Pred niekoľkými rokmi spoločnosť Intel predstavila krok za krokom proces výroby mikroprocesorov: od piesku po konečný produkt. V skutočnosti proces výroby polovodičových prvkov vyzerá naozaj zvláštne.
Krok 1. Piesok
Silikón, ktorý predstavuje celkovo približne 25 percent všetkých chemických prvkov v zemskej kôre, je druhým najrozšírenejším po kyslíku. Piesok má vysoké percento oxidu kremičitého (SiO 2), čo je hlavná zložka nielen pre výrobu procesorov Intel, ale aj pre výrobu polovodičov vo všeobecnosti.
Tavenina kremíka.
Látka sa vyčistí niekoľkými stupňami až kým sa neuvoľní polovodič polovodičovej čistoty používaný v polovodičoch. Nakoniec prichádza vo forme monokryštalických ingotov s priemerom približne 300 milimetrov (12 palcov). Predtým mali ingoty priemer 200 mm (8 palcov) a v ďalšom roku 1970 - dokonca menej - 50 mm (2 palce).
Na určitej úrovni výroby spracovateľov po čistení čistota kryštálu je jeden atóm nečistôt na milión atómov kremíka. Hmotnosť ingotu je 100 kilogramov.
Krok 3. Rezanie ingotu
Stroj sa rozrezáva veľmi jemnou pílou na jednotlivé úlomky, tzv. Substráty. Každá z nich je následne leštená, aby poskytla povrch bez zrkadiel, bez chýb. Na tomto hladkom povrchu budú následne použité malé medené drôty.
Expozícia fotorezistentnej vrstvy
Čo rotuje s vysokoufotorezystyvnaya rýchlosť vankúšik naplnený tekutinou (rovnaký materiál používaný v tradičnej fotografovania). Pri otáčaní na celý povrch substrátu tenkú a rovnomernú vrstvu odolnú.
UV žiarenia lasera cez masku a šošovkou vplyv na povrch substrátu, tvoriace na jej malé osvetlenú fialovým pruhom. Objektív je 4 krát menší ako maska. Všade tam, kde UV čiara dopad na odporové vrstve, je chemická reakcia, ktorá vyústila v týchto oblastiach sa stal rozpustný.
Krok 5: Štiepenie
Rozpustný fotorezystyvnыy materiál sa potom úplne rozpustí za použitia chemického rozpúšťadla. Tak, čiastočné rozpustenie alebo leptanie malého počtu lešteného polovodičového materiálu (substrátu) použité chemické leptadla. Fotorezystyvnoho zostávajúci materiál sa odstráni procesu prania, ako je otvor (eksponuyuchy) vyleptaný povrch substrátu.
, ktoré tvoria vrstvy
pre vytváranie jemných medených drôtov, ktoré nakoniec bude prenášať elektrickú energiu z /do rôznych konektorov, pridá ďalšie fotorezystы (svetlocitlivé materiály), ktoré tiež umyť a vystavované. Ďalej ion doping proces sa vykonáva pre pridanie nečistôt a chrániť miest ukladania iónov medi zo síranu meďnatého počas elektrického pokovovania. V rôznych fázach výrobného procesu procesora pridáva ďalšie materiály a protravlyuyutsyaleštený. Tento proces sa opakuje šesťkrát na vytvorenie 6 vrstiev. Konečný produkt vyzerá ako mriežka mnohých mikroskopických medených pásikov, ktoré vedú elektrickú energiu. Niektoré z nich sú spojené s inými a niektoré sú umiestnené v určitej vzdialenosti od ostatných. Ale všetky z nich sa používajú na realizáciu jedného cieľa - na prenos elektrónov. Inými slovami, majú za cieľ poskytnúť tzv. "Užitočnú prácu" (napríklad pridať dve čísla s najvyššou možnou rýchlosťou, čo je základom modelu výpočtovej techniky v dnešnej dobe). Viacúrovňové spracovanie sa opakuje na každej malej malej ploche povrchu substrátu, na ktorom budú vyrobené triesky. Medzi tieto oblasti patrí tie, ktoré sú čiastočne umiestnené mimo substrátu.
Krok 7. Testovanie
Akonáhle sa nanášajú všetky kovové vrstvy a vytvoria sa všetky tranzistory, je čas na ďalšiu fázu výroby procesorov Intel - testovanie. Zariadenie s viacerými kolíkmi je umiestnené na vrchu čipu. Je pripojený k súprave mikroskopických drôtov. Každý takýto príspevok má elektrické pripojenie k čipu. Ak chcete reprodukovať prácu čipu, vysiela sa sekvencia testovacích signálov. Keď testovanie kontroluje nielen tradičné výpočtovej schopnosti, ale tiež prevádzkuje internú diagnostiku s hodnotami stanovenie napätia zreťazené sekvencií a ďalšie funkcie. Odozva čipu vo forme výsledku testu je uložená v databáze špeciálne priradenej pre túto oblasť substrátu. Tento proces sa opakujepre každú oblasť substrátu.
Rezanie dosiek
Veľmi malá píla s diamantovým hrotom sa používa na rezanie dosiek. Databáza, vyplnená v predchádzajúcom kroku, sa používa na určenie, ktoré čipy sú odrezané zo substrátu, uložené a odmietnuté.
Krok 9. Kufor pre výstup
Všetky pracovné dosky sú umiestnené vo fyzických zásuvkách. Napriek skutočnosti, že dosky boli predbežne testované a vo vzťahu k nim bolo rozhodnuté, že fungujú správne, neznamená to, že sú to dobré procesory. Proces vytvárania puzdra znamená umiestnenie kremíkových kryštálov v materiáli substrátu do kontaktov alebo do sústavy žiarových svoriek pripojených miniatúrne zlaté vedenie. Pole guľových svoriek nájdete na zadnej strane puzdra. Výmenník tepla je inštalovaný v hornej časti krytu. Jedná sa o kovové puzdro. Po ukončení tohto procesu CPU vyzerá ako hotový výrobok určený na spotrebu. Poznámka: Kovový chladič je kľúčovou súčasťou moderných vysokorýchlostných polovodičových zariadení. Predtým boli to teplo-generujúce keramika a nepoužívali nútené chladenie. Bolo potrebné pre niektoré modely 8086 a 80286 a pre modely začínajúce na 80386. Predchádzajúce generácie procesorov mali oveľa menej tranzistorov. Napríklad procesor 8086 mal 29 000 tranzistorov, zatiaľ čo moderné centrálne procesory majú stovky miliónov tranzistorov. Tak malé, podľa súčasných noriem, množstvotranzistory nevytvárali dostatok tepla na to, aby vyžadovali aktívne chladenie. Ak chcete oddeliť dáta procesorov od tých, ktorí potrebujú v tomto type chladenia, neskôr na keramické čipy vložte značku Potreba chladiča. Moderné procesory vytvárajú dostatok tepla na roztopenie v priebehu niekoľkých sekúnd. Len prítomnosť odvodu tepla spojeného s veľkým chladičom a ventilátorom, čo im umožňuje dlhodobú funkciu.
Triediace procesory podľa charakteristík
V tomto štádiu výroby procesor vyzerá ako kúpený v obchode. Na dokončenie procesu jeho výroby je však potrebné ešte jedno štádium. Volá sa to triedenie. V tejto fáze sa merajú skutočné charakteristiky jednotlivých CPU. Namerané parametre, ako napätie, frekvencia, výkon, rozptyl tepla a ďalšie charakteristiky. Najlepšie čipy sú uložené ako výrobky vyššej triedy. Predajú sa nielen ako najrýchlejšie komponenty, ale aj ako modely s nízkym a veľmi nízkym napätím. Čipy, ktoré nie sú zahrnuté v skupine najlepších procesorov, sa často predávajú ako procesory s nižšou frekvenciou. Navyše štvorjadrové procesory nižších koncov sa môžu predávať ako dvojjadrové alebo trojjadrové.
Výkon CPU
V procese triedenia sa určujú koncové hodnoty rýchlosti, napätia a tepelných charakteristík. Napríklad, na štandardnom substráte môže pracovať iba 32% z celkového množstva vyrobených čipov. Zároveň môže 50% čipovpri 28 GHz. Výrobcovia procesorov neustále zistia dôvody, prečo väčšina procesorov produkovala prácu na 28 GHz namiesto požadovaných 32 GHz. Niekedy je možné vykonať zmeny na zvýšenie výkonu procesora.
Nákladová efektívnosť výroby
Nákladová efektívnosť podnikov na výrobu spracovateľov a väčšiny polovodičových prvkov je v rozmedzí 33-50%. To znamená, že aspoň 1/3 až 1/2 dosiek na každom substráte sú pracovníci a spoločnosť v tomto prípade je zisková. V spoločnosti Intel je prevádzkový zisk 45 nm pre substrát 300 mm 95%. To znamená, že ak je možné vyrobiť 500 kremíkových dosiek z jedného substrátu, 475 z nich bude pracovať a iba 25 bude vyhodených. Čím viac platní je možné získať na jednom základe, tým väčší zisk bude mať spoločnosť.
Použité technológie Intel
História používania nových technológií Intel na hromadnú výrobu spracovateľov:
1999 - 180 nm;
2001 - 130 nm;
2003 - 90 nm;
2005 - 65 nm;
2007 - 45 nm;
2009 - 32 nm;
2011 - 22 nm;
2014 - 14 nm;
2019 - 10 nm (plánované).
Na začiatku roku 2018 spoločnosť Intel oznámila prenos sériovej výroby procesorov s 10 nm do roku 2019. Dôvodom to - za veľké výrobné náklady. V súčasnosti spoločnosť pokračuje v dodávke 10-nm procesorov v malých objemoch. Charakterizujeme technológie výroby procesorov Intel z hľadiska hodnoty. Moje rodné mestovedenie spoločnosti vysvetľuje dlhý výrobný cyklus a použitie veľkého počtu masiek. Základom technológie 10 nm je hlboká ultrafialová litografia (DUV), ktorá využíva lasery pracujúce pri vlnovej dĺžke 193 nm. Pri 7-nanometrovom procese sa použije extrémna ultrafialová litografia (EUV), ktorá používa lasery pracujúce pri vlnovej dĺžke 135 nm. Vďaka takejto vlnovej dĺžke bude možné vyhnúť sa použitiu multipórov, ktoré sa bežne používajú pri procese 10 nm. Inžinieri spoločnosti sa domnievajú, že je potrebné leštiť DUV technológiu namiesto skoku priamo do procesu 7 nm. Takže zatiaľ čo procesory, ktoré používajú technológiu 10nm, budú prerušené.
Vyhliadky na výrobu mikroprocesorov AMD
AMD je dnes jediným skutočným konkurentom spoločnosti Intel na trhu procesorov. Vzhľadom na chyby spoločnosti Intel v súvislosti s technológiou 10 nm, spoločnosť AMD trochu upravila svoju pozíciu na trhu. V spoločnosti Intel bola veľká výroba s použitím procesu 10 nm veľmi neskoro. Spoločnosť AMD je známa tým, že vyrába čipy tretích strán. A teraz existuje situácia, keď AMD používa technológiu 7-nm procesorov, ktorá nie je nižšia ako hlavná konkurencia. Hlavnými výrobcami polovodičových zariadení tretích strán, ktorí využívajú nové technológie pre komplexnú logiku, je spoločnosť Taiwan Semiconductor Company (TSMC), americká spoločnosťGlobalFoundaries a kórejská Samsung Foundry. AMD plánuje používať TSMC výhradne pre ďalšiu generáciu mikroprocesorov. Použije sa nová technológia procesora. Spoločnosť už vydala rad produktov za použitia procesu na 7 nm, vrátane 7 nm grafický procesor. Prvý naplánovaný byť prepustený v roku 2019 za 2 roky by sa mala začať hromadnú výrobu 5-nm čipy. GlobalFoundaries opustené vývojový proces 7 nm zamerať svoje úsilie na rozvoj svojich 14/12 nm procesy pre zákazníkov zameraný na rozvíjajúce sa trhy. AMD investuje do GlobalFoundaries dodatočnými investíciami na výrobu súčasnej generácie procesorov AMD Ryzen, EPYC a Radeon.
výroba mikroprocesorov v Rusku
Hlavné mikroelektronické výrobné nachádza v mestách Zelenograd ("Micron", "Angstrom") a Moskva ("Crocus"). V skutočnosti mikroelektronické výroby je tiež v Bielorusku - spoločnosť "Integral", ktorý využíva 035 mikrónov výrobné technológie. Výroba procesorov zapojených do spoločnosti "MTSST" a "Baikal Electronics". Najnovší vývoj "MTSST - procesor.". Elbrus-8C "8-core mikroprocesor s frekvenciou o 11-13 GHz Výkon ruského hihaflops procesora 250 (pohyblivou rádovou čiarkou za sekundu) Zástupcovia spoločnosti tvrdia, že mnoho ukazovateľov procesor. dokonca konkurovať lídra -. Intel procesor Production "Elbrus" model naďalej "Elbrus-16" na 15 GHz (digitálneho kódu v názve označuje počet jadier) omšu.výroba týchto mikroprocesorov sa uskutoční na Taiwane. To by malo pomôcť znížiť cenu. Ako viete, cena produktov spoločnosti je zakalená. Súčasne charakteristiky komponentov sú výrazne nižšie ako vedúce spoločnosti v tomto odvetví hospodárstva. Kým takéto procesory budú použité iba v štátnych organizáciách a na obranné účely. Ako procesorová technológia sa na túto líniu použije 28-nm procesná technológia. "Baikal Electronics" vyrába procesory určené na použitie v priemysle. Predovšetkým sa to týka modelu "Baikal T1". Jeho rozsah použitia - smerovače, CNC systémy a kancelárske zariadenia. Spoločnosť sa na to nezastaví a už vyvíja procesor pre osobné počítače - "Baikal". Informácie o jeho vlastnostiach sú stále trochu. Je známe, že bude mať 8-jadrový procesor s podporou až 8 grafických jadier. Výhodou tohto mikroprocesora bude jeho energetická účinnosť.
