Mikroprocesor je nejsložitější výrobek na
světě. Jeho výroba se skládá ze stovek kroků a zachyceny jsou jen ty
nejdůležitější. V první části článku se můžete podívat na prezentaci
výroby od společnosti Intel doplněnou o povedené vizualizace, ve druhé
části můžete zhlédnout zajímavé video komentované v angličtině,
tentokrát pocházející od AMD.
Výroba procesorů Intel
Po
získání čistého písku je křemík v několika krocích vyčištěn až do
kvality pro použití v polovodičích, která se nazývá electronic grade
silicon. Čistota konečného produktu je taková, že mezi milion atomů
křemíku se dostane nanejvýš jediný atom jiného prvku. Po tomto procesu
nachází tavná fáze. Na tomto obrázku můžete vidět, jak se z taveniny
utváří jeden velký křemíkový krystal. Vzniklý monokrystal se nazývá
ingot. Jeden takový ignot váží zhruba 100 Kg a jeho podíl křemíku je
99,9999 procent.
Ignot
se poté dostává do krájecí fáze, kde vznikají tenké křemíkové disky,
nazývané wafery, jež jsou po odříznutí vyleštěny k dokonalé hladkosti.
Některé monokrystaly jsou dlouhé i 1,5 metru, existují také různé
průměry, v současnosti se u pokročilého 45nm High-K/Metal Gate vývoje
používají třiceticentimetrové, úplně první čipy se vyráběly z
pěticentimetrových desek. Zvětšování velikosti waferu vede ke snížení
nákladů na produkci jednoho čipu vzhledem ke snížení množství odpadu.
Intel si sám nevyrábí vlastní ignoty ani wafery, používá výrobky třetích
stran. Modrá tekutina na obrázku je fotorezistentní leštidlo, které se
využívalo u filmů do fotoaparátů. Pro dosažení rovnoměrného a tenkého
pokrytí se wafer během celého procesu otáčí dokola.
V
další fázi je odrazivý lak vystaven ultrafialovému záření. Dojde ke
stejné chemické reakci, kterou vyvoláte stisknutím závěrky v klasickém
fotoaparátu. Místa vystavená UV záření se začnou
rozpouštět.
Expozici tvoří maska, která se chová jako šablona. Díky UV záření tak
vznikne vzor s obvody. Výroba procesoru obnáší opakování tohoto postupu
pořád dokola, dokud se na sebe nenavrství více úrovní. Čočka na obrázku
uprostřed zmenšuje masku na malý ohniskový bod. Konečný výtisk na waferu
je obvykle čtyřikrát menší než vzorová výplň na předloze.
Na
dalším obrázku je vidět jediný tranzistor tak, jak by byl patrný
prostým pohledem. Tranzistor se chová jako přepínač, který ovládá tok
elektrického proudu do počítačového čipu. Intel dokáže vyvinout
tranzistory tak malé, že by se jich do jediné špendlíkové hlavičky vešlo
třicet milionů.
Po vystavení ultrafialovému
záření jsou modrá místa úplně rozpuštěná přesně podle šablony. Začínají
vznikat počátky tranzistorů, spojů a dalších elektrických kontaktů.
Fotorezistentní
vrstva chrání části waferu, které nemají být rozleptány. Ostatní části,
které nebyly vystaveny UV záření, budou chemikáliemi rozleptány. Po
dokončení jsou zbytky ochranné vrstvy odstraněny.
V
další fázi dochází k opětovnému nanášení fotorezistentní vrtvy a jejímu
ozařování. Po dokončení jsou zbytky smyty a dostáváme se k ion dopingu.
V tomto kroku jsou na wafer dodávány iontové částice, které umožní
křemíku měnit chemické vlastnosti tak, aby mohl procesor řídit tok
elektřiny.
Prostřednictvím
procesu nazývaného iontová implementace (část ion dopingu) jsou
nezakrytá místa křemíku bombardována ionty. To umožní v těchto částech
vést elektrický proud. Ionty jsou na povrch waferu hnány velmi vysokou
rychlostí,
která přesahuje hodnotu 300 tisíc kilometrů za hodinu. Po dokončení je
fotorezistentní vrstva opět smyta a na zbývající části je vidět vštěpené
cizí atomy.
Tranzistor je téměř dokončený. Tři otvory byly vyleptány do izolační vrstvy a budou vyplněny mědí, která vytvoří propojení s ostatními
tranzistory.
Wafery
jsou vloženy do síranu měďnatého, kde při přechodu z kladně nabité
anody do záporně nabité katody dochází k pokrytí tranzistorů ionty,
které vytvoří na povrchu tenkou vrstvu. Přebytečné množství
je odstraněno přeleštěním.
Četné
kovové vrstvy tvoří propojení mezi tranzistory navzájem. Jak mají být
pospojovány určují vývojářské týmy, které navrhují, jak bude daný
procesor fungovat. Zatímco počítačové čipy vypadají jako úplně ploché,
ve skutečnosti mohou mít i více jak dvacet úrovní obvodů. Pokud se
podíváte na zvětšený obrázek čipu, uvidíte spletitou síť spojů a
tranzistorů, které připomínají futuristický víceúrovňový dálniční
systém.
Wafer jde na první test
funkčnosti.
Testovací zařízení zkouší každý samostatný čip zvlášť a zjišťuje, zda
je odezva od každého z nich správná. Podle testů, které určí, zda je na
waferu dostatek funkčních čipů, je celá deska rozřezána na samotatné
kousky.
Funkční
jádra postupují do další fáze zapouzdření, nepovedené čipy jsou
vyřazeny. Podložka, jádro a heatspreader jsou složeny a procesor dostává
svoji konečnou podobu. Zelená podložka tvoří elektrické a mechanické
rozhraní, který jej napojuje do základní desky počítače. Heatspreader se
stará o rozvádění tepla, na jeho povrch přijde teplovodivá pasta a
pasivní část chladiče.
V
poslední testovací fázi se zjišťují klíčové vlastnosti čipů, mezi něž
patří spotřeba energie a maximální frekvence. Podle dosažených výsledků
jsou čipy rozděleny do stejných přepravních táců. Poté už zbývá podobné
procesory označit stejným modelovým číslem, zabalit a odeslat prodejcům.
Výroba procesorů AMD
Kromě
výše popsaného postupu, který se prakticky shoduje, stojí za pozornost
informace, že výroba samotného waferu trvá zhruba dva měsíce a délka
vláken, které propojují jednotlivé tranzistory, dosahuje několika
kilometrů. Výrobní hala, ve které nové procesory vznikají, má rozlohu
jako dva fotbalové stadiony.
a zde je odkaz na video zachycující výrobu AMD procesorů
Žádné komentáře:
Okomentovat