Pred nekaj leti je Intel uvedel postopen postopek izdelave mikroprocesorjev: od peska do končnega izdelka. Pravzaprav je postopek izdelave polprevodniških elementov res čuden.
Korak 1. Pesek
Silicij, ki predstavlja približno 25 odstotkov vseh kemičnih elementov v zemeljski skorji, je drugi najbolj razširjen po kisiku. Pesek ima visok odstotek silicijevega dioksida (SiO 2), ki je glavna sestavina ne le za proizvodnjo procesorjev Intel, temveč tudi za proizvodnjo polprevodnikov na splošno.
Silicij iz taline
Snov se očisti v več fazah, dokler se ne sprosti polprevodniški polprevodnik, ki se uporablja v polprevodnikih. Navsezadnje je na voljo v obliki monokristalnih ingotov s premerom približno 300 milimetrov (12 palcev). Prej so imeli ingoti premer 200 mm (8 palcev), v daleč 1970 - še manj - 50 mm (2 palca).
Na določeni stopnji proizvodnje procesorjev po čiščenju je čistost kristala en atom nečistote na milijon silicijevih atomov. Teža ingota je 100 kilogramov.
Korak 3. Rezanje ingota
Ingot je rezan z zelo fino žago na posameznih delcih, imenovanih substrati. Vsak od njih se nato polira, da se zagotovi brezhibna, zrcalno gladka površina. To bo na tej gladki površini bodo nato uporabljene drobne bakrene žice.
Izpostavljenost fotorezistentni plasti
Kaj se vrti z visokoHitrost substrata je napolnjena s fotoresistno tekočino (isti materiali se uporabljajo pri tradicionalni fotografiji). Ob obračanju na celotni površini podlage se tvori tanek in enakomeren uporovni sloj.
Ultravijolični laser skozi masko in lečo vpliva na površino podlage in na njem nastane majhna svetlobna UV svetilka. Zaradi objektiva je fokusirana slika 4-krat manjša od maske. Kjer ultravijolične linije vplivajo na uporovno plast, se pojavi kemična reakcija, ki povzroči, da so ta območja topna.
Korak 5. Prebava
Topni material fotorezistiva se nato popolnoma raztopi s kemičnim topilom. Tako se kemično jedkalo uporablja za delno raztapljanje ali jedkanje majhne količine poliranega polprevodniškega materiala (substrata). Preostali material fotorezistentnega materiala odstranimo s podobnim postopkom izpiranja, ki odpira (razstavlja) jedkano površino substrata.
Oblikovanje plasti
Dodatni fotorezistorji (fotoobčutljivi materiali), ki so prav tako oprani in izpostavljeni, so dodani za ustvarjanje majhnih bakrenih žic, ki bodo na koncu prenesle elektriko v /iz različnih konektorjev. Nato se izvaja postopek ionskega dopinga, da se dodajo nečistoče in zaščitijo depoziti bakrovih ionov iz bakrovega sulfata med postopkom galvanizacije. Na različnih stopnjah teh procesnih proizvodnih procesov so dodani dodatni materiali, ki so jedkani inpolirani. Ta postopek se ponovi 6-krat, da se oblikuje 6 plasti. Končni izdelek je videti kot mreža mnogih mikroskopskih bakrenih trakov, ki prevajajo elektriko. Nekateri so povezani z drugimi, nekateri pa so na določeni razdalji od drugih. Vendar pa se vsi uporabljajo za uresničitev enega cilja - za prenos elektronov. Z drugimi besedami, namenjene so tako imenovanemu "koristnemu delu" (na primer dodajanje dveh številk na najvišji možni hitrosti, kar je bistvo modela računalništva v našem času).
Večstopenjska obdelava se ponovi na vsaki majhni površini podlage, na kateri bodo izdelani žetoni. Vključujejo tudi tista območja, ki so delno locirana zunaj substrata.
Korak 7. Preskušanje
Takoj ko se uporabijo vse kovinske plasti in vsi tranzistorji nastanejo, je čas za naslednjo stopnjo proizvodnje procesorjev Intel - testiranje. Naprava s številnimi zatiči se nahaja na vrhu čipa. Pritrjena je na komplet mikroskopskih žic. Vsak tak nosilec ima električno povezavo s čipom. Za reprodukcijo dela čipa se prenaša zaporedje preskusnih signalov. Pri testiranju se preverjajo ne le tradicionalne računalniške sposobnosti, temveč tudi notranja diagnostika z določitvijo vrednosti napetosti, kaskadnih zaporedij in drugih funkcij. Odziv čipa v obliki rezultatov preskusa se shrani v bazo podatkov, ki je posebej dodeljena za to področje substrata. Ta postopek se ponoviza vsako področje substrata.
Rezanje plošč
Za rezanje plošč se uporablja zelo majhna žaga z diamantno konico. Zbirka podatkov, izpolnjena v prejšnjem koraku, se uporablja za določitev, kateri čipi so odrezani od podlage, shranjeni in zavrnjeni.
Korak 9. Primer izhoda
Vse delovne plošče so nameščene v fizičnih ohišjih. Kljub temu, da so bile plošče predhodno testirane in v zvezi z njimi odločeno, da delujejo pravilno, to ne pomeni, da so dobri procesorji. Postopek izdelave ohišja pomeni postavitev silicijevega kristala v material substrata na stike ali paleto terminalov žarnice, ki je priključen na miniaturno zlato ožičenje. Vrstico krogelnih terminalov lahko najdete na zadnji strani ohišja. Prenosnik toplote je nameščen v zgornjem delu ohišja. To je kovinski kovček. Po zaključku tega procesa je CPU videti kot končni izdelek, namenjen porabi. Opomba: Kovinski hladilnik je ključni element sodobnih hitrih polprevodniških naprav. Prej so bili keramika, ki proizvaja toploto, in niso uporabljali prisilnega hlajenja. Potreben je bil za nekatere modele 8086 in 80286 ter za modele z začetkom pri 80386. Prejšnje generacije procesorjev so imele veliko manj tranzistorjev.
Na primer, procesor 8086 je imel 29.000 tranzistorjev, medtem ko imajo moderni osrednji procesorji na stotine milijonov tranzistorjev. Tako majhna, po trenutnih standardih, količinatranzistorji niso proizvedli dovolj toplote, da bi zahtevali aktivno hlajenje. Da bi ločili podatke o procesorju od potrebnih v tej vrsti hlajenja, kasneje na keramične čipe postavimo blagovno znamko "Potrebujemo hladilnik". Sodobni procesorji proizvajajo dovolj toplote za taljenje v nekaj sekundah. Le prisotnost odvajanja toplote je povezana z velikim radiatorjem in ventilatorjem, kar jim omogoča dolgo delovanje.
Sortiranje procesorjev po značilnostih
Na tej stopnji proizvodnje izgleda, da je procesor kupljen v trgovini. Za dokončanje procesa proizvodnje pa je potreben še en korak. To se imenuje sortiranje. Na tej stopnji se merijo dejanske lastnosti posamezne CPU. Merjeni parametri, kot so napetost, frekvenca, zmogljivost, odvajanje toplote in druge značilnosti. Najboljši čipi so deponirani kot proizvodi višjega razreda. Ne prodajajo se le kot najhitrejši sestavni deli, temveč tudi kot modeli z nizko in ultra nizko napetostjo. Čipi, ki niso vključeni v skupino najboljših procesorjev, se pogosto prodajajo kot procesorji z nižjimi urami. Poleg tega se lahko quad-core procesorji nižjega cenovnega razreda prodajajo kot dual-core ali tri-core.
zmogljivost CPE
V postopku sortiranja se določijo končne vrednosti hitrosti, napetosti in toplotnih karakteristik. Na primer, na standardnem substratu lahko samo 5% proizvedenih čipov deluje na 32 GHz. Hkrati lahko 50% čipovfunkcija pri 28 GHz. Proizvajalci procesorjev nenehno ugotavljajo, zakaj je večina procesorjev proizvedla 28 GHz namesto zahtevanih 32 GHz. Včasih lahko naredimo spremembe za povečanje zmogljivosti procesorja.
Stroškovna učinkovitost proizvodnje
Stroškovna učinkovitost podjetij za proizvodnjo predelovalcev in večino polprevodniških elementov je v razponu 33-50%. To pomeni, da so vsaj 1/3 do 1/2 plošč na vsakem substratu delavci, podjetje pa je v tem primeru donosno. Pri Intelu je dobiček iz poslovanja 45 nm za 300 mm substrat 95%. To pomeni, da če je mogoče na enem substratu izdelati 500 silicijevih plošč, jih bo 475 delovalo in samo 25 jih bo vrglo ven. Več plošč je mogoče pridobiti na eni osnovi, večji dobiček bo imelo podjetje.
Intelove tehnologije, ki se danes uporabljajo
Zgodovina uporabe novih tehnologij Intel za množično proizvodnjo procesorjev:
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 (načrtovano).V začetku leta 2018 je Intel objavil prenos množične proizvodnje 10-nm procesorjev na 2019. Razlog za to - na veliko stroškov proizvodnje. Trenutno podjetje še naprej oskrbuje 10-nm procesorje v majhnih količinah. Tehnologije proizvodnje procesorjev Intel opisujemo z vidika vrednosti. Moj domači krajvodstvo podjetja pojasnjuje dolg proizvodni cikel in uporabo velikega števila mask. Osnova 10-nm tehnologije je globoka ultravijolična litografija (DUV) z uporabo laserjev, ki delujejo pri valovni dolžini 193 nm. Za 7-nanometrski postopek bo uporabljena ekstremna ultravijolična litografija (EUV) z uporabo laserjev, ki delujejo na valovnih dolžinah 135 nm. Zahvaljujoč takšni valovni dolžini se bo mogoče izogniti uporabi večdelnih naprav, ki se pogosto uporabljajo pri 10-nm procesu. Inženirji podjetja menijo, da je treba DUV tehnologijo polirati, namesto da bi skočili naravnost v 7-nm proces. Torej, medtem ko bodo procesorji, ki uporabljajo tehnologijo 10nm, ukinjeni.
Obeti za mikroprocesorsko proizvodnjo AMD
AMD je edini pravi konkurent podjetju Intel na trgu procesorjev. Zaradi napak, ki jih je Intel imel v zvezi z 10-nm tehnologijo, je AMD nekoliko popravil svoj položaj na trgu. V podjetju Intel je množična proizvodnja z 10 nm procesom bila zelo pozna. AMD je znano, da za izdelavo uporablja svoje žetone drugih proizvajalcev. Zdaj pa pride do situacije, ko AMD uporablja vso 7-nm tehnologijo procesorjev, ki ni slabša od glavnega konkurenta. Glavni proizvajalci polprevodniških naprav, ki uporabljajo nove tehnologije za kompleksno logiko, so podjetje Taiwan Semiconductor Company (TSMC), ameriško podjetje.GlobalFoundaries in korejski Samsung Foundry. AMD namerava uporabljati TSMC izključno za naslednjo generacijo mikroprocesorjev. To bo uporabilo novo tehnologijo procesorjev. Podjetje je že izdalo vrsto izdelkov s 7-nm procesom, vključno z 7-nm grafičnim procesorjem. Prvi naj bi bil izdan leta 2019. V dveh letih se načrtuje množična proizvodnja 5-nm čipov. GlobalFundaries je zavrnil razvoj 7-milimetrskega procesa, s katerim bi se osredotočil na razvoj svojega 14/12 nm procesa za tržno usmerjene stranke. AMD vlaga v GlobalFoundaries dodatne naložbe za proizvodnjo procesorjev AMD sedanje generacije Ryzen, EPYC in Radeon.
Proizvodnja mikroprocesorjev v Rusiji
Glavna proizvodnja mikroelektronskih naprav je v mestih Zelenograd ("Micron", "Angstrom") in Moskva ("Crocus"). Pravzaprav mikroelektronski proizvodnja je tudi v Belorusiji - podjetje "Integral", ki uporablja tehnološki proces 035 mikronov. Proizvodni procesorji v Rusiji se ukvarjajo s podjetjem "MTSST" in "Baikal Electronics". Najnovejši razvoj ICS je procesor Elbrus-8S, ki je 8-jedrni mikroprocesor s hitrostjo 11-13 GHz, zmogljivost ruskega procesorja pa je 250 giglopov (operacije s plavajočo vejico na sekundo). tekmovati tudi z vodilnim proizvajalcem - procesorji Intel.Elbrus bodo še naprej modelirali Elbrus-16 pri 15 GHz (digitalni indeks v imenu označuje število jeder).Proizvodnja teh mikroprocesorjev bo izvedena v Tajvanu. To bi lahko pomagalo znižati ceno. Kot veste, je cena izdelkov podjetja motna. Istočasno so značilnosti komponent bistveno slabše od vodilnih podjetij v tem sektorju gospodarstva. Medtem ko se bodo taki predelovalci uporabljali le v državnih organizacijah in za obrambne namene. Kot procesorsko tehnologijo bo v tej liniji uporabljena 28-nm procesna tehnologija. "Baikal Electronics" izdeluje procesorje, namenjene uporabi v industriji. Zlasti se to nanaša na model "Baikal T1". Področje uporabe - usmerjevalniki, CNC sistemi in pisarniška oprema. Podjetje se ne ustavi na tem in že razvija procesor za osebne računalnike - "Baikal". Informacije o njenih značilnostih so še vedno malo. Znano je, da bo imel 8-jedrni procesor s podporo za do 8 grafičnih jeder. Prednost tega mikroprocesorja je njegova energetska učinkovitost.
