اکنون ثبت نام کنید

ورود

فراموشی پسورد

گذرواژه تان را فراموش کردید ؟ لطفا ایمیل را وارد کنید تا لینک تغییر پسورد به ایمیل شما ارسال شود

افزودن سوال

نحوه ساخت cpu

نحوه ساخت cpu

واحد پردازشگر مرکزی Central Processing Unit) CPU ) ، مهم ترین بخش یک سیستم کامپیوتری محسوب می شود. در واقع CPU، همانند مغز یک سیستم عمل کرده و تمام محاسبات سیستم را انجام می دهد. به احتمال قوی، پاسخ سئوالاتی مثل اینکه CPU ، از چه واحدهایی تشکیل شده است و مثلاً چند نوع حافظهcache داریم و غیره را می دانیم . ولی تا به حال در مورد نحوه ساخت یک CPU صحبت نشده است. فرآیند تولید CPU، جزء مشکل ترین و تخصصی ترین فرآیندهای تولید تراشه در دنیا، محسوب می شود. ممکن است تا به حال برای یک کاربرد عادی، این سوال پیش نیامده باشد که یک پردازنده از چه موادی و چگونه ساخته می شود. ولی این مسئله می تواند ذهن یک کاربر حرفه ای و یا نیمه حرفه ای را به چالش بکشد. شرکت Intel، که یکی از بزرگترین شرکت های تولید کننده تراشه در دنیا می باشد، به تازگی مراحل تولید یک CPU را منتشر نموده است. این فرآیند شامل صدها مرحله می باشد، ولی شرکت Intel به مهمترین مراحل تولید اشاره نموده است . این مراحل از انتخاب ماسه ای خاص که دارای درصد خاصی سیلیکون، می باشد، شروع شده و در نهایت، به بسته بندی و عرضه CPU به بازار فروش، ختم می شود.

۲۵-۱ درصد از شن را سیلیکون تشکیل می دهد.که بعد از اکسیزن فراوان ترین عنصر در پوسته زمین است.به خصوص شن مقدار زیادی سیلیکون به صورت سیلیکون دی اکسید SiO2 در خود دارد که عنصر اصلی برای ساخت اجسام نارسانا است.

۲-ذوب کردن شن . در این مرحله شن ها در دمای بسیار بالا حرارت داده می شوند و سلیکا موجود در شن ها به صورت مایع در آمده و در ظرف هایی ریخته می شوند. قطر این ظرف های توپی شکل ۱۲ اینچ (۳۰۰ میلی متر) می باشد. پردازنده های قدیمی تر (سلرون ها) دارای ظرف هایی با قطر ۸″ اینچ (۲۰۰ میلی متر) بودند و اولین ظرف توپی دنیا که در سال ۱۹۷۰ از آن کریستال خارج کردند فقط ۲″ (۵۰ میلی متر) قطر داشت.

۳-یک شمش تک کریستال، از EGS ساخته می شود. یک شمش، وزنی حدود ۱۰۰ کیلوگرم (معادل ۲۲۰ پوند) داشته و دارای ۹۹۹۹/۹۹ درصد خالصی سیلیکون می باشد.

۴- در این مرحله، شمش (قالب) وارد فاز برش (قاچ کردن) می شود. جایی که دیسک های سیلیکون تکی که ویفر نام دارند، به شکلی باریک برش داده میی شود. برخی از شمش ها می توانند بیش از ۵ فوت (هر فوت معادل ۴۸/۳۰ سانتی متر) باشند. قطر شمش ها نیز با توجه به سایز ویفر موردنیاز، متفاوت است. امروزه ، CPU ها معمولاً روی ویفرهای ۳۰۰ میلی متری ساخته می شوند.

۵-وقتی که برش انجام شد, Wafer ها براق می شوند تا هیچ خدشه ای نماند. سطح آن آینده ای و صیقلی است.شرکت Intel خودش Ingot ها و Wafer ها را تهیه نمی کند. در عوض Wafer های آماده را از شرکت های دیگر خریداری می کند. Intel برای فرایند ۴۵mm High-K\Metal از Wafer هایی با قطر ۳۰۰ میلیمتر (۱۲ اینچی) استفاده می کند.اولین بار وقتی که Intel شروع به ساخت چیپ ها کرد جریان های الکتریکی بر روی Wafer های ۵۰ میلیمتری(۲اینچی) ایجاد کرد.امروزه Intel از Wafer های ۳۰۰ میلیمتری که که نتیجه ی آن کمتر شدن قیمت است استفاده می کند.

۶- از یک مایع آبی رنگ (همانند چیزی که برای فتوگرافی استفاده می شود) برای ایجاد پایداری و مقاومت روی سطح ویفر استفاده می شود. در این گام، ویفر به دور خود می چرخد تا سطح آن به طور مساوی و هموار از مایع مربوطه پوشیده شده و همچنین خیلی باریک شود.

۷-در این مرحله , Photo Resist در معرض اشعه ی ماورا بنفش قرار می گیرد UV. واکنش شیمیایی که با UV رخ می دهد مشابه همان اتفاقی است که به هنگام فشار دادن دکمه بر روی فیلم خام در دوربین می افتد.
قسمت های مقاوم بر روی Wafer بعد از اینکه در معرض UV قرار گرفتند به صورت محلول در می آیند.مرحله ی تاباندن پرتو با استفاده از پوشش هایی که مثل نقش و نگار هستند تمام شده . وقتی از اشعه ی UV استفاده می شود, پوششی با طرح های مختلف بروی آن به وجود می آید.ساخت یک CPU نیازمند تکرار این فرایند است تا اینکه چند لایه بروی هم به وجود آید.
یک لنز هم باعث کاهش نقش های رو پوشش می شود و آنها را به یک نقطه ی کانونی جمع کند.نتیجه ی آن بر روی Wafer این است که ۴ بار کوچکتر , طولی تر نسبت به نقش و نگار های روی پوشش است.

۸-یک عدد ترانزیستور ساخته شده و پدیدار می شود. یک ترانزیستور به عنوان یک سوئیچ عمل کرده و روند جریان الکتریکی در یک تراشه کامپیوتر را کنترل می کند. تحقیق و پژوهش های شرکت Intel در توسعه و پیشرفت ترانزیستورها نقش زیادی ایفا کرده است و اندازه آنها را نیز بسیار کوچک نموده است. تا جایی که آنها ادعا می کنند ۳۰ میلیون از ترانزیستورها را می توان بر سر یک سنجاق ( یا یک میخ کوچک ) قرار داد.

۹-بعد از تاباندن UV . تمام Photo Resist ها توسط یک حلال پاک می شوند.این کار باعث آشکار شدن الگوی طرح های Photo Resist که توسط آن پوشش ساخته شده بود می شود. ترانزیستور ها و رابط ها و اتصالات الکتریکی از همین جا شروع می شوند.

۱۰-لایه مقاوم (PR)مذکور از مواد ویفر محافظت می کند تا از خارج تراشیده نشوند(کنده کاری نشوند) مناطقی که بدون محافظ هستند، با استفاده از محصولات و تغییرات شیمیایی، تراشیده می شوند.

۱۱-بعد از کنده کاری Photo Resist)PR )برداشته شده و شکل مطلوب آن پدیدار
می شود.

۱۲-لایه های مقاوم بیشتری (لایه ابی رنگ موجود در تصویر) به کار گرفته می شود و این لایه مجدداً در معرض اشعه فرابنفش قرار می گیرند. این نواحی قبل از ورود به مرحله بعد (یعنی مرحله ناخالص سازی یا تلغیظ یون) مجددا با شست و شو پاک می شوند. این مرحله مرحله ای است که ذرات یون در معرض ویفر قرار می گیرند و این اجازه را به سیلیکون می دهند تا خصوصیات شیمیایی خود را تغیر دهد. این مسئله منجر می شود CPU بتواند جریان الکتریسیته را کنترل کند.

۱۳- طی یک فرایند که القا یون نامیده می شود (شکلی از فرایند تلغیظ) ناحیه در معرض قرار گرفته سیلیکون ویفر توسط یون ها بمباران می شود. یون ها در سیلیکون .ویفر القا می شوند. (کاشته می شوند) تا راهی را که سیلیکون در این نواحی الکتریسیته را هدایت می کند،‌تغییر دهند. یون ها با سرعت خیلی زیاد به سطح ویفر سوق داده می شوند یک میدان الکتریکی سرعت یون ها را تا بیش از ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر بر ساعت (تقریبا ۱۸۵۰۰۰ مایل بر ساعت ) افزایش می دهد.

۱۴- بعد از مرحله القای یون لایه مقاوم (PR) برداشته شده و موادی که می بایست تلغیظ می شدند حالا دارای اتم های مخالف می باشند.

۱۵- این ترانزیستور به مرحله اتمام ساخت نزدیک است ۲۳ عدد روزنه (حفره) روی لایه عایق بالایی ترانزیستور ایجاد شده است. این ۳ روزنه با مس (Copper) پر می شوند این مسئله امکان برقراری ارتباط با سایر ترانزیستورها را فراهم می کند.

۱۶- در این مرحله ویفرها در یک محلول سولفات مس قرار می گیرند یون های مس، طی فرایندی به نام Electroplanting ( یا همان آب کاری الکتریکی) روی ترانزیستور ته نشین می شوند . یون های مس، از قطب مثبت (Anode) به سمت قطب منفی (Cathode) که توسط ویفر نمایان می شود، حرکت می کنند.

۱۷- در نهایت یون های مس، به شکل یک لایه نازک بر روی سطح ویفر نشست می کنند.
۱۸- همان طور که در تصویر زیر مشاهده می کنید، مواد اضافی حذف شده و تنها یک لایه خیلی نازک از مس، باقی مانده است (در نهایت ۳ حفره ای که در مورد آنها قبلا صحبت شد نیز با مس پر شدند)

۱۹- لایه های فلزی چند گانه ای برای برقراری ارتباط و بهم پیوستن ترانزیستورهای مختلف، ساخته می شوند. اینکه این اتصالات چگونه سیم کشی شوند و چطور این ارتباط برقرار شود، توسط تیم معماری و طراحی که کارایی و عملکرد پردازنده مربوطه را توسعه می دهند، مشخص می شود هنگامی که تراشه های کامپیوتر خیلی مسطح (Flat) به نظر می رسند، در حقیقت آنها از بیش از ۲۰ لایه برای ساختن مدارات پیچیده تشکیل شده اند. وقتی با جزئیات بیشتری به یک تراشه بنگرید ، یک شبکه پیچیده از خطوط مدار و ترانزیستور را که شبیه به سیستم بزرگراه های چند طبقه آینده می باشد مشاهده خواهید نمود.

۲۰- عملکرد هر کدام از ویفرهای آماده در این مرحله تست می شود
در این گام الگوهای تست تک به تک تراشه ها تغذیه شده (یعنی روی تک تک آنها تست می شود) و پاسخ دریافتی مانیتور شده و با پاسخ صحیح مقایسه می شود

۲۱- بعد از تست ها مشخص می شود که ویفر بازده خوبی از واحدهای پردازنده در حال کار را دارا می باشد در این مرحله ویفر به قطعاتی کوچک تر برش داده می شود (Called Dies)

۲۲- Die هایی که نسبت به الگوی تست پاسخ صحیح نشان داده اند، وارد مرحله بعد ۰یعنی مرحله بسته بندی) می شوند. Die های بد کنار گذاشته می شومند.
۲۳-  die در مرحله قبلی (مرحله Slicing) برش داده شده است. Die که شما مشاهده می کنید یک Die از پردازنده هسته ای شرکت (Core i 7) Intel می باشد.

۲۴-Die و پخش کننده حرارت (Heat Spreader) در کنار همدیگر قرار می گیرند تا شکل نهایی پردازنده کامل شود
توسط زیر لایه سبز رنگ یک واسطه الکتریکی و مکانیکی (اتوماتیک) برای پردازنده ساخته می شود تا بتواند با سایر اجزای سیستم ارتباط برقرار کند.
پخش کننده حرارت نقره ای رنگ یک واسط حرارتی می باشد که خنک کننده های روی آن قرار گرفته و باعث می شود پردازنده حین کار نیز خنک بماند.

۲۵- یک ریز پردازنده دارای پیچیده ترین فرایند تولید محصول روی کره زمین است. در حقیقت تولید آن صدها مرحله طول می کشد و تنها بخش های مهمی از آن در این مقاله عنوان شد
۲۶- در طول مرحله پایانی تست، ویژگی های کلیدی پردازنده تست می شوند (ویژگی های مهمی مانند اتلاف قدرت، حداکثر فرکانس و غیره) .


درباره حسین غلامیمبتدی

ارسال یک پاسخ

پایتخت معنوی ایران کجاست ؟ ( مشهد )

>