Bir kişisel bilgisayarın kusursuz çalışması ve performansı, esas olarak donatıldığı işlemciye bağlıdır. Bu nedenle bilgisayar alırken sadece işlemcisini hangi firmanın ürettiğine dikkat etmek gerekiyor.

Bugün PC işlemcilerinin ana üreticileri Intel ve AMD'dir. Elbette birbirleriyle yarışırlar. İşte bu markaların ana işlemci ailelerinin kısa özellikleri, bunların seçilmesinde faydalı olabilir. Yani,

Intel işlemciler

Dört ana Intel işlemci ailesi vardır:
Celeron tek çekirdekli ve çift çekirdekli işlemci ailesi. Birincisi geleneksel ve kanıtlanmış, ancak seçim yaparken, daha üretken oldukları ve fiyatları tek çekirdekli olanlardan çok daha yüksek olmadığı için ikincisini tercih etmek daha iyidir.

Pentium, tek çekirdekli işlemciler ailesidir (2MB önbellekli altıncı serinin modellerini seçmek daha iyidir) ve çift çekirdekli modifikasyonlarıdır.

Core2, iki, üç ve dört çekirdekli modifikasyonlara sahip çok çekirdekli bir işlemci serisidir. Böyle bir işlemci seçerken önbellek boyutuna ve veri yolu frekansına dikkat edilmelidir. Ve elbette, finansal yetenekleri hakkında.

Core i7 - Yüksek performanslı bilgisayarlar için dört çekirdekli işlemciler.

AMD İşlemciler

Sempron, bütçe Celeron işlemcisinin bir analogudur.

Athlon, orta sınıf bilgisayarlarda kullanılan bir Pentium analoğudur.

Phenom, oyun bilgisayarları oluşturmak için tasarlanmış güçlü bir işlemci ailesidir.

Phenom II, AMD'nin en güçlü işlemcisidir.

Bunlar, PC işlemcilerinin ana üreticileridir ve en çok kullanılan ürünleri modern bilgisayar teknolojisi pazarında temsil edilmektedir.

Intel işlemciler NEREDE yapılır

Önceki bir gönderide yazdığım gibi, Intel'in şu anda 32nm işlemcileri seri üretebilen 4 fabrikası var: Oregon'da D1D ve D1C, Arizona'da Fab 32 ve New Mexico'da Fab 11X.
bakalım nasıl çalışıyorlar

Her Intel işlemci fabrikasının yüksekliği 300mm silikon gofretlerde sors 21 metre ve alan 100 bin metrekareye ulaşıyor hendek. Fabrika binasında 4 ana seviye vardır. vnya: Havalandırma sistemi seviyesi Mikroişlemci milyonlarca transistörden oluşur. - silikon üzerinde bulunan en küçük toz lekesi binlerce transistörü yok edebilen uluyan plaka hendek. Bu nedenle mikrofon üretimi için en önemli koşul, robot işlemciler odanın steril temizliğidir hayır. Havalandırma sistemi seviyesi en üstte bulunur alt katta - burada özel sistemler bulunur, %100 hava temizleme işlemi gerçekleştiren, kontrol üretimde sıcaklık ve nemi değiştirmek bina. Sözde "Temiz Odalar" de- sınıflara ayrılır (toz parçacıklarının sayısına bağlı olarak birim hacim başına) ve çok-çok (sınıf 1) yaklaşık Bir cerrahi ameliyathaneden 1000 kat daha temiz. İçin titreşim giderme temiz odalar bulunmaktadır kendi titreşime dayanıklı temeli üzerinde. Temiz oda seviyesi Zemin, birkaç futbol sahasının alanını kaplamaktadır. - mikroişlemcilerin yapıldığı yer burasıdır. Özel özel bir otomatik sistem yürütür bir üretim sahasından hareketli plakalar istasyondan diğerine. Arıtılmış hava sağlanır tavanda bulunan havalandırma sistemi ve bulunan özel deliklerden yerde. Odanın sterilitesi için artan gereksinimlere ek olarak, shchenii, "temiz" orada çalışan ilk kişi olmalı. sonal - sadece bu seviyede uzmanlar çalışır koruyan steril giysiler içinde (teşekkürler pille çalışan yerleşik bir filtre sistemi kaplar) mikropartiküllerden silikon gofretler toz, saç ve cilt parçacıkları. Alt düzey çalışmasını destekleyen sistemler için tasarlanmıştır. tuğlalar (pompalar, transformatörler, güç kabinleri vb.) Büyük borular (kanallar) çeşitli teknikleri iletir kimyasal gazlar, sıvılar ve egzoz havası. uzman- bu seviyedeki çalışanların kıyafetleri bir kask içerir, koruyucu gözlükler, eldivenler ve özel ayakkabılar. mühendislik seviyesi

Bu seviyede bir fabrika inşa etmek yaklaşık 3 yıl sürer ve yaklaşık 5 milyar - bu miktarın önümüzdeki 4 yıl içinde tesis tarafından “yeniden yakalanması” gerekecektir (yeni bir teknolojik süreç ve mimari ortaya çıktığında, bunun için gereken performans bu, saatte yaklaşık 100 çalışan silikon gofrettir). Bir bitki inşa etmek için ihtiyacınız olacak:
- 19.000 tondan fazla çelik
- 112.000 metreküpten fazla beton
- 900 kilometreden fazla kablo

NASIL mikroişlemciler yapılır

Teknik olarak, modern bir mikroişlemci, birkaç milyar elementten oluşan tek bir ultra büyük ölçekli entegre devre şeklinde yapılır - bu, insanın yarattığı en karmaşık yapılardan biridir. Herhangi bir mikroişlemcinin temel unsurları ayrık anahtarlardır - transistörler. Elektrik akımını bloke edip (açma-kapama) geçirerek bilgisayarın mantık devrelerinin iki durumda yani ikili sistemde çalışmasını sağlarlar. Transistörlerin boyutları nanometre cinsinden ölçülür. Bir nanometre (nm), metrenin milyarda biridir.

Kısaca, bir işlemci üretme süreci şöyle görünür: özel ekipman üzerinde erimiş silikondan silindir şeklinde tek bir kristal büyütülür. Elde edilen külçe soğutulur ve yüzeyi dikkatlice düzlenen ve ayna cilası elde edilecek şekilde parlatılan "krep" şeklinde kesilir. Daha sonra, yarı iletken tesislerin "temiz odalarında", fotolitografi ve dağlama ile silikon gofretler üzerinde entegre devreler oluşturulur. Plakaları yeniden temizledikten sonra, mikroskop altında laboratuvar uzmanları işlemcilerin seçici testlerini yapar - her şey yolundaysa, bitmiş plakalar daha sonra muhafazalara kapatılan ayrı işlemcilere bölünür.

Tüm sürece daha yakından bakalım.

Başlangıçta SiO2, ark fırınlarında (yaklaşık 1800 ° C sıcaklıkta) kok ile indirgenen kum şeklinde alınır:
SiO2 + 2C = Si + 2CO

Bu silikon "teknik" olarak adlandırılır ve %98-99.9 saflığa sahiptir. İşlemciler, "elektronik silikon" adı verilen çok daha temiz bir hammadde gerektirir - milyar silikon atomu başına birden fazla yabancı atom olmamalıdır. Bu seviyeye kadar arındırmak için silikon tam anlamıyla "yeniden doğar". Ticari silikonun klorlanmasıyla, ayrıca triklorosilana (SiHCl3) dönüştürülen silikon tetraklorür (SiCl4) elde edilir:
3SiCl4 + 2H2 + Si ↔ 4SiHCl3

Oluşan yan ürün silikon içeren maddelerin geri dönüşümünü kullanan bu reaksiyonlar, maliyeti düşürür ve çevre sorunlarını ortadan kaldırır:
2SiHCl3 ↔ SiH2Cl2 + SiCl4
2SiH2Cl2 ↔ SiH3Cl + SiHCl3
2SiH3Cl ↔ SiH4 + SiH2Cl2
SiH4 ↔ Si + 2H2

Ortaya çıkan hidrojen birçok yerde kullanılabilir ama en önemlisi saf-saf "elektronik" silikon elde edilmiş olmasıdır (%99.99999999). Biraz sonra, potadan yavaş yavaş çekilen bu tür silikonun eriyiğine bir tohum ("büyüme noktası") damlatılır. Sonuç olarak, sözde "boule" oluşur - bir yetişkinin yüksekliğinde tek bir kristal. Ağırlık uygundur - üretimde böyle bir boule yaklaşık 100 kg ağırlığındadır.

Külçe "sıfır" ile kaplanır :) ve elmas testere ile kesilir. Çıkışta - yaklaşık 1 mm kalınlığında ve 300 mm (~ 12 inç) çapında gofretler (kod adı "waffle"); bunlar HKMG, High-K / Metal Gate teknolojisi ile 32nm işlem teknolojisi için kullanılanlardır. ).

Şimdi en ilginç şey, geleceğin işlemcisinin yapısını cilalı silikon gofretlere aktarmak, yani, nihayetinde transistörleri oluşturan silikon gofretin belirli alanlarına safsızlıklar sokmak gerekli olmasıdır. Nasıl yapılır?

Sorun, fotolitografi teknolojisinin yardımıyla çözülür - koruyucu bir fotomaske kullanarak yüzey tabakasının seçici olarak aşındırılması işlemi. Teknoloji, "ışık-kalıp-fotorezist" ilkesi üzerine inşa edilmiştir ve şu şekilde ilerler:
- Modelin oluşturulacağı silikon alt tabakaya bir malzeme tabakası uygulanır. Buna bir fotorezist uygulanır - ışıkla ışınlandığında fiziksel ve kimyasal özelliklerini değiştiren bir polimer ışığa duyarlı malzeme tabakası.
- Pozlama (fotoğraf katmanının kesin olarak belirlenmiş bir süre boyunca aydınlatılması) bir fotomaske ile gerçekleştirilir.
- Kullanılmış fotorezistin çıkarılması.
Gerekli yapı bir fotomaske üzerine çizilir - kural olarak, opak alanların fotoğraflandığı optik camdan yapılmış bir plakadır. Bu tür şablonların her biri gelecekteki işlemcinin katmanlarından birini içerir, bu nedenle çok doğru ve pratik olmalıdır.

Plaka, belirli yerlerde plakanın yüzeyinin altına nüfuz eden ve silikonun iletken özelliklerini değiştiren bir iyon akışı (pozitif veya negatif yüklü atomlar) ile ışınlanır (yeşil alanlar gömülü yabancı atomlardır).

Fotoğrafta ışık, negatif filmden geçerek fotoğraf kağıdının yüzeyine çarparak kimyasal özelliklerini değiştirmiştir. Fotolitografide prensip benzerdir: ışık bir fotomaskeden bir fotorezist üzerine geçirilir ve maskeden geçtiği yerlerde fotorezistin bireysel alanları özellikleri değiştirir. Işık radyasyonu maskeler aracılığıyla iletilir ve alt tabakaya odaklanır. Doğru odaklama için, maske üzerinde kesilen görüntüyü çip boyutuna indirgemekle kalmayıp, aynı zamanda iş parçasına doğru bir şekilde yansıtan özel bir mercek veya ayna sistemi gereklidir. Basılı plakalar tipik olarak maskelerin kendisinden dört kat daha küçüktür.

Tüm harcanan fotorezist (ışınlama etkisi altında çözünürlüğünü değiştiren) özel bir kimyasal çözelti ile çıkarılır - bununla birlikte, aydınlatılmış fotorezistin altındaki substratın bir kısmı çözülür. Alt tabakanın maske tarafından ışıktan gizlenen kısmı çözülmeyecektir. Bir iletken veya gelecekteki bir aktif eleman oluşturur - bu yaklaşımın sonucu, mikroişlemcinin her katmanında farklı kısa devre kalıplarıdır.

Nitekim, bir donör (n-tipi) veya alıcı (p-tipi) safsızlığı tanıtarak gerekli yerlerde yarı iletken yapılar oluşturmak için önceki tüm adımlar gerekliydi. Silikonda p tipi bir taşıyıcı konsantrasyon bölgesi, yani bir delik iletim bandı yapmamız gerektiğini varsayalım. Bunu yapmak için, plaka implanter adı verilen bir cihaz kullanılarak işlenir - muazzam enerjiye sahip bor iyonları, yüksek voltajlı bir hızlandırıcıdan ateşlenir ve fotolitografi tarafından oluşturulan korunmasız alanlara eşit olarak dağıtılır.

Dielektrik kaldırıldığında, iyonlar korumasız silikon tabakasına nüfuz eder - aksi takdirde dielektrikte "sıkışırlar". Bir sonraki aşındırma işleminden sonra, dielektrik kalıntıları uzaklaştırılır ve boronun lokal olarak bulunduğu plaka üzerinde bölgeler kalır. Modern işlemcilerin bu tür birkaç katmana sahip olabileceği açıktır - bu durumda, ortaya çıkan şekilde bir dielektrik katman tekrar büyütülür ve daha sonra her şey zorlu yol boyunca ilerler - başka bir fotodirenç katmanı, fotolitografi işlemi (zaten yeni bir maske kullanıyor), aşındırma, implantasyon ...

Fotolitografi sürecinde oluşan mantık elemanları birbirine bağlanmalıdır. Bunu yapmak için, plakalar, bir elektrik akımının etkisi altında metal atomlarının kalan "geçişlerde" "yerleştiği" bir bakır sülfat çözeltisine yerleştirilir - bu galvanik işlemin bir sonucu olarak, iletken bölgeler oluşur. işlemcinin "mantığı"nın ayrı parçaları arasında bağlantılar oluşturan. Fazla iletken kaplama polisajla giderilir.

Yaşasın - en zor kısım geride kaldı. Transistörlerin "kalıntılarını" bağlamanın zor bir yolu olmaya devam ediyor - tüm bu bağlantıların (veri yolları) ilkesi ve dizisine işlemci mimarisi denir. Bu bağlantılar her işlemci için farklıdır - devreler tamamen düz görünse de, bazı durumlarda bu tür "kabloların" 30 seviyesine kadar kullanılabilir.

Gofret işleme tamamlandığında gofretler üretimden montaj ve test atölyesine aktarılır. Orada, kristaller ilk testlerden geçer ve testi geçenler (ve bu ezici çoğunluktur) alt tabakadan özel bir cihazla kesilir.

Bir sonraki aşamada, işlemci bir alt tabakaya yerleştirilir (şekilde, bir CPU ve bir HD grafik yongasından oluşan bir Intel Core i5 işlemci).

Alt tabaka, kalıp ve ısı transfer kapağı birbirine bağlıdır - "işlemci" kelimesini söylediğimizde kastettiğimiz ürün budur. Yeşil alt tabaka, elektriksel ve mekanik bir arayüz oluşturur (silikon çipi kasaya elektriksel olarak bağlamak için altın kullanılır), bu sayede işlemciyi bir anakart soketine takmak mümkün olacaktır - aslında, bu sadece bir platformdur. küçük çipin kontakları kablolu. Isı dağıtım kapağı, çalışma sırasında işlemciyi soğutan bir termal arayüzdür - ister soğutucu bir radyatör isterse sağlıklı bir su bloğu olsun, soğutma sistemi bu kapağa eklenecektir.

Şimdi şirketin, örneğin 20 yeni işlemciyi duyurduğunu hayal edin. Hepsi birbirinden farklıdır - çekirdek sayısı, önbellek boyutları, desteklenen teknolojiler ... Her işlemci modeli belirli sayıda transistör kullanır (milyonlarca ve hatta milyarlarca hesaplanır), kendi bağlantı elemanları ilkesi ... Ve hepsi bu tasarlanmalı ve oluşturulmalı / otomatikleştirilmelidir - şablonlar, lensler, litograflar, her işlem için yüzlerce parametre, test ... Ve tüm bunlar aynı anda birkaç fabrikada 24 saat çalışmalı ... Sonuç olarak, cihazlar görünmeli hata yapmaya hakkı olmayanlar... Ve bu teknolojik şaheserlerin bedeli de edep sınırları içinde olmalı...

Buna inanmak zor, ancak modern bir işlemci dünyadaki en karmaşık bitmiş üründür - ve aslında, öyle görünüyor ki, bu demir parçası hakkında bu kadar zor olan ne?

Yani, yeni teknolojiyi kullanan işlemcilerin üretimi için fabrika kurulduğunda, yatırımı (5 milyar dolardan fazla) telafi etmek ve kar elde etmek için 4 yılı var.

Basit gizli hesaplamalardan, fabrikanın saatte en az 100 çalışma plakası üretmesi gerektiği ortaya çıkıyor.

Kısaca, bir işlemci üretme süreci şöyle görünür: özel ekipman üzerinde erimiş silikondan silindir şeklinde tek bir kristal büyütülür.

Elde edilen külçe soğutulur ve yüzeyi dikkatlice düzlenen ve ayna cilası elde edilecek şekilde parlatılan "krep" şeklinde kesilir.

Daha sonra, yarı iletken tesislerin "temiz odalarında", fotolitografi ve dağlama ile silikon gofretler üzerinde entegre devreler oluşturulur.

Plakaları yeniden temizledikten sonra, mikroskop altında laboratuvar uzmanları işlemcilerin seçici testlerini yapar - her şey yolundaysa, bitmiş plakalar daha sonra muhafazalara kapatılan ayrı işlemcilere bölünür.

kimya dersleri

Tüm sürece daha yakından bakalım. Yerkabuğundaki silisyum içeriği kütlece yaklaşık% 25-30'dur, bu elementin yaygınlık açısından sadece oksijenden sonra ikinci olması nedeniyle.

Kum, özellikle kuvars kumu, silikon dioksit (SiO 2) formunda yüksek oranda silikon içerir ve üretim sürecinin başlangıcında yarı iletkenler oluşturmak için temel bileşendir.

Başlangıçta SiO 2, ark fırınlarında (yaklaşık 1800 ° C sıcaklıkta) kok ile indirgenen kum şeklinde alınır:

Bu tür silikona " teknik"Ve %98-99.9 saflığa sahiptir. İşlemciler "" adı verilen çok daha temiz ham maddelere ihtiyaç duyarlar. elektronik silikon"- bu, milyar silikon atomu başına birden fazla yabancı atom içermemelidir.

Bu seviyeye kadar arındırmak için silikon tam anlamıyla "yeniden doğar". Ticari silikonun klorlanmasıyla, ayrıca triklorosilana (SiHCl 3) dönüştürülen silikon tetraklorür (SiCl 4) elde edilir:

3SiCl 4 + 2H 2 + Si ↔ 4SiHCl 3

Oluşan yan ürün silikon içeren maddelerin geri dönüşümünü kullanan bu reaksiyonlar, maliyeti düşürür ve çevre sorunlarını ortadan kaldırır:

2SiHCl 3 ↔ SiH2Cl2 + SiCl 4
2SiH 2 Cl 2 ↔ SiH 3 Cl + SiHCl 3
2SiH3Cl ↔ SiH4 + SiH2Cl2
SiH 4 ↔ Si + 2H 2

Ortaya çıkan hidrojen birçok yerde kullanılabilir ama en önemlisi saf-saf "elektronik" silikon elde edilmiş olmasıdır (%99.99999999). Biraz sonra, potadan yavaş yavaş çekilen bu tür silikonun eriyiğine bir tohum ("büyüme noktası") damlatılır.

Sonuç olarak, sözde "boule" oluşur - bir yetişkinin yüksekliğinde tek bir kristal. Ağırlık uygundur - üretimde böyle bir namlu yaklaşık 100 kg ağırlığındadır.

Külçe "sıfır" ile kaplanır :) ve elmas testere ile kesilir. Çıkışta - yaklaşık 1 mm kalınlığında ve 300 mm (~ 12 inç) çapında gofretler (kod adı "waffle"); bunlar HKMG, High-K / Metal Gate teknolojisi ile 32nm işlem teknolojisi için kullanılanlardır. ).

Bir zamanlar Intel, 50 mm (2 ") çapında diskler kullandı ve yakın gelecekte 450 mm çapında gofretlere geçilmesi planlanıyor - bu, en azından üretim çiplerinin maliyetini düşürme açısından haklı. Tasarruftan bahsetmişken, tüm bu kristaller Intel'in dışında yetiştiriliyor, işlemci üretimi için başka bir yerden satın alınıyorlar.

Her plaka cilalanmış, mükemmel bir şekilde düzleştirilmiş ve yüzeyine ayna benzeri bir parlaklık kazandırılmıştır.

Talaş üretimi üç yüzden fazla işlemden oluşur ve bunun sonucunda 20'den fazla katman karmaşık üç boyutlu bir yapı oluşturur. En önemli aşamalar üzerinde çok kısaca duralım.

Yani. Gelecekteki işlemcinin yapısını cilalı silikon gofretlere aktarmak, yani nihayetinde transistörleri oluşturan silikon gofretin belirli alanlarına safsızlıklar sokmak gerekir. Nasıl yapılır?

Genel olarak, çeşitli katmanların bir işlemci alt katmanına uygulanması tam bir bilimdir, çünkü teoride bile böyle bir süreç kolay değildir.

Fotolitografi

Sorun, fotolitografi teknolojisinin yardımıyla çözülür - koruyucu bir fotomaske kullanarak yüzey tabakasının seçici olarak aşındırılması işlemi. Teknoloji, "ışık-kalıp-fotorezist" ilkesi üzerine inşa edilmiştir ve şu şekilde ilerler:

- Modelin oluşturulacağı silikon alt tabakaya bir malzeme tabakası uygulanır. Uygulanır fotorezist- ışıkla ışınlandığında fizikokimyasal özelliklerini değiştiren bir polimer ışığa duyarlı malzeme tabakası.
- Üretilmiş sergilemek(tam olarak belirlenmiş bir süre boyunca fotoğraf katmanının aydınlatılması) bir fotomaske ile
- Kullanılmış fotorezistin çıkarılması.

Gerekli yapı bir fotomaske üzerine çizilir - kural olarak, opak alanların fotoğraflandığı optik camdan yapılmış bir plakadır. Bu tür şablonların her biri gelecekteki işlemcinin katmanlarından birini içerir, bu nedenle çok doğru ve pratik olmalıdır.

Bazen belirli malzemeleri plakanın doğru yerlerine yerleştirmek imkansızdır, bu nedenle malzemeyi hemen tüm yüzeye uygulamak, gerekli olmayan yerlerden fazlalığı gidermek çok daha kolaydır - yukarıdaki resimde uygulama gösterilmektedir. fotorezist mavi renktedir.

Plaka, belirli yerlerde plakanın yüzeyinin altına nüfuz eden ve silikonun iletken özelliklerini değiştiren bir iyon akışı (pozitif veya negatif yüklü atomlar) ile ışınlanır (yeşil alanlar gömülü yabancı atomlardır).

Tedavi sonrası gerektirmeyen alanlar nasıl izole edilir?

Litografiden önce, silikon gofret yüzeyine (özel bir odada yüksek sıcaklıkta) koruyucu bir dielektrik film uygulanır - daha önce de söylediğim gibi, geleneksel silikon dioksit yerine Intel, bir Yüksek-K dielektrik kullanmaya başladı.

Silikon dioksitten daha kalındır, ancak aynı kapasitif özelliklere sahiptir. Ayrıca kalınlık artışı nedeniyle dielektrikten geçen kaçak akım azaltılmış ve bunun sonucunda daha enerji verimli işlemciler elde etmek mümkün olmuştur.

Genel olarak, bu filmin plakanın tüm yüzeyi üzerinde homojenliğini sağlamak çok daha zordur - bu bağlamda, üretimde yüksek hassasiyetli sıcaklık kontrolü kullanılır.

İşte bu kadar. Safsızlıklarla işlenecek yerlerde koruyucu bir film gerekli değildir - aşındırma ile dikkatlice çıkarılır (belirli özelliklere sahip çok katmanlı bir yapı oluşturmak için katmanın alanlarını kaldırarak).

Ve her yerde değil, sadece gerekli alanlarda nasıl kaldırılır? Bunun için filmin üstüne bir kat daha fotorezist uygulanmalıdır - dönen plakanın merkezkaç kuvvetinden dolayı çok ince bir tabaka halinde uygulanır.

Fotoğrafta ışık, negatif filmden geçerek fotoğraf kağıdının yüzeyine çarparak kimyasal özelliklerini değiştirmiştir. Fotolitografide prensip benzerdir: ışık bir fotomaskeden bir fotorezist üzerine geçirilir ve maskeden geçtiği yerlerde, fotorezistin bireysel alanları özellikleri değiştirir. Işık radyasyonu maskeler aracılığıyla iletilir ve alt tabakaya odaklanır.

Doğru odaklama için, maske üzerinde kesilen görüntüyü çip boyutuna indirgemekle kalmayıp, aynı zamanda iş parçasına doğru bir şekilde yansıtan özel bir mercek veya ayna sistemi gereklidir. Basılı plakalar tipik olarak maskelerin kendisinden dört kat daha küçüktür.

Tüm harcanan fotorezist (ışınlama etkisi altında çözünürlüğünü değiştiren) özel bir kimyasal çözelti ile çıkarılır - bununla birlikte, aydınlatılmış fotorezistin altındaki substratın bir kısmı çözülür. Alt tabakanın maske tarafından ışıktan gizlenen kısmı çözülmeyecektir.

Bir iletken veya gelecekteki bir aktif eleman oluşturur - bu yaklaşımın sonucu, mikroişlemcinin her katmanında farklı kısa devre kalıplarıdır.

Nitekim, bir donör (n-tipi) veya alıcı (p-tipi) safsızlığı tanıtarak gerekli yerlerde yarı iletken yapılar oluşturmak için önceki tüm adımlar gerekliydi.

Diyelim ki silikonda bir p-tipi taşıyıcı konsantrasyon bölgesi, yani bir delik iletim bandı yapmamız gerekiyor. Bunu yapmak için, plaka implanter adı verilen bir cihaz kullanılarak işlenir - muazzam enerjiye sahip bor iyonları, yüksek voltajlı bir hızlandırıcıdan ateşlenir ve fotolitografi tarafından oluşturulan korunmasız alanlara eşit olarak dağıtılır.

Dielektrik kaldırıldığında, iyonlar korumasız silikon tabakasına nüfuz eder - aksi takdirde dielektrikte "sıkışırlar". Bir sonraki aşındırma işleminden sonra, dielektrik kalıntıları uzaklaştırılır ve boronun lokal olarak bulunduğu plaka üzerinde bölgeler kalır.

Modern işlemcilerin bu tür birkaç katmana sahip olabileceği açıktır - bu durumda, ortaya çıkan şekilde bir dielektrik katman tekrar büyütülür ve sonra her şey zorlu bir yol boyunca ilerler - başka bir fotodirenç katmanı, fotolitografi işlemi (zaten yeni bir maske kullanıyor) ), aşındırma, implantasyon ... iyi anladınız.

Transistörün karakteristik boyutu şimdi 32 nm'dir ve silikonun işlendiği dalga boyu sıradan ışık bile değil, özel bir ultraviyole excimer lazer - 193 nm. Bununla birlikte, optik yasaları, dalga boyunun yarısından daha az bir mesafede bulunan iki nesnenin çözülmesine izin vermez. Bunun nedeni ışık kırınımıdır. Nasıl olunur?

Çeşitli hileler kullanmak için - örneğin, ultraviyole spektrumunda çok parlayan bahsedilen excimer lazerlere ek olarak, modern fotolitografi, özel maskeler ve özel bir daldırma (daldırma) fotolitografi işlemi kullanan çok katmanlı yansıtıcı optikler kullanır.

Fotolitografi sürecinde oluşan mantık elemanları birbirine bağlanmalıdır. Bunu yapmak için, plakalar, bir elektrik akımının etkisi altında metal atomlarının kalan "geçişlerde" "yerleştiği" bir bakır sülfat çözeltisine yerleştirilir - bu galvanik işlemin bir sonucu olarak, iletken bölgeler oluşur. işlemcinin "mantığı"nın ayrı parçaları arasında bağlantılar oluşturan.

Fazla iletken kaplama polisajla giderilir.

En zor kısım bitti. Transistörlerin "kalıntılarını" bağlamanın zor bir yolu olmaya devam ediyor - tüm bu bağlantıların (veri yolları) ilkesi ve dizisine işlemci mimarisi denir.

Bu bağlantılar her işlemci için farklıdır - devreler tamamen düz görünse de, bazı durumlarda bu tür "kabloların" 30 seviyesine kadar kullanılabilir.

Uzaktan (çok yüksek bir büyütme ile) hepsi fütüristik bir yol kavşağına benziyor - ve sonuçta birileri bu karışıklıkları tasarlıyor!

Gofret işleme tamamlandığında gofretler üretimden montaj ve test atölyesine aktarılır. Orada, kristaller ilk testlerden geçer ve testi geçenler (ve bu ezici çoğunluktur) alt tabakadan özel bir cihazla kesilir.

Bir sonraki aşamada, işlemci bir alt tabakaya yerleştirilir (şekilde, bir CPU ve bir HD grafik yongasından oluşan bir Intel Core i5 işlemci).

Alt tabaka, kalıp ve ısı transfer kapağı birbirine bağlıdır - "işlemci" kelimesini söylediğimizde kastettiğimiz ürün budur.

Yeşil alt tabaka, elektriksel ve mekanik bir arayüz oluşturur (silikon çipi kasaya elektriksel olarak bağlamak için altın kullanılır), bu sayede işlemciyi bir anakart soketine takmak mümkün olacaktır - aslında, bu sadece bir platformdur. küçük çipin kontakları kablolu.

Isı dağıtım kapağı, çalışma sırasında işlemciyi soğutan bir termal arayüzdür - ister soğutucu bir radyatör isterse sağlıklı bir su bloğu olsun, soğutma sistemi bu kapağa eklenecektir.

Soket (merkezi işlemci konektörü) - merkezi bir işlemci kurmak için tasarlanmış bir soket veya yuva konektörü.

Anakart üzerindeki işlemciyi doğrudan lehimlemek yerine bir konektör kullanmak, bilgisayarı yükseltmek veya onarmak için işlemciyi değiştirmeyi kolaylaştırır.

Konektör, gerçek işlemciyi veya CPU kartını takacak şekilde tasarlanabilir (örneğin, Pegasos'ta). Her yuva, yalnızca belirli bir işlemci veya CPU kartı tipinin takılmasına izin verir.

Üretimin son aşamasında, bitmiş işlemciler ana özelliklere uygunluk için son testlerden geçer - her şey yolundaysa, işlemciler doğru sırayla özel tepsilere ayrılır - bu formda işlemciler üreticilere veya OEM satışlarına gidin.

Başka bir parti, BOX versiyonları şeklinde satışa sunulacak - stok soğutma sistemi ile birlikte güzel bir kutuda.

Şimdi şirketin, örneğin 20 yeni işlemciyi duyurduğunu hayal edin. Hepsi birbirinden farklı - çekirdek sayısı, önbellek boyutları, desteklenen teknolojiler ...

Her işlemci modeli belirli sayıda transistör kullanır (tahmini milyonlarca ve hatta milyarlarca), kendi bağlantı elemanları ilkesi ... Ve bunların tümü tasarlanmalı ve oluşturulmalı / otomatikleştirilmelidir - şablonlar, lensler, litograflar, her işlem için yüzlerce parametre , test yapmak ...

Ve tüm bunlar aynı anda birkaç fabrikada 24 saat çalışmalı ...

Sonuç olarak, çalışmalarında hataya yer olmayan cihazlar ortaya çıkmalı ve bu teknolojik şaheserlerin maliyeti nezaket sınırları içinde olmalıdır.

Intel'in üretim fabrikalarının şu anda teknik donanım açısından dünyanın önde gelen fabrikalarından biri olduğu bir sır değil. Sert Chelyabinsk boru dökümhanelerinden nasıl farklıdırlar? Görelim.

3 adet Paskalya yumurtası

Bu makale öncelikle işlemci üretimi için kendi fabrikasını kurmak isteyenler için faydalı olabilir - en az bir kez böyle bir fikriniz varsa, o zaman makaleyi işaretlemekten çekinmeyin;) Hangi ölçekten bahsettiğimizi anlamak için , "İşlemci Üretimi Zorlukları" başlıklı bir önceki makaleye bakmanızı tavsiye ederim. Ölçeği fabrikanın kendisinin değil (onlarınki de olsa) değil, üretimin kendisinin anlamak önemlidir - modern işlemcilerin bazı "ayrıntıları" tam anlamıyla atomik düzeyde yapılır. Buna göre, yaklaşım burada özeldir.

Üretimde fabrikalar olmadan yapamayacağımız açıktır. Şu anda Intel'in 32nm teknolojisini kullanarak seri üretim işlemcileri yapabilen 4 fabrikası var: D1D ve D1C Oregon'da, muhteşem 32 Arizona'da ve harika 11X New Mexico'da.

Tesis cihazı

300 mm silikon gofretlerde işlemci üretimi için her Intel fabrikasının yüksekliği 21 metredir ve alan 100 bin metrekareye ulaşmaktadır. Tesis binası 4 ana seviyeye ayrılabilir:

Havalandırma sistemi seviyesi
Bir mikroişlemci milyonlarca transistörden oluşur - bir silikon gofret üzerindeki en küçük toz lekesi binlerce transistörü yok edebilir. Bu nedenle mikroişlemci üretimi için en önemli koşul, tesislerin steril temizliğidir. Havalandırma sisteminin seviyesi en üst katta yer almaktadır - üretim tesislerinde havayı %100 temizleyen, sıcaklık ve nemi kontrol eden özel sistemler bulunmaktadır. "Temiz Odalar" olarak adlandırılan odalar (birim hacimdeki toz parçacıklarının sayısına bağlı olarak) sınıflara ayrılır ve en çok (sınıf 1) bir cerrahi ameliyathaneden yaklaşık 1000 kat daha temizdir. Titreşimleri ortadan kaldırmak için temiz odalar kendi titreşim koruma temelleri üzerine yerleştirilmiştir.

Temiz oda seviyesi
Zemin, birkaç futbol sahasının alanını kaplar - burada mikroişlemciler yapılır. Özel bir otomatik sistem, plakaların bir üretim istasyonundan diğerine hareketini gerçekleştirir. Temizlenen hava, tavanda bulunan havalandırma sisteminden sağlanır ve zeminde bulunan özel açıklıklardan dışarı atılır.
Tesislerin sterilitesi için artan gereksinimlere ek olarak, orada çalışan personel de "temiz" olmalıdır - sadece bu seviyede uzmanlar silikonu koruyan steril giysiler içinde çalışır (dahili pille çalışan filtreleme sistemi sayesinde) tekstil tozu mikropartiküllerinden, saç ve cilt partiküllerinden gofretler ... Bu takıma "Tavşan takımı" denir - ilk kez giymesi 30 ila 40 dakika sürebilir. Şirketin uzmanları için yaklaşık 5 dakika sürer.

Alt düzey
Fabrikanın çalışmasını destekleyen sistemler (pompalar, transformatörler, güç kabinleri vb.) için tasarlanmıştır. Büyük borular (kanallar) çeşitli teknik gazları, sıvıları ve egzoz havasını taşır. Bu seviyedeki çalışanlar için tulumlar arasında kask, gözlük, eldiven ve özel ayakkabılar bulunur.

mühendislik seviyesi
Amaçlandığı gibi, alt seviyenin bir devamıdır. Üretimin güç kaynağı için elektrik panelleri, bir boru hatları ve hava kanalları sistemi ile klimalar ve kompresörler vardır.

Toz- organik veya mineral kökenli küçük katılar. Toz, ortalama çapı 0,005 mm ve maksimum çapı 0,1 mm olan parçacıklardır. Daha büyük parçacıklar, malzemeyi 0,1 ila 1 mm boyutunda kuma dönüştürür. Nem genellikle tozu kire dönüştürür. İlginç gerçekler Kapalı pencereleri olan sıkıca kilitlenmiş bir dairede, iki hafta içinde zeminin 1 santimetrekaresine ve mobilyaların yatay yüzeyine yaklaşık 12 bin toz parçacığı yerleşir. Bu toz %35 mineral partikülleri, %12 tekstil ve kağıt lifleri, %19 deri pulları, %7 polen, %3 kurum ve duman partikülleri içerir. Kalan %24'ü ise bilinmeyen kökenlidir. Bir hektar çimin 60 ton toz tuttuğu tahmin ediliyor.

Bu seviyede bir fabrika inşa etmek yaklaşık 3 yıl ve yaklaşık 5 milyar dolar sürer - bu miktarın önümüzdeki 4 yıl içinde tesis tarafından “yeniden alınması” gerekecektir (yeni bir teknolojik süreç ve mimari ortaya çıkana kadar; gerekli performans bunun için saatte yaklaşık 100 çalışan silikon gofret). Bu rakamlardan sonra, yüzünüzdeki tek bir kas bile sallanmadıysa, işte size biraz daha yaklaşık istatistik (zaten tahmine dahil edilecek). Bir fabrika inşa etmek için ihtiyacınız olan:
- 19.000 tondan fazla çelik
- 112.000 metreküpten fazla beton
- 900 kilometreden fazla kablo

Şirketin fabrikalarından birinin görsel yapım süreci (HD olarak yüklendi):

Tam Olarak Intel Kopya

Çoğu yarı iletken elektronik üreticisi için, Ar-Ge laboratuvarlarında kullanılan ekipman ve işlemler, ürünleri üreten fabrikalarda kullanılanlardan farklıdır. Bu bağlamda, bir sorun ortaya çıkar - pilot üretimden seri üretime geçerken, öngörülemeyen durumlar ve diğer gecikmeler genellikle teknolojik süreçleri iyileştirme ve uyarlama ihtiyacı nedeniyle ortaya çıkar - genel olarak, en yüksek ürün verimi yüzdesini elde etmek için her şeyi yapmak. Seri üretimdeki gecikmeye ek olarak, bu, diğer komplikasyonlara ve en azından teknik sürecin parametrelerinin değerlerinde değişikliklere yol açabilir. Buna göre, sonuç tahmin edilemez olabilir.
Intel olarak adlandırılan bu durumda kendi yaklaşımı vardır. Tam Olarak Kopyala... Bu teknolojinin özü, yapım aşamasındaki fabrikalar için laboratuvar koşullarının tam olarak kopyalanmasıdır. Her şey en küçük ayrıntısına kadar tekrarlanır - sadece binanın kendisi (yapı, ekipman ve ayarlar, boru sistemi, temiz odalar ve duvar boyaması) değil, aynı zamanda süreçlerin giriş / çıkış parametreleri (500'den fazla!), Hammadde tedarikçileri malzeme ve hatta personel eğitimi yöntemleri. Bütün bunlar, fabrikaların lansmanından hemen sonra tam güçle çalışmasına izin veriyor, ancak bu ana artı değil. Bu yaklaşım sayesinde fabrikalar büyük bir esnekliğe sahiptir - bir kaza veya yeniden yapılanma durumunda, bir tesiste başlatılan plakalar, işletmeye fazla zarar vermeden hemen başka bir tesiste "devam ettirilebilir". Bu yaklaşım rakip şirketler tarafından takdir edildi, ancak nedense artık neredeyse hiç kimse kullanmıyor.

Daha önce de söylediğim gibi Intel, sergisini salonun en büyüklerinden biri olan Moskova Politeknik Müzesi'nin bilgisayar teknolojisi salonunda açtı. Standın adı “ Kumdan işlemciye"Ve oldukça bilişsel bir yapıdır.

Salonun başında, şirketin fabrikalarında kullanılan kostümün tam bir kopyasında "Chipman" var. Yakınlarda - fabrikalardan birinin modeli; yakınlarda, içinde "farklı aşamalarda işlemciler" bulunan bir stand var - silikon oksit parçaları, silikon gofretler, işlemcilerin kendileri vb. Bütün bunlar büyük miktarda bilgi ile sağlanır ve üzerinde herkesin işlemci cihazını görebileceği etkileşimli bir stand tarafından desteklenir (ölçek kaydırıcısını moleküler yapıya doğru hareket ettirerek). Asılsız olmamak için, işte maruz kalmanın birkaç fotoğrafı:

Pazartesi günü, işlemcilerin kendisinin üretimi hakkında bir makale olacak. O zamana kadar arkanıza yaslanın ve bu videoyu (tercihen HD olarak) izleyin:

Modern elektronik tüketicisini şaşırtmak çok zor. Cebimizin yasal olarak bir akıllı telefon tarafından işgal edilmesine, çantada bir dizüstü bilgisayarın bulunmasına, akıllı bir saatin elimizdeki adımları itaatkar bir şekilde saymasına ve aktif gürültü önleme sistemine sahip kulaklıkların kulaklarımızı okşamasına zaten alışkınız.

Komik bir şey, ama bir değil iki, üç veya daha fazla bilgisayarı aynı anda taşımaya alışkınız. Sonuçta, sahip bir cihazı bu şekilde arayabilirsiniz. İşlemci... Belirli bir cihazın nasıl göründüğü hiç önemli değil. Çalkantılı ve hızlı bir gelişim yolunun üstesinden gelen çalışmalarından minyatür bir çip sorumludur.

İşlemci konusunu neden gündeme getirdik? Basit. Son on yılda, mobil cihazlar dünyasında gerçek bir devrim yaşandı.

Bu cihazlar arasında sadece 10 yıllık fark var. Ancak Nokia N95 o zamanlar bize bir uzay cihazı gibi görünüyordu ve bugün ARKit'e belli bir güvensizlikle bakıyoruz.

Ancak her şey farklı olabilirdi ve hırpalanmış Pentium IV sıradan bir alıcının nihai hayali olarak kalabilirdi.

Karmaşık teknik terimlerden kaçınmaya ve işlemcinin nasıl çalıştığını açıklamaya ve geleceğin hangi mimari olduğunu anlamaya çalıştık.

1. Her şey nasıl başladı

İlk işlemciler, PC'nizin sistem biriminin kapağını açtığınızda gördüğünüzden kesinlikle farklıydı.

XX yüzyılın 40'lı yıllarında mikro devreler yerine, elektromekanik röleler vakum tüpleri ile desteklenmiştir. Lambalar, durumu devredeki voltajı düşürerek veya artırarak düzenlenebilen bir diyot rolünü oynadı. Bu tür yapılar şöyle görünüyordu:

Devasa bir bilgisayarın çalışması için yüzlerce, bazen binlerce işlemci gerekiyordu. Ancak aynı zamanda, standart Windows ve macOS setinden NotePad veya TextEdit gibi basit bir düzenleyici bile böyle bir bilgisayarda çalıştıramazsınız. Bir bilgisayarın yeterli gücü olmazdı.

2. Transistörlerin ortaya çıkışı

İlk Alan Etkili Transistörler 1928'de ortaya çıktı. Ancak dünya ancak sözde ortaya çıktıktan sonra değişti. bipolar transistörler, 1947'de açıldı.

1940'ların sonlarında, deneysel fizikçi Walter Brattain ve teorisyen John Bardeen ilk nokta transistörünü geliştirdi. 1950'de ilk bağlantı transistörü ile değiştirildi ve 1954'te tanınmış üretici Texas Instruments bir silikon transistör duyurdu.

Ancak asıl devrim 1959'da bilim adamı Jean Henri'nin monolitik entegre devrelerin temeli haline gelen ilk silikon düzlemsel (düz) transistörü geliştirmesiyle geldi.

Evet, bu biraz zor, o yüzden biraz daha derine inelim ve teorik kısımla ilgilenelim.

3. Transistör nasıl çalışır?

Yani, böyle bir elektrikli bileşenin görevi transistör akımı kontrol etmektir. Basitçe söylemek gerekirse, bu biraz zor anahtar, elektrik akışını kontrol eder.

Bir transistörün geleneksel bir anahtara göre ana avantajı, insan varlığı gerektirmemesidir. Onlar. böyle bir eleman akımı bağımsız olarak kontrol edebilir. Ayrıca, elektrik devresini kendiniz açıp kapatacağınızdan çok daha hızlı çalışır.

Okulun bilgisayar bilimleri dersinden, muhtemelen bilgisayarın sadece iki durumun kombinasyonları nedeniyle insan dilini "anladığını" hatırlıyorsunuzdur: "açık" ve "kapalı". Makine anlayışında bu bir "0" veya "1" durumudur.

Bilgisayarın görevi, elektrik akımını sayılar şeklinde temsil etmektir.

Ve daha önce durum değiştirme görevi, beceriksiz, hantal ve etkisiz elektrik röleleri tarafından yapıldıysa, şimdi transistör bu rutin işi devraldı.

60'ların başından beri, transistörler silikondan yapılmıştır, bu da sadece işlemcileri daha kompakt hale getirmeyi değil, aynı zamanda güvenilirliklerini önemli ölçüde artırmayı da mümkün kılmıştır.

Ama önce diyotla ilgilenelim.

Silikon(aka Si - periyodik tablodaki "silisyum") yarı iletkenler kategorisine girer, yani bir yandan akımı dielektrikten daha iyi geçirir, diğer yandan metalden daha kötü yapar.

Beğensek de beğenmesek de, işlemcilerin gelişiminin çalışmasını ve daha sonraki tarihini anlamak için bir silikon atomunun yapısına dalmak zorunda kalacağız. Korkmayın, kısa ve çok net yapacağız.

Transistörün görevi, ek bir güç kaynağı kullanarak zayıf bir sinyali yükseltmektir.

Silikon atomunun bağ oluşturduğu dört elektronu vardır. (veya kesin olmak gerekirse - kovalent bağlar) aynı üç yakın atomla, bir kristal kafes oluşturur. Elektronların çoğu iletişim halindeyken, küçük bir kısmı kristal kafes içinde hareket edebilmektedir. Elektronların bu kısmi geçişinden dolayı silisyum yarı iletken olarak sınıflandırılmıştır.

Ancak böyle zayıf bir elektron hareketi pratikte transistörün kullanımına izin vermezdi, bu nedenle bilim adamları transistörlerin performansını artırmaya karar verdiler. alaşımlama veya daha basit olarak, karakteristik bir elektron düzenine sahip elementlerin atomlarıyla silikon kristal kafesin eklenmesi.

Böylece, aldıkları için 5 değerlikli bir fosfor safsızlığı kullanmaya başladılar. n-tipi transistörler... Ek bir elektronun varlığı, akımın geçişini artırarak hareketlerini hızlandırmayı mümkün kıldı.

Transistörleri doping yaparken p tipi bor, üç elektron içeren böyle bir katalizör oldu. Bir elektronun olmaması nedeniyle, kristal kafeste delikler ortaya çıkar (pozitif bir yükün rolünü oynarlar), ancak elektronların bu delikleri doldurabilmesi nedeniyle silikonun iletkenliği önemli ölçüde artar.

Diyelim ki bir silikon gofret aldık ve bir parçasına p-tipi katkı maddesi ve diğer kısmına n-tipi katkı maddesi ekledik. Bu şekilde aldık diyot- transistörün temel elemanı.

Şimdi n kısmında bulunan elektronlar, p kısmında bulunan deliklere gitme eğiliminde olacaktır. Bu durumda, n tarafı hafif bir negatif yüke sahip olacak ve p tarafı pozitif yüke sahip olacaktır. Bu "yerçekimi" sonucu oluşan elektrik alanı - bir bariyer, elektronların daha fazla hareket etmesini önleyecektir.

Güç kaynağı diyota "-" plakanın p tarafına ve "+" - n tarafına değecek şekilde bağlanırsa, deliklerin olması nedeniyle akım akışı imkansız olacaktır. güç kaynağının negatif temasına çekilecek ve elektronlar - pozitif olacak ve p ve n elektronları arasındaki bağ, birleşik katmanın genişlemesi nedeniyle kaybolacaktır.

Ancak güç kaynağını tam tersi şekilde yeterli voltajla bağlarsanız, yani. Kaynaktan p tarafına "+" ve n tarafına "-" - n tarafına yerleştirilen elektronlar negatif kutup tarafından itilecek ve p tarafına doğru itilecek, boşlukları işgal edecek. p-bölgesi.

Ama şimdi elektronlar güç kaynağının pozitif kutbuna çekilir ve p-delikleri boyunca hareket etmeye devam ederler. Bu fenomenin adı ileri taraflı diyot.

diyot + diyot = transistör

Transistörün kendisi, birbirine kenetlenmiş iki diyot olarak düşünülebilir. Bu durumda, p-bölgesi (deliklerin bulunduğu bölge) onlar için ortak hale gelir ve "taban" olarak adlandırılır.

N-P-N transistörünün ek elektronları olan iki n-bölgesi vardır - bunlar aynı zamanda "yayıcı" ve "toplayıcı" ve delikli bir zayıf bölgedir - "temel" olarak adlandırılan p-bölgesi.

Transistörün n-bölgelerine (kutuptan bağımsız olarak) bir güç kaynağı (buna V1 diyelim) bağlarsak, bir diyot ters kutuplanır ve transistör kapalı.

Ancak, başka bir güç kaynağı bağladığımız anda (buna V2 diyelim), "+" kontağını "merkezi" p-bölgesine (taban) ve "-" kontağı n-bölgesine (verici) ayarlayarak, elektronların bir kısmı yeniden oluşturulmuş zincirden (V2) akacak ve bir kısmı pozitif n-bölgesi tarafından çekilecektir. Sonuç olarak, elektronlar kollektör alanına akacak ve zayıf elektrik akımı güçlendirilecektir.

Nefes ver!

4. Peki bir bilgisayar nasıl çalışır?

Ve şimdi en önemli şey.

Uygulanan voltaja bağlı olarak, transistör şunlardan biri olabilir: açık veya kapalı... Voltaj, potansiyel engeli aşmak için yetersizse (p ve n plakalarının birleştiği yerde aynı), transistör kapalı durumda - “kapalı” durumda veya ikili sistem dilinde, “ 0”.

Yeterli voltajla, transistör açılır ve ikili sistemde "açık" veya "1" değerini alırız.

Bu durum, 0 veya 1, bilgisayar endüstrisinde "bit" olarak adlandırılır.

Onlar. İnsanlığın yolunu bilgisayarlara açan anahtarın asıl özelliğini biz alıyoruz!

İlk elektronik dijital bilgisayar ENIAC'ta veya daha basit bir ifadeyle ilk bilgisayarda yaklaşık 18 bin triyot tüp kullanıldı. Bilgisayar tenis kortu büyüklüğündeydi ve 30 ton ağırlığındaydı.

Bir işlemcinin nasıl çalıştığını anlamak için anlamanız gereken iki önemli nokta daha var.

1. an... Yani, ne olduğuna karar verdik biraz... Ama onun yardımıyla bir şeyin sadece iki özelliğini elde edebiliriz: ya "evet" ya da "hayır". Bilgisayarın bizi daha iyi anlamayı öğrenmesi için, takma adı verilen 8 bit (0 veya 1) kombinasyonunu buldular. bayt.

Bir bayt kullanarak, sıfırdan 255'e kadar bir sayıyı kodlayabilirsiniz. Bu 255 sayıları - sıfır ve bir kombinasyonlarını kullanarak, her şeyi kodlayabilirsiniz.

2. an Rakamların ve harflerin mantıksız olması bize hiçbir şey vermez. Bu yüzden konsept ortaya çıktı mantıksal operatörler.

Yalnızca iki transistörü belirli bir şekilde bağlayarak, aynı anda birkaç mantıksal işlemin yürütülmesini sağlayabilirsiniz: "ve", "veya". Her transistördeki voltaj değerinin kombinasyonu ve bağlantılarının türü, farklı sıfır ve bir kombinasyonları elde etmenizi sağlar.

Programcıların çabalarıyla, bilgisayarın tam olarak ne dediğini anlayabilmemiz için ikili sistem olan sıfırlar ve birler değerleri ondalık sayıya dönüştürülmeye başlandı. Ve komutları girmek için, klavyeden harf girmek gibi olağan eylemlerimiz, ikili bir komut zinciri olarak temsil edilir.

Basitçe söylemek gerekirse, her harfin 0 ve 1 kombinasyonuna karşılık geldiği ASCII gibi bir yazışma tablosu olduğunu hayal edin. Klavyede bir düğmeye bastınız ve şu anda işlemcide program sayesinde, transistörler öyle bir geçiş yaptılar ki ekran ekranda belirdi.

Bu, bir işlemcinin ve bir bilgisayarın nasıl çalıştığına dair oldukça ilkel bir açıklamadır, ancak devam etmemizi sağlayan bu anlayıştır.

5. Ve transistör yarışı başladı

İngiliz radyo mühendisi Jeffrey Dahmer'in 1952'de en basit elektronik bileşenleri monolitik bir yarı iletken kristale yerleştirmeyi önermesinden sonra, bilgisayar endüstrisi ileriye doğru bir adım attı.

Dahmer tarafından önerilen entegre devrelerden mühendisler hızla mikroçipler transistörlere dayalıdır. Buna karşılık, bu çiplerin birçoğu zaten kendini oluşturdu. İşlemci.

Tabii ki, bu tür işlemcilerin boyutu modern olanlara pek benzemiyor. Artı, 1964'e kadar tüm işlemcilerin bir sorunu vardı. Bireysel bir yaklaşım talep ettiler - her işlemci için kendi programlama dili.

• 1964 IBM Sistemi / 360. Evrensel Programlama Kodu ile uyumlu bir bilgisayar. Bir işlemci modeli için talimat seti, bir diğeri için kullanılabilir.
• 70'ler.İlk mikroişlemcilerin görünümü. Intel'den tek çipli işlemci. Intel 4004 - 10 mikron TP, 2.300 transistör, 740 kHz.
• 1973 Intel 4040 ve Intel 8008.3.000 transistör, Intel 4040 için 740 kHz ve Intel 8008 için 500 kHz'de 3.500 transistör.
• 1974 Intel8080. 6 mikron TP ve 6000 transistör. Saat frekansı yaklaşık 5000 kHz'dir. Bu özel işlemci Altair-8800 bilgisayarında kullanıldı. Kiev Mikro Cihazlar Araştırma Enstitüsü tarafından geliştirilen Intel 8080 - KR580VM80A işlemcinin yerel kopyası. 8 bit.
• 1976 Intel 8080... 3 mikron TP ve 6500 transistör. Saat frekansı 6 MHz'dir. 8 bit.
• 1976 Zilog Z80. 3 mikron TP ve 8500 transistör. 8 MHz'e kadar saat frekansı. 8 bit.
• 1978 Intel 8086... 3 mikron TP ve 29.000 transistör. Saat frekansı yaklaşık 25 MHz'dir. x86 komut sistemi bugün hala kullanılmaktadır. 16 bit.
• 1980 Intel 80186... 3 mikron TP ve 134.000 transistör. Saat frekansı 25 MHz'e kadar. 16 bit.
• 1982 Intel 80286. 1.5 mikron TP ve 134.000 transistör. Frekans - 12,5 MHz'e kadar. 16 bit.
• 1982 Motorola 68000... 3 mikron ve 84.000 transistör. Bu işlemci Apple Lisa bilgisayarında kullanıldı.
• 1985 Intel 80386... 1.5 mikron TP ve 275.000 transistör Frekans - 386SX versiyonunda 33 MHz'e kadar.

Liste sonsuza kadar devam ettirilebilir gibi görünüyor, ancak burada Intel mühendisleri ciddi bir sorunla karşı karşıya kaldı.

6. Moore Yasası veya çip üreticilerinin nasıl yaşadığı

Bu 80'lerin sonu. 60'ların başında, Intel Gordon Moore'un kurucularından biri, "Moore Yasası" olarak adlandırılan şeyi formüle etti. Kulağa şöyle geliyor:

Her 24 ayda bir entegre devre çipindeki transistör sayısı iki katına çıkıyor.

Bu yasaya yasa demek zor. Bunun yerine, ampirik gözlem olarak adlandırılacaktır. Teknoloji gelişiminin hızını karşılaştıran Moore, benzer bir eğilimin oluşabileceği sonucuna vardı.

Ancak, dördüncü nesil Intel i486 işlemcilerin geliştirilmesi sırasında, mühendisler zaten performans tavanına ulaştıkları ve artık aynı alanda daha fazla işlemciyi barındıramayacakları gerçeğiyle karşı karşıya kaldılar. O zamanlar teknoloji buna izin vermiyordu.

Çözüm olarak, bir dizi ek öğe kullanılarak bir seçenek bulundu:

• ön bellek;
• konveyör;
• yerleşik yardımcı işlemci;
• çarpan.

Hesaplama yükünün bir kısmı bu dört düğümün omuzlarına düştü. Sonuç olarak, önbelleğin görünümü bir yandan işlemcinin tasarımını karmaşıklaştırırken, diğer yandan çok daha güçlü hale geldi.

Intel i486 işlemci zaten 1,2 milyon transistörden oluşuyordu ve maksimum çalışma frekansı 50 MHz'e ulaştı.

1995 yılında AMD, geliştirmeye katıldı ve o zamanın en hızlısı olan i486 uyumlu Am5x86 işlemcisini 32 bit mimaride piyasaya sürdü. Halihazırda 350 nanometre işlem teknolojisine göre üretilmişti ve kurulu işlemci sayısı 1,6 milyon parçaya ulaştı. Saat frekansı 133 MHz'e yükseldi.

Ancak yonga üreticileri, yonga üzerine kurulu işlemci sayısındaki daha fazla artışın ve zaten ütopik mimari CISC'nin (Karmaşık Komut Seti Hesaplama) gelişiminin peşine düşmeye cesaret edemediler. Bunun yerine, Amerikalı mühendis David Patterson, yalnızca en gerekli hesaplama talimatlarını bırakarak işlemcilerin performansını optimize etmeyi önerdi.

Böylece işlemci üreticileri RISC (Reduced Instruction Set Computing) platformuna geçtiler ancak bu bile yeterli olmadı.

1991 yılında, 100 MHz frekansında çalışan bir 64-bit R4000 işlemci piyasaya sürüldü. Üç yıl sonra, R8000 işlemci ortaya çıkıyor ve iki yıl sonra - 195 MHz'e kadar saat frekansına sahip R10000. Buna paralel olarak, mimarisi çarpma ve bölme talimatlarının bulunmadığı SPARC işlemcileri için pazar gelişiyordu.

Çip üreticileri, transistör sayısı için savaşmak yerine mimarilerini revize etmeye başladılar.... "Gereksiz" talimatların reddedilmesi, talimatların bir saat döngüsünde yürütülmesi, genel değer kayıtlarının ve boru hattının varlığı, transistör sayısıyla bozulmadan işlemcilerin saat frekansını ve gücünü hızlı bir şekilde artırmayı mümkün kıldı.

İşte 1980'den 1995'e kadar ortaya çıkan mimarilerden sadece birkaçı:

• SPARC;
• KOL;
• PowerPC;
• Intel P5;
• AMD K5;
• Intel P6.

Bunlar RISC platformuna ve bazı durumlarda CISC platformunun kısmi, birleşik kullanımına dayanıyordu. Ancak teknolojinin gelişimi bir kez daha çip üreticilerini işlemciler oluşturmaya devam etmeye itti.

Ağustos 1999'da, 250 nanometre proses teknolojisi kullanılarak üretilen ve 22 milyon transistör içeren AMD K7 Athlon pazara girdi. Daha sonra çıta 38 milyon işlemciye yükseltildi. Sonra 250 milyona kadar.

Teknolojik işlemci arttı, saat frekansı arttı. Ama fiziğin dediği gibi her şeyin bir sınırı vardır.

7. Transistör yarışmasının sonu yakın

2007'de Gordon Moore çok sert bir açıklama yaptı:

Moore Yasası yakında işlemeye son verecek. Sınırsız sayıda işlemciyi süresiz olarak kurmak mümkün değildir. Bunun nedeni, maddenin atomik doğasıdır.

Önde gelen iki yonga üreticisi AMD ve Intel'in son birkaç yılda işlemci geliştirme hızını açıkça yavaşlattığı çıplak gözle fark edilebilir. Üretim sürecinin hassasiyeti yalnızca birkaç nanometreye ulaştı, ancak daha fazla işlemciyi barındırmak mümkün değil.

Yarı iletken üreticileri, 3DN ve bellek ile paralellik kurarak çok katmanlı transistörleri piyasaya sürmekle tehdit ederken, 30 yıl önce x86 mimarisinin ciddi bir rakibi var.

8. "Normal" işlemcileri neler bekliyor?

Moore Yasası 2016'dan beri geçersizdir. Bu, en büyük işlemci üreticisi Intel tarafından resmen açıklandı. Yonga üreticileri artık her iki yılda bir hesaplama gücünü %100 oranında ikiye katlayamaz.

Ve şimdi işlemci üreticilerinin birkaç tavizsiz seçeneği var.

İlk seçenek kuantum bilgisayarlar... Bilgileri temsil etmek için parçacıkları kullanan bir bilgisayar oluşturmaya yönelik girişimlerde bulunuldu. Dünyada bu tür birkaç kuantum cihazı var, ancak yalnızca düşük karmaşıklıktaki algoritmalarla başa çıkabilirler.

Ayrıca, bu tür cihazların önümüzdeki yıllarda seri olarak piyasaya sürülmesi söz konusu bile değil. Pahalı, etkisiz ve ... yavaş!

Evet, kuantum bilgisayarlar modern muadillerinden çok daha az enerji tüketir, ancak geliştiriciler ve bileşen üreticileri yeni teknolojiye geçene kadar daha yavaş çalışırlar.

İkinci seçenek, transistör katmanlarına sahip işlemcilerdir.... Hem Intel hem de AMD bu teknolojiyi ciddi olarak düşünmüşlerdir. Bir transistör katmanı yerine birkaç tane kullanmayı planlıyorlar. Görünüşe göre önümüzdeki yıllarda sadece çekirdek sayısı ve saat frekansının değil, transistör katmanlarının sayısının da önemli olacağı işlemciler ortaya çıkabilir.

Kararın var olma hakkı var ve böylece tekelciler tüketiciyi birkaç on yıl daha sağabilecekler, ancak sonunda teknoloji tekrar tavana vuracak.

Bugün, ARM mimarisinin hızlı gelişimini fark eden Intel, Ice Lake çiplerinin düşük profilli bir duyurusunu yaptı. İşlemciler 10 nanometre üretim süreci kullanılarak üretilecek ve akıllı telefonlar, tabletler ve mobil cihazlar için temel oluşturacak. Ama bu 2019'da olacak.

9. ARM gelecek

Böylece, x86 mimarisi 1978'de ortaya çıktı ve CISC platform tipine ait. Onlar. kendi içinde, tüm durumlar için talimatların varlığını varsayar. Çok yönlülük, x86'nın ana gücüdür.

Ancak aynı zamanda, çok yönlülük bu işlemcilerle acımasız bir şaka yaptı. X86'nın birkaç önemli dezavantajı vardır:

• komutların karmaşıklığı ve açık kafa karışıklığı;
• yüksek enerji tüketimi ve ısı üretimi.

Yüksek performans için enerji verimliliğine elveda demek zorunda kaldım. Ayrıca, şu anda iki şirket, tekelcilere güvenle atfedilebilecek x86 mimarisi üzerinde çalışıyor. Bunlar Intel ve AMD'dir. Yalnızca onlar x86 işlemciler üretebilir, bu da teknolojilerin gelişimini yalnızca onların yönettiği anlamına gelir.

Aynı zamanda, birkaç şirket ARM'nin (Arcon Risk Machine) geliştirilmesiyle uğraşmaktadır. 1985'te geliştiriciler, mimarinin daha da geliştirilmesi için temel olarak RISC platformunu seçtiler.

CISC'den farklı olarak RISC, gerekli minimum sayıda talimata, ancak maksimum optimizasyona sahip bir işlemcinin tasarımını varsayar. RISC işlemcileri, CISC'den çok daha küçüktür, daha enerji verimli ve daha basittir.

Ayrıca, ARM başlangıçta yalnızca x86'ya rakip olarak yaratılmıştı. Geliştiriciler, x86'dan daha verimli bir mimari oluşturma görevini belirlediler.

1940'lardan beri mühendisler, öncelikli görevlerden birinin bilgisayarların ve her şeyden önce işlemcilerin boyutunu küçültmek için çalışmak olduğunu anladılar. Ancak neredeyse 80 yıl önce, tam teşekküllü bir bilgisayarın bir kibrit kutusundan daha küçük olacağını pek kimse hayal edemezdi.

ARM mimarisi bir zamanlar Apple tarafından desteklendi ve ARM6 ARM işlemci ailesini temel alan Newton tabletlerinin üretimini başlattı.

Masaüstü bilgisayar satışları düşerken, yıllık satılan mobil cihaz sayısı şimdiden milyarları buluyor. Genellikle, performansa ek olarak, bir elektronik cihaz seçerken, kullanıcı birkaç kriterle daha ilgilenir:

• hareketlilik;
• özerklik.

x86 mimarisi performans açısından güçlüdür, ancak aktif soğutmayı bırakırsanız, ARM mimarisinin arka planına karşı güçlü bir işlemci acıklı görünecektir.

10. ARM neden tartışmasız liderdir?

İster basit bir Android ister Apple'ın 2016 amiral gemisi olsun, akıllı telefonunuzun 90'ların sonlarındaki tam teşekküllü bilgisayarlardan onlarca kat daha güçlü olmasına şaşırmanız pek olası değil.

Ancak aynı iPhone ne kadar daha güçlü?

İki farklı mimariyi kendi içinde karşılaştırmak çok zordur. Buradaki ölçümler yalnızca yaklaşık olarak yapılabilir, ancak ARM mimarisi üzerine kurulu akıllı telefon işlemcilerinin sağladığı muazzam avantajı anlayabilirsiniz.

Bu konuda evrensel bir yardımcı, yapay Geekbench performans testidir. Yardımcı program hem sabit bilgisayarlarda hem de Android ve iOS platformlarında kullanılabilir.

Orta sınıf ve giriş seviyesi dizüstü bilgisayarlar açıkça iPhone 7'nin performansının gerisinde kalıyor. Üst düzey segmentte işler biraz daha karmaşık, ancak 2017'de Apple, iPhone X'i yeni A11 Bionic çipinde piyasaya sürüyor.

Orada, ARM mimarisini zaten biliyorsunuz, ancak Geekbench puanları neredeyse iki katına çıktı. "Üst kademeden" dizüstü bilgisayarlar gerildi.

Ama sadece bir yıl geçti.

ARM çarçabuk gelişiyor. Intel ve AMD her yıl %5-10 performans artışı gösterirken, aynı dönemde akıllı telefon üreticileri işlemci gücünü iki ila iki buçuk kat artırmayı başarıyor.

Geekbench'in en üst sıralarında yer alan şüpheci kullanıcılar sadece hatırlatmak isterler: mobil teknolojilerde her şeyden önce boyut önemlidir.

Masanın üzerine "ARM mimarisini parçalara ayıran" güçlü bir 18 çekirdekli hepsi bir arada bilgisayar kurun ve ardından iPhone'unuzu yanına yerleştirin. Farkı hissediyor musun?

11. Geri çekilmek yerine

Bilgisayarların gelişiminin 80 yıllık tarihini tek bir malzemede kavramak imkansızdır. Ancak bu makaleyi okuduktan sonra, herhangi bir bilgisayarın ana unsurunun nasıl düzenlendiğini - işlemciyi ve önümüzdeki yıllarda piyasadan ne bekleyeceğinizi anlayabileceksiniz.

Elbette Intel ve AMD, tek bir kalıptaki transistör sayısını daha da artırmak ve çok katmanlı elemanlar fikrini desteklemek için çalışacak.

Ama bir müşteri olarak böyle bir güce ihtiyacınız var mı?

iPad Pro'nun veya amiral gemisi iPhone X'in performansından muhtemelen memnun kalmayacaksınız. Mutfaktaki bir multicooker'ın performansından veya 65 inç 4K TV'nin görüntü kalitesinden memnun olmadığınızı düşünmüyorum. Ancak tüm bu cihazlar ARM tabanlı işlemciler kullanıyor.

Windows, ARM'ye ilgiyle baktığını resmen duyurdu. Şirket, Windows 8.1'de bu mimari için destek içeriyordu ve şu anda önde gelen ARM çip üreticisi Qualcomm ile birlikte çalışıyor.

Google ayrıca ARM'ye bakmayı başardı - işletim sistemi Chrome OS bu mimariyi destekliyor. Aynı anda, bu mimariyle de uyumlu olan birkaç Linux dağıtımı ortaya çıktı. Ve bu sadece başlangıç.

Enerji tasarruflu bir ARM işlemciyi bir grafen pille birleştirmenin ne kadar keyifli olacağını bir an için hayal etmeye çalışın. Geleceği dikte edebilecek mobil ergonomik araçlar elde etmeyi mümkün kılacak olan bu mimaridir.