سی‌پی‌یو چگونه ساخته می‌شود؟

سی‌پی‌یو

نتیجه دهه‌ها مهندسی هوشمندانه، عملکرد جادویی سی‌پی‌یو است.
امروزه ترانزیستورها -بلاک‌های سازنده تمام میکرو‌چیپ‌ها- تا اندازه‌‌های میکروسکوپی کوچک شده‌اند. همین طور روش ساختن آن‌ها از همیشه پیچیده‌تر شده است.

لیتوگرافی نوری:

سی‌پی‌یو

در حال حاضر ترانزیستورها به قدری کوچک شده‌اند که با روش‌های نرمال قابل ساخت نیستند. در حالی که تراش‌های دقیق و حتی چاپگرهای سه‌بعدی قادر به خلق محصولات پیچیده با دقت میکرومتر (در حدود یک سی‌هزارم اینچ) هستند، اما برای مقیاس نانومتری تراشه‌های امروزه مناسب نیستند‌.
لیتوگرافی نوری این نیاز را با حذف مشکل حرکت دادن ماشین‌آلات پیچیده حل می‌کند و در عوض از نور برای حکاکی تصویر روی تراشه استفاده می‌کند. مانند یک پروژکتور قدیمی اما در عوض مقیاس شابلون را تا دقت دلخواه پایین می‌آورد. تصویر بر روی ویفر سیلیکونی که با دقت بسیار بالا در آزمایشگاه‌های کنترل‌شده طراحی شده است، تابیده می‌شود؛ چرا که هر ذره گرد و غبار روی ویفر می‌تواند باعث هدر رفتن هزاران دلار شود.
ویفر با یک ماده به نام فتورزیست پوشیده شده است که به نور واکنش داده و شسته می‌شود و یک شیار سی‌پی‌یو قابل پر شدن با مس ایجاد می‌کند تا تشکیل ترانزیستور بدهد.
مانند یک چاپگر سه‌بعدی که لایه‌های پلاستیکی ایجاد می‌کند این فرآیند بارها تکرار می‌شود تا سی‌پی‌یو شبیه‌سازی شود.

مشکل لیتوگرافی نوریِ نانو‌مقیاس چیست؟

سی‌پی‌یو

اگر پردازنده‌ای که ساخته‌ شده است، غیر قابل استفاده باشد دیگر کوچکی آن مهم نیست. تکنولوژی نانومقیاس مشکلات فیزیکی فراوانی دارد.
ترانزیستور‌ها باید جریان برق را هنگامی که خاموش هستند متوقف کنند، اما مقیاس آن‌ها به قدری کوچک شده است که الکترون‌ها می‌توانند از آن‌ها عبور کنند.
این موضوع «تونل‌زنی کوانتومی» نام دارد که مشکل مهمی برای مهندسین سیلیکون شده است.
نقص‌ها مشکل دیگری هستند. حتی لیتوگرافی دارای مشکلاتی در دقت است، مشابه به یک تصویر تار از پروژکتور که زمان بالا رفتن و پایین آمدن وضوح ندارد.
در حال حاضر کارخانجات در تلاش برای کاهش این اثر با استفاده از نور شدید ماوراء بنفش با طول موج بسیار بالاتر از دید انسان به وسیله لیزر در یک اتاق خلاء هستند. اما همچنان با کوچکتر شدن اندازه‌ها مشکلات باقی می‌مانند.
گاهی اوقات ممکن است نقص‌ها به کمک یک فرایند به نام binning کاهش یابد. اگر نقص به هسته پردازنده نفوذ کند، این هسته غیرفعال می‌شود و تراشه با ارزان‌ترین قیمت فروخته می‌شود.
در واقع، اکثر ترکیبات CPU با استفاده از یک طرح مشابه تولید می‌شوند، اما هسته‌ها غیر‌فعال شده و با قیمت پایین فروخته می‌شوند. اگر نقص به کش و یا یکی دیگر از اجزای مهم ضربه بزند، ممکن است این تراشه از بین برود، که منجر به بازده پایین‌تر و افزایش قیمت می‌شود. گره‌های فرآیندهای جدیدتر، مانند 7 نانومتر و 10 نانومتر، نرخ آسیب بیشتری خواهند داشت و در نتیجه گران‌تر خواهند بود.

بسته‌بندی پردازنده

سی‌پی‌یو

بسته بندی پردازنده برای مصرف‌کننده بیشتر از صرفا قرار دادن آن در یک جعبه با فوم پلی‌استایرن است. هنگامی که ساخت پردازنده به پایان رسید، این قطعه هنوز غیرقابل استفاده است مگر آنکه بتواند به بقیه سیستم متصل شود. فرآیند “بسته بندی” اشاره به روشی است که سیلیکون‌دای ظریف آن را به PCB -که بیشتر مردم آن را به عنوان “پرازنده” می‌شناسند- متصل می‌کنند.
این فرآیند نیازمند دقت بسیار بالایی است اما نه به اندازه مراحل قبل.
سی‌پی‌یودای به یک برد سیلیکونی وصل شده است و اتصالات الکتریکی در تمام پین‌ها با مادربرد برقرار است. پردازنده‌های مدرن می‌توانند هزاران پین داشته باشند.
از آنجا که پردازنده گرمای زیادی تولید می‌کند یک پخش‌کننده گرما یکپارچه (IHS) در بالای آن تعبیه شده است. که باعث انتقال حرارت دای به کولر بالای پردازنده می‌شود.
خمیر حرارتی (TIM) استفاده شده برای ایجاد این اتصال به اندازه کافی خوب نیست. به این علت کاربران TIM بین دای و IHS را جایگزین می‌کنند.
هنگامی که همه چیز به هم متصل شد، پردازنده در جعبه‌های واقعی بسته بندی می‌شوند تا آماده اتصال به رایانه آینده شما شود. با توجه به پیچیدگی تولید، تعجب‌آور است که بیشتر پردازنده‌ها تنها چند صد دلار قیمت دارند!

نوشته سی‌پی‌یو چگونه ساخته می‌شود؟ اولین بار در وب‌سایت فناوری پدیدار شد.

سی‌پی‌یو چگونه ساخته می‌شود؟

سی‌پی‌یو

نتیجه دهه‌ها مهندسی هوشمندانه، عملکرد جادویی سی‌پی‌یو است.
امروزه ترانزیستورها -بلاک‌های سازنده تمام میکرو‌چیپ‌ها- تا اندازه‌‌های میکروسکوپی کوچک شده‌اند. همین طور روش ساختن آن‌ها از همیشه پیچیده‌تر شده است.

لیتوگرافی نوری:

سی‌پی‌یو

در حال حاضر ترانزیستورها به قدری کوچک شده‌اند که با روش‌های نرمال قابل ساخت نیستند. در حالی که تراش‌های دقیق و حتی چاپگرهای سه‌بعدی قادر به خلق محصولات پیچیده با دقت میکرومتر (در حدود یک سی‌هزارم اینچ) هستند، اما برای مقیاس نانومتری تراشه‌های امروزه مناسب نیستند‌.
لیتوگرافی نوری این نیاز را با حذف مشکل حرکت دادن ماشین‌آلات پیچیده حل می‌کند و در عوض از نور برای حکاکی تصویر روی تراشه استفاده می‌کند. مانند یک پروژکتور قدیمی اما در عوض مقیاس شابلون را تا دقت دلخواه پایین می‌آورد. تصویر بر روی ویفر سیلیکونی که با دقت بسیار بالا در آزمایشگاه‌های کنترل‌شده طراحی شده است، تابیده می‌شود؛ چرا که هر ذره گرد و غبار روی ویفر می‌تواند باعث هدر رفتن هزاران دلار شود.
ویفر با یک ماده به نام فتورزیست پوشیده شده است که به نور واکنش داده و شسته می‌شود و یک شیار سی‌پی‌یو قابل پر شدن با مس ایجاد می‌کند تا تشکیل ترانزیستور بدهد.
مانند یک چاپگر سه‌بعدی که لایه‌های پلاستیکی ایجاد می‌کند این فرآیند بارها تکرار می‌شود تا سی‌پی‌یو شبیه‌سازی شود.

مشکل لیتوگرافی نوریِ نانو‌مقیاس چیست؟

سی‌پی‌یو

اگر پردازنده‌ای که ساخته‌ شده است، غیر قابل استفاده باشد دیگر کوچکی آن مهم نیست. تکنولوژی نانومقیاس مشکلات فیزیکی فراوانی دارد.
ترانزیستور‌ها باید جریان برق را هنگامی که خاموش هستند متوقف کنند، اما مقیاس آن‌ها به قدری کوچک شده است که الکترون‌ها می‌توانند از آن‌ها عبور کنند.
این موضوع «تونل‌زنی کوانتومی» نام دارد که مشکل مهمی برای مهندسین سیلیکون شده است.
نقص‌ها مشکل دیگری هستند. حتی لیتوگرافی دارای مشکلاتی در دقت است، مشابه به یک تصویر تار از پروژکتور که زمان بالا رفتن و پایین آمدن وضوح ندارد.
در حال حاضر کارخانجات در تلاش برای کاهش این اثر با استفاده از نور شدید ماوراء بنفش با طول موج بسیار بالاتر از دید انسان به وسیله لیزر در یک اتاق خلاء هستند. اما همچنان با کوچکتر شدن اندازه‌ها مشکلات باقی می‌مانند.
گاهی اوقات ممکن است نقص‌ها به کمک یک فرایند به نام binning کاهش یابد. اگر نقص به هسته پردازنده نفوذ کند، این هسته غیرفعال می‌شود و تراشه با ارزان‌ترین قیمت فروخته می‌شود.
در واقع، اکثر ترکیبات CPU با استفاده از یک طرح مشابه تولید می‌شوند، اما هسته‌ها غیر‌فعال شده و با قیمت پایین فروخته می‌شوند. اگر نقص به کش و یا یکی دیگر از اجزای مهم ضربه بزند، ممکن است این تراشه از بین برود، که منجر به بازده پایین‌تر و افزایش قیمت می‌شود. گره‌های فرآیندهای جدیدتر، مانند 7 نانومتر و 10 نانومتر، نرخ آسیب بیشتری خواهند داشت و در نتیجه گران‌تر خواهند بود.

بسته‌بندی پردازنده

سی‌پی‌یو

بسته بندی پردازنده برای مصرف‌کننده بیشتر از صرفا قرار دادن آن در یک جعبه با فوم پلی‌استایرن است. هنگامی که ساخت پردازنده به پایان رسید، این قطعه هنوز غیرقابل استفاده است مگر آنکه بتواند به بقیه سیستم متصل شود. فرآیند “بسته بندی” اشاره به روشی است که سیلیکون‌دای ظریف آن را به PCB -که بیشتر مردم آن را به عنوان “پرازنده” می‌شناسند- متصل می‌کنند.
این فرآیند نیازمند دقت بسیار بالایی است اما نه به اندازه مراحل قبل.
سی‌پی‌یودای به یک برد سیلیکونی وصل شده است و اتصالات الکتریکی در تمام پین‌ها با مادربرد برقرار است. پردازنده‌های مدرن می‌توانند هزاران پین داشته باشند.
از آنجا که پردازنده گرمای زیادی تولید می‌کند یک پخش‌کننده گرما یکپارچه (IHS) در بالای آن تعبیه شده است. که باعث انتقال حرارت دای به کولر بالای پردازنده می‌شود.
خمیر حرارتی (TIM) استفاده شده برای ایجاد این اتصال به اندازه کافی خوب نیست. به این علت کاربران TIM بین دای و IHS را جایگزین می‌کنند.
هنگامی که همه چیز به هم متصل شد، پردازنده در جعبه‌های واقعی بسته بندی می‌شوند تا آماده اتصال به رایانه آینده شما شود. با توجه به پیچیدگی تولید، تعجب‌آور است که بیشتر پردازنده‌ها تنها چند صد دلار قیمت دارند!

نوشته سی‌پی‌یو چگونه ساخته می‌شود؟ اولین بار در وب‌سایت فناوری پدیدار شد.

سامسونگ از نقشه راه خود برای تولید نیمه‌هادی‌ها با فرآیند ۴ نانومتری پرده برداشت

سامسونگ از نقشه راه خود برای تولید نیمه‌هادی‌ها با فرآیند 4 نانومتری پرده برداشت

سامسونگ یکی از بزرگترین بازیکنان در صنعت نیمه‌هادی‌ها محسوب می‌شود، بنابراین اعلام نقشه راه این غول تکنولوژی کره‌ای برای بسیاری از فعالان این صنعت مهم است. این شرکت اعلام نموده که به‌دنبال ارائه فرآیند تولید 4 نانومتری برای دستگاه‌های هوشمند و نوع جدیدی از فرآیند 18 نانو‌متری برای دستگاه‌های مربوط به اینترنت اشیا است.

سامسونگ در مراسم سالانه خود موسوم به “Foundry Forum 2017” اعلام نمود که پیش از فرآیند EUV ( لیتوگرافی به‌وسیله اشعه ماورا بنفش)، فرآیند تولید 8 نانومتری LPP را دنبال خواهد کرد. فرآیند 7 نانومتری اولین لیتوگرافی به‌وسیله اشعه ماورا بنفش محسوب می‌شود که هم‌اکنون با همکاری شرکت هلندی ASML درحال توسعه است.

تولید نیمه‌هادی‌ها توسط فرآیند 7 نانومتری یک حرکت بسیار بزرگ محسوب می‌شود، چراکه موانع مربوط به قانون مور را خواهد شکست. این نوآوری راه را برای فرآیندهای 5LPP، 6LLP و 4LPP فراهم می‌کند.

4LPP باعث پیاده‌سازی نسل بعدی معماری، MBCFET، برای اولین‌بار می‌شود. این معماری باعث کاهش اندازه شده و بهبود عملکرد را در مقایسه با ساختار FinFET در پی دارد.

سامسونگ همچنین اعلام نمود که درحال توسعه فرآیند 18 نانومتری FD-SOI بوده که قدرت دستگاه‌های مربوط به اینترنت اشیا را تامین خواهد کرد. این فناوری در مقایسه با لیتوگرافی 28 نانومتری FDS دارای مصرف بهینه‌تر انرژی و عملکرد بهتری است.

نوشته سامسونگ از نقشه راه خود برای تولید نیمه‌هادی‌ها با فرآیند 4 نانومتری پرده برداشت اولین بار در پدیدار شد.