dans certains cas, jusqu'à 30 niveaux de tels "fils" peuvent être utilisés. À distance (à très fort grossissement), tout cela ressemble à un carrefour routier futuriste - et après tout, quelqu'un est en train de concevoir ces balles !
Lorsque le traitement des plaques est terminé, les plaques sont transférées de la production à l'atelier d'assemblage et de test. Là, les cristaux passent les premiers tests, et ceux qui réussissent le test (et c'est la grande majorité) sont découpés du substrat. dispositif spécial.
À l'étape suivante, le processeur est emballé dans un substrat (sur la figure - Processeur Intel Core i5, composé d'un CPU et d'une puce graphique HD).
Bonjour prise !
Le substrat, la matrice et le couvercle de distribution de chaleur sont connectés ensemble - c'est le produit que nous entendons lorsque nous prononçons le mot "processeur". Le substrat vert crée une interface électrique et mécanique (par connexion électrique microcircuit de silicium avec un boîtier utilise de l'or), grâce à quoi il deviendra mise en place éventuelle processeur dans le socket de la carte mère - en fait, il ne s'agit que d'une plate-forme sur laquelle les contacts d'une petite puce sont séparés. Le capot de distribution de chaleur est une interface thermique qui refroidit le processeur pendant le fonctionnement - c'est à ce capot que va se greffer le système de refroidissement, qu'il s'agisse d'un radiateur plus froid ou d'un bloc d'eau sain.
prise(connecteur CPU) - un connecteur socket ou slot conçu pour installer un processeur central. L'utilisation d'un socket au lieu de souder directement le processeur sur la carte mère facilite le remplacement du processeur pour les mises à niveau ou les réparations de l'ordinateur. Le connecteur peut être conçu pour installer le processeur réel ou la carte CPU (par exemple, dans Pegasos). Chaque emplacement ne permet d'installer qu'un certain type de processeur ou de carte CPU.
Au stade final de la production, les processeurs finis subissent des tests finaux de conformité aux principales caractéristiques - si tout est en ordre, les processeurs sont triés dans le bon ordre dans des plateaux spéciaux - sous cette forme, les processeurs iront chez les fabricants ou iront aux ventes OEM. Un autre lot sera mis en vente sous la forme de versions BOX - dans une belle boîte avec un système de refroidissement d'origine.
La fin
Imaginez maintenant qu'une entreprise annonce, par exemple, 20 nouveaux processeurs. Tous sont différents les uns des autres - le nombre de cœurs, les tailles de cache, les technologies prises en charge ... Chaque modèle de processeur utilise une certaine quantité de transistors (comptés en millions voire en milliards), son propre principe de connexion des éléments ... Et tout cela doit être conçu et créé / automatisé - modèles, lentilles, lithographies, des centaines de paramètres pour chaque processus, tests ... Et tout cela doit fonctionner 24 heures sur 24, dans plusieurs usines à la fois ... En conséquence, des appareils devraient apparaître qui n'ont pas le droit de se tromper de fonctionnement ... Et le coût de ces chefs-d'œuvre technologiques devrait être dans les limites de décence ... Je suis presque sûr que vous, comme moi, ne pouvez pas non plus imaginer tout le travail accompli, ce que j'ai essayé de vous dire aujourd'hui.Eh bien, et quelque chose d'encore plus étonnant. Imaginez que vous êtes un grand scientifique sans cinq minutes - retirez soigneusement le couvercle de distribution de chaleur du processeur et pouvez voir la structure du processeur à travers un énorme microscope - toutes ces connexions, transistors ... même esquissé quelque chose sur un morceau de papier pour ne pas oublier. Pensez-vous qu'il est facile d'apprendre les principes du processeur, en n'ayant que ces données et des données sur les tâches qui peuvent être résolues à l'aide de ce processeur ? Il me semble qu'une telle image est maintenant visible pour les scientifiques qui tentent d'étudier le travail du cerveau humain à un niveau similaire. Seulement si l'on en croit les microbiologistes de Stanford, dans un cerveau humain