Преди няколко години Intel въведе стъпка по стъпка процес за производство на микропроцесори: от пясък до краен продукт. Всъщност процесът на производство на полупроводникови елементи изглежда наистина странно.
Стъпка 1. Пясък
Силиция, който представлява общо около 25% от всички химически елементи в земната кора, е вторият най-разпространен след кислорода. Пясъкът има висок процент силициев диоксид (SiO 2), който е основната съставка не само за производството на процесори Intel, но и за производството на полупроводници като цяло.
Силикон от стопилка
Веществото се почиства за няколко етапа, докато се използва полупроводниковият полупроводник, използван в полупроводниците. В крайна сметка той идва под формата на монокристални блокове с диаметър около 300 милиметра (12 инча). По-рано, слитъците имаха диаметър 200 мм (8 инча), а в далечната 1970 г. - още по-малко - 50 мм (2 инча).
При дадено ниво на производство на преработватели след почистване чистотата на кристала е един атом на примес на милиард силициеви атоми. Теглото на слитъка е 100 килограма.
Стъпка 3. Нарязване на слитъка
Слитъкът се нарязва с много фина видяна върху отделни фрагменти, наречени субстрати. Всяка от тях впоследствие се полира, за да се получи безвредна, огледално гладка повърхност. Тя ще бъде на тази гладка повърхност, впоследствие ще бъде приложена малка медна жица.
Експозиция на фоторезистивен слой
Какво се върти с високоСкоростта на субстрата се напълва с фоторезистивна течност (същите материали се използват в традиционната снимка). При завъртане по цялата повърхност на субстрата се образува тънък и равномерен резистивен слой.
Ултравиолетовият лазер през маската и лещата влияе върху повърхността на субстрата, образувайки върху него малки светлинни UV светлини. Обективът прави фокусираното изображение 4 пъти по-малко от маската. Където ултравиолетовите линии влияят на резистивния слой, възниква химическа реакция, в резултат на което тези зони стават разтворими.
Стъпка 5. Хранене
След това разтворимият фоторезистен материал се разтваря напълно, като се използва химически разтворител. По този начин се използва химически агент за ецване за частично разтваряне или ецване на малко количество полиран полупроводников материал (субстрат). Останалият фоторезистентен материал се отстранява чрез подобен процес на изплакване, като се отваря (показва) ецваната повърхност на субстрата.
Образуване на слой
Допълнителни фоторезисти (фоточувствителни материали), които също се измиват и излагат, се добавят, за да се създадат малки медни проводници, които в крайна сметка ще предават електричество към /от различни конектори. Впоследствие, процесът на йонно допинг се извършва за добавяне на примеси и защита на отлаганията на медни йони от меден сулфат по време на процеса на галванизиране. На различните етапи от тези процеси на производство на процесори се добавят допълнителни материали, които са гравираниполиран. Този процес се повтаря 6 пъти, за да се образуват 6 слоя. Крайният продукт прилича на решетка от много микроскопични медни ленти, които провеждат електричество. Някои от тях са свързани с други, а някои са разположени на известно разстояние от другите. Но всички те се използват за постигане на една цел - за предаване на електрони. С други думи, те са предназначени да осигурят така наречената "полезна работа" (например, добавяне на две числа с възможно най-висока скорост, което е същността на модела на компютрите в наши дни). Многостепенната обработка се повтаря на всяка малка малка площ на повърхността на субстрата, върху която ще се произвеждат чиповете. Включват се и тези площи, които са частично разположени извън субстрата.
Стъпка 7. Изпитване
Веднага след прилагането на всички метални слоеве и създаването на всички транзистори, е време за следващия етап от производството на Intel процесори - тестване. Устройството с множество щифтове се намира на върха на чипа. Прикрепен е към комплекта микроскопични проводници. Всяка такава поща има електрическа връзка с чипа. За да възпроизведе работата на чипа, се предава последователност от тестови сигнали. При тестване се проверяват не само традиционните изчислителни способности, но се извършва и вътрешна диагностика с определяне на стойности на напрежението, каскадни последователности и други функции. Отговорът на чипа под формата на резултата от теста се съхранява в база данни, специално предназначена за тази субстратна област. Този процес се повтаряза всяка област на субстрата.
Рязане на плочите
За рязане на плочите се използва много малка трион с диамантен накрайник. Базата данни, попълнена в предишната стъпка, се използва, за да се определи кои чипове са отрязани от субстрата, записани и отхвърлени.
Стъпка 9. Изходна кутия
Всички работни плочи се поставят във физически заграждения. Въпреки факта, че плочите са предварително тествани и по отношение на тях е решено, че работят правилно, това не означава, че те са добри процесори. Процесът на изработване на куфар означава поставянето на силиконов кристал в материала на субстрата към контактите или на масива от терминали с крушки, прикрепени миниатюрно златно окабеляване. Масивът от терминали може да бъде намерен на гърба на кутията. Топлообменникът е монтиран в горната част на корпуса. Това е метална кутия. След приключване на този процес, процесорът изглежда като завършен продукт, предназначен за консумация. Забележка: Металният радиатор е ключов компонент на съвременните високоскоростни полупроводникови устройства. По-рано те бяха керамични и не използваха принудително охлаждане. Той е необходим за някои модели 8086 и 80286, както и за модели, започващи от 80386. Предишните поколения процесори са имали много по-малко транзистори.
Например процесорът 8086 има 29 000 транзистора, докато модерните централни процесори имат стотици милиони транзистори. Толкова малко, според сегашните стандарти, количествототранзисторите не произвеждат достатъчно топлина, за да изискват активно охлаждане. За да разделите данните за процесора от нуждаещите се от този тип охлаждане, по-късно върху керамичните чипове поставете марката "Нуждаете се от радиатор". Съвременните процесори генерират достатъчно топлина, за да се стопят за няколко секунди. Само наличието на разсейване на топлината е свързано с голям радиатор и вентилатор, което им позволява да функционират дълго време.
Процесори за сортиране по характеристики
На този етап на производство процесорът изглежда, че е закупен в магазина. Въпреки това, за да завърши процеса на неговото производство, е необходим още един етап. Нарича се сортиране. На този етап се измерват действителните характеристики на отделните CPU. Измерени параметри като напрежение, честота, производителност, разсейване на топлината и други характеристики. Най-добрите чипове са депозирани като продукти от по-висок клас. Те се продават не само като най-бързите компоненти, но и като модели с ниско и свръхниско напрежение. Чипове, които не са включени в групата на най-добрите процесори, често се продават като процесори с по-ниски честоти. В допълнение, по-ниските четириядрени процесори могат да бъдат продавани като двуядрени или тройни.
Производителност на процесора
В процеса на сортиране се определят крайните стойности на скоростта, напрежението и топлинните характеристики. Например, на стандартен субстрат само 5% от произведените чипове могат да работят при 32 GHz. В същото време 50% от чиповете могатфункция при 28 GHz. Производителите на процесори постоянно откриват причините, поради които по-голямата част от процесорите произвеждат работа на 28 GHz вместо необходимите 32 GHz. Понякога могат да се направят промени, за да се увеличи производителността на процесора.
Икономическа ефективност на производството
Икономическата ефективност на бизнеса за производството на преработватели и повечето полупроводникови елементи е в границите от 33-50%. Това означава, че поне 1/3 до 1/2 от плочите на всеки субстрат са работници, а компанията в този случай е печеливша. При Intel оперативната печалба от 45 nm за 300 mm субстрат е 95%. Това означава, че ако 500 пластмасови плочи могат да бъдат направени от един субстрат, 475 от тях ще работят и само 25 ще бъдат изхвърлени. Колкото повече плочи могат да се получат на една основа, толкова по-голяма печалба ще има компанията.
Сегашните технологии на Intel
История на използването на нови технологии на Intel за масово производство на преработватели:
1999 - 180 nm;
2001 - 130 nm;
2003 г. - 90 nm;
2005 г. - 65 nm;
2007 г. - 45 nm;
2009 г. - 32 nm;
2011 г. - 22 nm;
2014 г. - 14 nm;
2019 - 10 nm (планирано).
В началото на 2018 г. Intel обяви прехвърлянето на масово производство на 10-nm процесори до 2019 година. Причината за това - на голяма цена на производството. В момента компанията продължава да доставя 10-nm процесори в малки обеми. Ние характеризираме технологиите на производството на процесори Intel по отношение на стойността. Роден градръководството на компанията обяснява дългия производствен цикъл и използването на голям брой маски. В основата на 10-nm технологията лежи дълбоката ултравиолетова литография (DUV), използваща лазери, работещи при дължина на вълната 193 nm. За 7-нанометровия процес ще се използва екстремална ултравиолетова литография (EUV), използваща лазери, работещи при дължини на вълната 135 nm. Благодарение на такава дължина на вълната ще бъде възможно да се избегне използването на многокомпонентни устройства, широко използвани за 10-nm процес. Инженерите на компанията смятат, че е необходимо да се полира DUV технология, вместо да скача направо в 7-nm процеса. Така че, докато процесорите, които използват 10nm технология, ще бъдат преустановени.
Перспективи за микропроцесорното производство на AMD
AMD е единственият реален конкурент на Intel на пазара на процесори днес. Поради грешките на Intel, свързани с 10-nm технологията, AMD донякъде коригира позицията си на пазара. В Intel, масовото производство, използвайки процеса от 10 nm, беше много късно. AMD е известно, че използва своите чипове от трети страни за производство. А сега има ситуация, при която AMD използва за всички 7-нм процесорни технологии, които не са по-ниски от главния конкурент. Основните производители на полупроводникови устройства, използващи нови технологии за сложна логика, са Taiwan Semiconductor Company (TSMC), американска компанияGlobalFoundaries и корейската Samsung Foundry. AMD планира да използва TSMC изключително за следващото поколение микропроцесори. Това ще приложи новата технология на процесора. Компанията вече пусна редица продукти, използващи 7-nm процес, включително 7-nm графичен процесор. Първият ще бъде пуснат на пазара през 2019 г. За 2 години се планира да започне масово производство на 5-nm чипове. GlobalFundaries отказа да разработи процес от 7 нм, за да съсредоточи усилията си върху развитието на своя 14/12 нм процес за пазарно ориентирани клиенти. AMD инвестира в GlobalFoundaries допълнителни инвестиции за производството на AMD процесори от сегашното поколение Ryzen, EPYC и Radeon.
Производство на микропроцесори в Русия
Основната продукция на микроелектрониката се намира в градовете Зеленоград ("Микрон", "Ангстрем") и Москва ("Крокус"). Всъщност микроелектронното производство е също в Беларус - компанията "Интеграл", която използва технологичния процес 035 микрона. Производствените процесори в Русия са ангажирани в компанията "MTSST" и "Baikal Electronics". Най-новото развитие на ICS е процесорът Elbrus-8S, който е 8-ядрен микропроцесор с тактова честота 11-13 GHz, като производителността на руския процесор е 250 гигафлопа (операциите с плаваща точка в секунда). да се конкурират дори с лидера в индустрията - процесорите Intel.Elbrus ще продължат да модел Elbrus-16 на 15 GHz (цифров индекс в името показва броя на ядрата).производството на тези микропроцесори ще се извършва в Тайван. Това би трябвало да помогне за намаляване на цената. Както знаете, цената на продуктите на компанията е мътна. В същото време характеристиките на компонентите са значително по-ниски от водещите компании в този сектор на икономиката. Докато такива преработватели ще се използват само в държавни организации и за целите на отбраната. Като процесорна технология, тази линия ще се прилага 28-nm технологична технология. "Байкал Електроникс" произвежда преработватели, предназначени за използване в промишлеността. В частност, това се отнася до модела "Байкал Т1". Обхватът му на употреба - рутери, CNC системи и офис оборудване. Компанията не спира на това и вече разработва процесор за персонални компютри - "Байкал". Информация за нейните характеристики все още е малко. Известно е, че ще има 8-ядрен процесор с поддръжка на до 8 графични ядра. Предимството на този микропроцесор е неговата енергийна ефективност.
