چگونه شن تبدیل به سیلیکون می‌شود؟ (نحوه‌ی ساخت CPU)

آیا تا به حال فکر کرده اید که CPU کامپیوتر شما چگونه ساخته می شود؟ شاید ندانید که این قطعه مهم از ماسه ساخته شده است. همان شن هایی که در بیابان فراوانند و فکر می کردیم هیچ فایده ای ندارند جز اینکه نفس کشیدن را برایمان سخت می کنند!

امروزه دنیا مبتنی بر اطلاعات است و پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که روزانه 2.5 میلیون ترابایت داده توسط انسان تولید خواهد شد. اما اگر نتوانیم این حجم عظیم داده را پردازش کنیم، چه فایده ای دارد؟ بنابراین یکی از ابزارهایی که نبود آن در دنیای امروز مشکلی جدی است، پردازنده است.

اما آیا تا به حال به نحوه ایجاد پردازنده فکر کرده اید؟ چرا این قطعات کوچک یک شگفتی مدرن هستند؟ چگونه یک سازنده می تواند میلیاردها ترانزیستور را در یک قطعه کوچک جمع کند؟ در مرحله بعد، نگاهی دقیق تر به نحوه تولید شن پردازنده اینتل (به عنوان یکی از بزرگترین تولیدکنندگان پردازنده در جهان) خواهیم داشت.

استخراج سیلیکون از شن و ماسه

طراحی CPU

ماده اولیه ساخت پردازنده ها سیلیکون است که از ماسه بیابان استخراج می شود. ماسه در سطح پوسته زمین فراوان است و حدود 25 تا 50 درصد آن دی اکسید سیلیکون است. این ماسه ها برای جداسازی سیلیکون موجود در آنها از سایر مواد پردازش می شوند.

این فرآیند چندین بار تکرار می شود تا زمانی که کارخانه به خلوص 99/9999 برسد. سپس سیلیکون خالص در یک قالب استوانه ای الکترونیکی ریخته می شود. ضخامت این سیلندر 300 میلی متر و وزن آن 100 کیلوگرم است.

در مرحله بعد سازنده این شکل از وافل ها را با ضخامت 925 میکرومتر تقسیم می کند. سپس قطعات به قدری صیقل داده می شوند که مانند آینه بدرخشند و تمام لکه ها از سطح آنها پاک شود. این ویفرهای صیقلی سپس به مرکز تولید نیمه هادی اینتل منتقل می شوند تا از صفحات سیلیکونی به مغز رایانه های ما تبدیل شوند.

پانسمان های یکپارچه

به دلیل دقت بالای پردازنده ها، سیلیکون خالص آنها نباید قبل، حین یا بعد از فرآیند ساخت آلوده شود. به همین دلیل در تولید پردازنده ها از پردازنده های مجتمع (FOUP) استفاده می شود. این روکش های اتوماتیک می توانند تا 25 صفحه را در یک زمان در یک محیط کنترل شده حمل کنند تا ایمنی و سلامت خود را در حین انتقال بین ماشین ها در خط تولید حفظ کنند.

گاهی اوقات مراحل مختلف برای هر وافل را می توان چندین بار تکرار کرد و از یک طرف ساختمان به سمت دیگر منتقل کرد. کل فرآیند ساخت پردازنده توسط ماشین آلات انجام می شود و در هر مرحله روکش های پانسمان به طور خودکار به قسمت های مورد نظر منتقل می شوند.

همچنین این روکش ها روی ریل های مونوریل که از سقف آویزان هستند حرکت می کنند. این وضعیت به آنها اجازه می دهد تا از یک مرحله به مرحله دیگر به سریع ترین و کارآمدترین راه بروند.

فتولیتوگرافی (طراحی نوری)

فوتولیتوگرافی - تولید یک پردازنده

فوتولیتوگرافی از مواد حساس به نور برای چاپ الگوهای روی سطح سیلیکونی استفاده می کند. پس از انجام این کار، وافل ها در معرض نور ماوراء بنفش قرار می گیرند و طراحی پردازنده را می پوشانند.

دلیل استفاده از روکش این است که فقط نواحی مورد تابش را باید باز گذاشت و بقیه را پوشاند. پس از این مرحله، ماده حساس به نور در محلول قرار می گیرد. پس از چاپ کامل طرح بر روی صفحات سیلیکونی، وافل ها را در حمام شیمیایی قرار می دهند تا تمامی مواد حساس به نور که در معرض اشعه ماوراء بنفش قرار گرفته اند از بین برود و در نهایت طرح ساده سیلیکونی باقی می ماند که به مراحل بعدی منتقل می شود.

القای یونی

القای یون که به آن دوپینگ نیز می‌گویند، فرآیند قرار دادن اتم‌های عناصر مختلف روی سیلیکون برای افزایش رسانایی آن است. پس از اتمام این فرآیند، لایه حساس به نور برداشته شده و یک لایه جدید برای آماده سازی ویفر برای مرحله بعدی قرار می گیرد.

حکاکی

پس از فوتولیتوگرافی، ویفر سیلیکونی وارد فاز حکاکی می شود که در طی آن تشکیل ترانزیستورها آغاز می شود. مواد حساس به نور بر روی نواحی خاصی از سیلیکون که باید باقی بمانند قرار می‌گیرد و قسمت‌های باقی‌مانده که باید برداشته شوند به صورت شیمیایی حکاکی می‌شوند.

بقیه مواد به آرامی به کانال های ترانزیستور تبدیل می شوند که در آن الکترون ها از یک نقطه به نقطه دیگر جریان می یابند.

مواد را اضافه کنید

پس از ایجاد کانال ها، صفحه سیلیکونی به مرحله فوتولیتوگرافی بازگردانده می شود تا در صورت لزوم یک لایه حساس به نور اضافه یا حذف شود. سپس قطعه به بخش Add Items می رود. در این قسمت لایه هایی از مواد مختلف مانند دی اکسید سیلیکون، سیلیکون پلی کریستال، دی الکتریک KD، آلیاژهای فلزی مختلف و مس به آن اضافه می شود که بر روی آن حک می شود تا میلیون ها ترانزیستور روی تراشه تولید، تکمیل و متصل شود.

پولیش شیمیایی مکانیکی

در این مرحله، هر لایه از پردازنده به صورت مکانیکی پرداخت می شود تا مواد اضافی حذف شود. هنگامی که لایه بالایی برداشته می شود، یک الگوی مسی در زیر آن ظاهر می شود که به سازنده اجازه می دهد تا لایه های مس بیشتری برای اتصال ترانزیستورهای مختلف مورد نیاز ایجاد کند.

اگرچه پردازنده ها بسیار نازک به نظر می رسند، اما معمولاً از بیش از 30 لایه مدارهای پیچیده تشکیل شده اند. این تعداد لایه به CPU اجازه می دهد تا به راحتی توان CPU مورد نیاز برای برنامه های امروزی را ارائه دهد.

تست، برش و طبقه بندی کنید

یک صفحه سیلیکونی تمام مراحل بالا را برای ساخت یک پردازنده طی می کند. پس از پایان این سفر طولانی، مرحله آزمایش آغاز می شود. در این مرحله هر قطعه تولید شده بر روی بستر بررسی می شود تا عملکرد یا ناکارآمدی آن مشخص شود.

پس از پایان آزمایش، وافل به قطعاتی به نام شکل تقسیم می شود. فرم هایی که ایمن هستند سپس به بخش بسته بندی فرستاده می شوند و فرمت هایی که کار نمی کنند دور انداخته می شوند.

قالب سیلیکونی را به پردازنده تبدیل کنید

طراحی CPU

در این فرآیند که بسته بندی نامیده می شود، قالب سیلیکونی تبدیل به یک پردازنده می شود. یک بستر، معمولاً یک برد مدار چاپی، و یک توزیع کننده حرارت روی قالب قرار می گیرد تا در نهایت CPU یا CPU را به همان شکلی که در فروشگاه ها می بینیم ساخته شود. لایه فرعی جایی است که ماتریس به صورت فیزیکی به مادربرد متصل می شود و اتلاف کننده حرارت به فن خنک کننده CPU متصل می شود.

اندازه گیری و کنترل کیفیت

در آخرین مرحله ساخت پردازنده، پردازنده های تولید شده مجددا تست می شوند، اما این بار ضریب عملکرد، قدرت و کارایی آنها سنجیده می شود. این تست تعیین می کند که چه نوع پردازنده هایی (Core i3، i5، i7 یا i9) خواهند بود. سپس بسته به نوع پردازنده آنها را بسته بندی یا در سینی های مخصوص قرار می دهند تا به دست سازندگان کامپیوتر برسد.

بسیار کوچک اما بسیار پیچیده

    اینتل

در نگاه اول، پردازنده ها ممکن است مانند مدارهای ساده به نظر برسند، اما در واقع اجزای بسیار پیچیده ای هستند. فرآیند ساخت CPU بین دو و نیم تا سه ماه (24 ساعت شبانه روز و 7 روز هفته) طول می کشد و برخلاف طراحی بسیار دقیق این تراشه ها، هیچ تضمینی وجود ندارد که یک وافل کامل و بی نقص در نهایت از آن خارج شود. خط تولید .

در واقع، سازندگان پردازنده بین 20 تا 70 درصد از شکل هایی را که روی وافل ایجاد می کنند به دلیل نقص، آلودگی و عوامل دیگر از دست می دهند. این آمار ممکن است حتی با افزایش روند به سمت پردازنده های کوچکتر (4 نانومتری و حتی کوچکتر) بیشتر باشد.

با این حال، طبق قانون مور، هنوز هم می توان امیدوار بود که تا سال 2025، هر دو سال یک بار، عملکرد CPU دو برابر شود. تا زمانی که پردازنده‌ها به سقف تعیین‌شده توسط قانون مور نرسند، همه تولیدکنندگان باید طرح جدیدی برای پاسخگویی به تقاضای تراشه در بازار ارائه دهند.

منبع: Make Use Of

نمایش بیشتر

مشاور سئو و طراحی سایت

سلام امید دندان نما هستم مشاور بازاریابی و متخصص طراحی سایت و سئو که در سال 81 وارد دنیای برنامه نویسی شدم و از سال 1386 وارد دنیای بازاریابی و مدرک لیسانس ارتباطات از روی علاقه رفتم گرفتم

دیدگاهتان را بنویسید

دکمه بازگشت به بالا