1928

Как делают микропроцессоры

Продолжение

Часть 1 (О полупроводниках вообще и о диодах)

Часть 2 (Транзисторы)

Часть 3 (Как заставить машину считать при помощи транзистора)


...потому как на бумаге всё просто, но блин, как они это всё запихнули в чип размером с ноготь?!

(один из комментариев к предыдущему посту)
Ну что же, вот об этом сейчас и пойдёт речь.

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

Увеличенное изображение неразрезанных кристаллов процессоров Intel Core I7.


Действительно, разбираясь в том, как работают транзисторы, нельзя обойти вниманием вопрос миниатюризации. На современных чипах размером с тетрадную клетку располагаются несколько миллиардов транзисторов, размер каждого из которых колеблется в пределах нескольких нанометров (одна миллиардная часть метра). Создание подобных монстров - задача, с которой в наше время люди справляются только при помощи средств компьютерного проектирования.


Чтобы дать представление о том, насколько сложна структура современного микропроцессора, предлагаю взглянуть на самую простую схему самого простого, самого первого коммерческого микропроцессора фирмы Intel 4004.

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

Кристалл этого 4-битного микропроцессора имел площадь 12 мм², размер каждого из 2300 транзисторов был «огромным» по современным меркам (10 мкм), транзисторы на современных кристаллах имеют размер примерно в тысячу раз меньше!

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

А вот, что представлял собой кристалл этого процессора:

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

Создание микропроцессора начинается с процесса его проектирования. Задача конструкторов создать и предварительно протестировать схему микропроцессора. Выпуск новой схемы занимает труд десятков, если не сотен инженеров, и занимает месяцы подготовки. Когда процесс проектирования будет закончен, необходимо изготовить фотошаблон для нового чипа. Для того чтобы оценить важность данного процесса и цену ошибки, достаточно сказать, что нажатие кнопки PRINT в данном случае «стоит» от 600 тыс. до 1 млн. долларов США, а для набора шаблонов стоимость может исчисляться уже десятками миллионов долларов.


Создание фотошаблона (для современных многослойных схем микропроцессоров речь идёт уже о наборах фотошаблонов) – наверное, наиболее важный (после проектирования) процесс в технологии изготовления микропроцессоров.
Фотошаблон обычно представляет собой кусок стекла, с напылением из хрома, на который нанесено «негативное» изображение интегральной схемы. Оно обычно в несколько раз больше тех размеров, которые впоследствии примет изготовленный микрочип, но исключительная сложность современных процессоров и огромное количество транзисторов всё равно позволяют разглядеть отдельные детали только при помощи довольно мощного микроскопа.

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

Готовый фотошаблон очень тщательно (буквально каждую дорожку) проверяют на предмет дефектов. Для этих целей служат как специальные машины, но используется и труд людей, проверяющих шаблон при помощи микроскопов. Работа с шаблонами производится в т. н. «чистой комнате», где содержание пыли и посторонних примесей сведено до минимума – люди ходят в специальных костюмах – любая пылинка на шаблоне произведёт эффект деревянного бревна, упавшего на карточный домик.


Когда фотошаблон изготовлен, приходит время его «печати» на том, что впоследствии станет микропроцессором. Процесс (вернее, целое семейство технологических процессов) называется фотолитография и по своим базовым принципам очень похож на процесс печати фотографий с негатива).


Начинается всё с обычного кварцевого песка.


Песок проходит целую серию процессов по очистке и химических реакций, целью которых является получение чистейшего кремния. Для экономии места позвольте мне опустить технические детали процесса очистки.


Только после этого бывший песок разогревается до 1420 градусов Цельсия, что всего на 6 градусов выше его точки плавления. Для этого используется графитовый нагреватель. Выбор материала, как и в случае с кварцем тигля, обусловлен тем, что графит не реагирует с кремнием и, следовательно, не может загрязнить материал будущего процессора.


В нагретый тигель опускается тонкий затравочный кристалл кремния, размером и формой напоминающий карандаш. Он должен запустить процесс кристаллизации. Дальнейшее можно воспроизвести в домашних условиях с раствором соли, сахара, лимонной кислоты или, например, медного купороса. Остывающий раствор начинает кристаллизироваться вокруг затравочной точки, образуя идеальную молекулярную решётку. Так выращивают кристаллы соли, так растёт и кристалл кремния.

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

Затравочный кристалл кремния постепенно поднимают из тигля, со скоростью примерно полтора миллиметра в минуту, и с ним из раствора поднимается растущий монокристалл. Рост кристалла происходит медленно и на один тигель уходит в среднем 26 часов, так что производство работает круглосуточно.


За это время образуется цельный цилиндрический кристалл диаметром 300 миллиметров, длиной до 1-2 метров и весом около 100 килограммов. Если взглянуть на него под сильным увеличением, взгляду откроется строгая структура — идеальная кристаллическая решётка из атомов кремния, совершенно однородная по всему объёму.


Кристалл настолько прочен, что его вес может выдержать нить диаметром всего 3 миллиметра. Так что, готовую заготовку для процессоров вытягивают из тигля за тот самый затравочный кристалл.


После химического и рентгеноскопического исследования для проверки чистоты кристалла и правильности молекулярной решётки, заготовку помещают в установку для резки. Проволочная пила с алмазным напылением нарезает кристалл на блины (или вафли от англ. wafer) толщиной примерно в 1 мм.

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

Когда такой гигант процессоростроения, как Intel только начинал производить чипы, он использовал «вафли» диаметром всего 2 дюйма. Теперь, для удешевления процесса, используются «вафли» диаметром 12 дюймов (~300 мм).


Какой бы тонкой и гладкой ни была пила, всё равно заготовка будет иметь сколы, микроповреждения и царапины, поэтому каждую пластину дополнительно полируют. Но и этого оказывается недостаточно, поэтому окончательная полировка производится уже химическими реагентами.


Следующим этапом является нанесение на вафли фоторезиста – полимерного светочувствительного материала. По своим химическим свойствам фоторезист очень похож на материал, который наносился на фото- и киноплёнки в ещё сравнительно недалёком прошлом. Разница в том, что на старых плёнках фоторезист изменял свои химические свойства под действием видимого света, сейчас же используется ультрафиолетовое излучение.Наиболее широко распространённый метод нанесения фоторезистов на поверхность — это центрифугирование. Этот метод позволяет создавать однородную плёнку фоторезиста и контролировать её толщину скоростью вращения пластины (порядка нескольких тысяч оборотов в минуту).


Теперь приходит время для непосредственного экспонирования – подготовленный фотошаблон помещается под ультрафиолетовый лазер, и, сильно уменьшенное изображение с фотошаблона проецируется на слой фоторезиста, на машине под названием «степпер» (от англ. step – шаг) – на одну «вафлю» проецируется множество копий одной и той же маски:

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

Почему ультрафиолет? Всё дело в длине волны. Получение чёткой проекции микроскопического объекта зависит от длины волны излучения и разрешающей силы оптической системы. В современной промышленности используют глубокий ультрафиолет эксимерного лазера с длиной волны 193 нм. Но и этого оказывается недостаточным для изготовления транзисторов по тех. процессу ниже 50 нм (когда говорят о техпроцессе, имеют в виду линейные размеры одного транзистора). Фотолитография на глубоком ультрафиолете использует уже не линзы, а многослойные зеркала, где каждый слой даёт слегка отличающуюся от предыдущей интерференционную картину, а комбинированное отражение всех слоёв позволяет получить изображение меньшее, чем длина волны используемого излучения. Тем, кто интересуется темой более подробно, в англоязычной версии Википедии есть великолепная статья на эту тему.

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

Но двинемся дальше. Те области на вафле, покрытой фоторезистом, куда попал ультрафиолет, могут быть смыты специальным химическим составом (например Гидроксидом тетраметиламмония), таким образом на нашей заготовке проявится «отпечаток» будущего микропроцессора. Но работа на этом только начинается.
После травления, на кремниевой подложке образуются бороздки, повторяющие рисунок первого слоя микропроцессора:

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

На следующем этапе происходит легирование основы. О том, зачем нужно легирование, можно ознакомиться в первой части данной серии. На данном шаге участки подложки обогащаются ионами, в результате чего кремний меняет свои физические свойства, позволяя процессору управлять потоками электрического тока. Ионизированные ядра атомов легирующего вещества разгоняются в электрическом поле до огромных скоростей и внедряются в незащищённые слоем фоторезиста области подложки.


После легирования заготовка покрывается оксидной плёнкой (в данном технологическом процессе используется термин High-K, характеризующий материал с диэлектрической проницаемостью большей, чем у диоксида кремния). Название происходит от диэлектрической константы материала, обозначаемой греческой буквой κ – каппа. В более старых технологических процессах использовался, собственно сам диоксид кремния. Он был хорош до поры, его слой можно было выращивать путём высокотемпературного окисления на самом кремниевом слое, однако, с уменьшением площади транзистора, уменьшалась и площадь затвора, а следственно – его ёмкость. Чтобы увеличить ёмкость можно уменьшать слой диэлектрика под затвором, но если его толщина уменьшается менее 3 нм, начинают проявляться квантовомеханические свойства электронов, которые попросту туннелируют через этот смехотворный барьер, создавая ток утечки, и, чем тоньше слой, тем сильнее проявляется этот эффект. Изготовление подзатворного диэлектрика из материала с высокой диэлектрической проницаемостью позволяет увеличить его толщину, одновременно увеличивая ёмкость затвора, обеспечивая снижение тока утечки на несколько порядков по сравнению с более тонким диэлектриком из диоксида кремния. При производстве современных чипов используются силикат или оксид гафния. На картинке слева – транзистор, обработанный слоем фоторезиста, справа – состояние после смывки облучённого фоторезиста.

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

Ненужный нам теперь слой диэлектрика так же смывается химическим путём:

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

На данном этапе транзисторы на схеме уже готовы, но они не соединены друг с другом. Следующие два этапа – нанесение изолирующего слоя, где в местах, где расположены терминалы транзисторов уже знакомым нам образом вытравливаются отверстия. После этого, вафлю помещают в раствор сульфата меди и гальванизируют. В ходе этого процесса, медь покрывает всю поверхность заготовки:

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

Излишек меди убирается шлифовкой, после чего транзисторы соединяются между собой:

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

Порядок соединения зависит от архитектуры процессора и определяется на стадии проектирования. Хотя чип и может выглядеть «плоским», соединения могут достигать «этажности» до 30 слоёв.
На заключительной фазе, нашу «вафлю» нарезают, получая, тем самым, отдельные чипы, после чего останется только поместить их в защитный корпус:

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

Соединение миллиардов транзисторов невероятно сложная задача, от их качества зависит в конечном итоге производительность процессора, поэтому каждый чип проходит этап тестирования (причём, часть тестов проводится ещё до «нарезки») где определяются его выходные характеристики. Поскольку работа идёт с невероятным уровнем миниатюризации, ошибки и дефекты при изготовлении практически неизбежны.


Но наличие дефекта ещё не означает, что процессор не может работать. Коррекции ошибок уделяется особое внимание ещё на стадии проектирования, поэтому в схему нередко заложена некоторая избыточность. Часть бракованных чипов, например, может работать на более низких частотах, поэтому далеко не всегда два процессора, изготовленные на одной «вафле», будут иметь одинаковую маркировку.

Как делают микропроцессоры Микропроцессор, Транзистор, Технологии, Длиннопост

О законе Мура.


Ещё в 1965 году, американский инженер, один из основателей компании Intel, Гордон Мур, в одной из своих работ сделал наблюдение, которое впоследствии назвали «Законом Мура». Он гласил, что количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца (причём, изначально речь шла о 12 месяцев).


И действительно, если проследить эволюцию микропроцессоров, данный закон более-менее соблюдался почти 40 лет, до начала 2010-х годов, пока инженеры не «упёрлись» в физические пределы, во-первых, разрешающей возможности оптики для процесса фотолитографии, во-вторых – в минимально-необходимое расстояние между двумя терминалами транзисторов, где туннельный эффект ещё можно игнорировать. Чтобы ощутить, насколько мал транзистор, изготовленный по тех. процессу 14 нм, достаточно узнать, что это всего лишь 70 атомов (диаметр ядра атома кремния около 0,2 нм).


Хотя, инженеры продолжают добиваться поразительных успехов в данной области, например, в 2012 году, исследовательская команда в университете Нового Южного Уэльса объявила о первом транзисторе, состоящем из единственного атома, несложно предположить, что конец закона Мура не за горами, и тех. процесс в 7 нм, возможно, будет последним в погоне за миниатюризацией.

Найдены возможные дубликаты

+167

Вот это я понимаю контент. Мое уважение автору, все понятно, все интересно. Побольше бы и почаще.

раскрыть ветку 28
+51

Ну почему такая годнота набирает так мало плюсов? Давно и с интересом читаю твои посты, автор. Ты такой умница-молодец. Счастья тебе, удачи в хороших начинаниях)

раскрыть ветку 7
+32

потому что мы сюда деградировать заходим, ну и преколы из одноклассников смотреть

раскрыть ветку 6
+22
Мне непонятно. И это плохо. Я ДОЛЖЕН это понять, но я не могу, я тупой :( читал читал, вроде что то заискрилось в голове, случайно моргнул и... всё, сигнал потерян. Хочу обратно в школу, чтоб на все "пзачему?" мне всё подробно разжёвывали, ибо сам я, увы, не в состоянии..
Сохранил в закладках до лучших времён, вдруг поумнею.
раскрыть ветку 19
+8

я вот просто думаю останусь вдруг один где то и бессмертным, смогу ли я это воспроизвести))))

потратив на это пусть даже тысячу лет :)

раскрыть ветку 11
+8

чтобы хорошо это покурить, придется разбодяжить физикой из школы: раздел - Полупроводники, схемотехникой для самых маленьких, можно еще выбрать пару выходных и попробовать собрать пару мигалок-свистелок на транзисторах. Короче, не тупость мешает, а отсутствие базовых знаний по теме. Чем больше пытаешься разобраться, тем больше понимаешь. Главное - разные источники подбирать. Везде есть плюсы и минусы подачи.

раскрыть ветку 1
+3
Держи видео про наших чипэдэйлов Mikron(не путать с Micron). В этом видео показан процесс создания CPU изнутри.
https://youtu.be/PVczz3uU3j4
раскрыть ветку 1
0
Чтобы все это более менее понять, мне понадобилось 2-3 курса института, а не школа
0
Это ж базовые знания, епт!
Иллюстрация к комментарию
0

Звучит, как дешевая отмазка для самого себя. Ищи, гугли непонятные вещи, пока не дойдешь д обазовых основ, и тогда поймешь, как оно работает

+34

Надо будет показать знакомой, которая говорила, что сумочка, которая стоит больше ноутбука — это нормально.

раскрыть ветку 5
+7

Мне недавно кто-то заявил, что подставка эпловская под монитор за 1к у.е - нормально, ведь там не только кусок металла, там целая технология!

раскрыть ветку 4
-1

Странный ты, граммы героина тоже стоят дохрена но сравнивать с процем глупо

раскрыть ветку 3
+18

И да! Почти никогда не делают готовые фотошаблоны и кристаллы (так называют разрабы единичную микросхему уже в нарезке)! Только тестовая партия вначале. Ибо ошибки неизбежны, и чтобы их найти и устранить (тем же разработчикам опять же) нужны тестовые кристаллы. Их тестируют на спец измерительных установках во всех нужных режимах, находят косяки, правят схему и топологию, выгоняют новую инфу для фабрики в виде фотошаблоно вGDS, и только после этого запускают рабочую партию.


Фотошаблон не один! Под каждый слой (карман, диффузия, поликремний, окисел, металлизация, коих может быть до 6, и т.д. Это не углубляясь еще)) )


Фото готового кристалла: слой без металла, слой с металлом (верхним, а всего их 3)

Иллюстрация к комментарию
Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку 4
0
А где филлеры на готовом кристалле?
раскрыть ветку 3
0

Эээ...  Что вы подразумеваете? У нас этот термин ни разу не в ходу)))

раскрыть ветку 2
+30

Поправка про техпроцесс: числа соответствовали размерам транзисторов только до определенного момента. Сейчас техпроцесс означает ширину затвора транзистора.

А закону Мура мешает все увеличивающиеся потери, в т.ч. за счет туннелирования электронов. Сейчас основная борьба идет за улучшение энергетических свойств микросхем, и поэтому 14 нм техпроцесс Intel позволяет получать такие же процессоры, как 7 нм Самсунга.

раскрыть ветку 15
+12

Не совсем ширина затвора уже лет 8 как 25нм. Техпроцесс сейчас показывает ширину базовых дорожек металлизации. А затвор меньше не сделаешь, ибо произойдет самооткрытие и транзистор станет неуправляемым

раскрыть ветку 14
0

А, дорожки металлизации? Спасибо. Прочитал за последнюю неделю десяток статей на хабре на эту тему, и в каждой чуть-чуть по другому объясняется

раскрыть ветку 13
+12
Автор прекрасно справился! Давно так не увлекался научными статьями. Спасибо огромное! Зы: поддерживаю всех кто просит о статье про квантовые и фотонные процессоры)
+9
Иллюстрация к комментарию
+13

Вот можно посмотреть на срез реального процессора, это КР580ВМ80А который 8-битный, вот тут в несколько более детальном разрешении https://www.dropbox.com/s/0s2qh45drlvc71x/kr580vm80a-2-HD.zi...

Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку 1
+6

А я то думал что мне это напоминает... Factorio MegaBase

Иллюстрация к комментарию
+22
"НА ВАФЛЮ".
По-русски это называется "пластина". Все это называют "пластина", во всех статьях, учебниках, мануалах и разговорах инженеров. Никогда это в русскоязычной среде не называлось "вафлей", хоть это, конечно, забавно, но слух режет.
По-хорошему, стоит заменить этот термин в вашей статье, а про wafer просто оставить в скобках.
раскрыть ветку 3
+5

А "чип" как обозвать - "ломтиком"?

0

Еще можно называть "подложка"

0

Точно!

+5

Шикарный пост

+8

А будет статья о квантовом компьютере? А еще недавно была новость, что изобрели процессор на фото-транзисторах, где вместо электронов используют фотоны. Есть у вас такая информация?

+4

Из знакомых слов- только "электрический ток", но читается, как поэма! ( не сарказм!)

+10

Класс!

Привет из Зеленограда !

раскрыть ветку 7
+3

Эх, у нас тут всё несколько проще устроено к сожалению..


Присоединяюсь к привету!

раскрыть ветку 6
+6

До сих пор надфилями выпиливаем?

раскрыть ветку 5
+3

Автор, огромное спасибо за отличный материал!

Но, всё-таки, не могли бы вы подробнее рассказать про технологию создания токопроводящих дорожек внутри процессора? Каким образом создаются миллиарды дорожек, каждая из которых должна выйти из определённого контакта одного транзистора и войти в определённый контакт другого транзистора, иметь ширину и высоту, измеряемые в десятках (да даже и сотнях) атомов металла, не пересекаться с другими дорожками, и при этом выполнять свою функцию всегда одинаково?

раскрыть ветку 2
+4

Всё то же самое, в принципе.

Подробно процесс создания соединений (с картинками) описан вот здесь:

https://www.fujitsu.com/jp/group/mifs/en/resources/news/libr...


Грубо говоря - кладём сверху диэлектрик, опять фоторезист, травление, слой меди, затем снова, и снова и снова.

раскрыть ветку 1
0

Спасибо!

+6

От разработчика: очень много об изготовлении и очень мало о разработке и тестирировании...

И привет Ангстрему, который ничего не умеет делать, несмотря на многомиллиардные вливания!

раскрыть ветку 8
-1
Можно с цифрами? Просто интересно сколько туда влили.
раскрыть ветку 7
+6

Я могу только по источникам ОБС, потому как из другого города, и не имею доступа даже к бухгалтерии своего предприятия, но это купленная у буржуев несколько лет назад 'линейка' для производства микрочипов, что-то около 1.5 млрд долларов. Которая выпускает микросхемы с процентами годности около 0%...

То есть не осилили освоить.

Но имеют 'волосатую лапу' в верха, поэтому неудачно конкурсы на ОКР выигрывают те, кто будет делать это у Ангстрема.... Ну и импорьозаиещенте, ага))) А на выходе пшик, кристаллы в ведро, и разрабам грозят многомиллионные штрафы... Как из этого выходят разрабы тема отдельной беседы, не хотелось бы ее освещать тут, ибо выхода не самые легальные.


И да!  За срыв сроков с Ангстремом судиться тоже бесполезно, наши пробовали, ибо хорошие друзья их всегда прикроют...

раскрыть ветку 6
+2
Иллюстрация к комментарию
+2

Низкий поклон за такой контент, хоть что-то еще интересно читать.

Тут правда обещают уж 3 нм освоить, но сомневаются в целесообразности из-за ограничения частотного потенциала.

https://3dnews.ru/987464

+2
Молодец! Статья - огонь!
+1
Читал-читал, читал-читал... Устал... Интересно, но сложно
+1
А будет статья, как на всём этом железе ПО работает?
+1

Все статьи хороши и заслуживают плюсиков, но на мой взгляд несколько несистемно изложено.

В частности пара мест, которые видятся мне не "придирками по пустякам", а крайне важными местами по-сути необходимыми для понимания которые нельзя исключать даже из статей типа "ликбез":

1. не сказано в явном виде про уровни представления микропроцессора: верилог - микроархитектура - регистровая схема - транзисторная схема - фотошаблон)

2. В предыдущей главе также не сказано в явном виде о функционально полных логических базисах от одной операции.

раскрыть ветку 1
+3

Ваши замечания вполне справедливы, но, знали бы вы, с чего началась эта серия постов!... Вернее, я об этом написал в самом начале. Очень большая часть из того, что здесь было написано, для меня стала новыми знаниями, которые я получил в процессе подготовки.


Я же, вообще-то, не имею даже опосредованного отношения к данной отрасли, поэтому, если вы считаете, что я что-то упустил, изложил неверно или неполно, то, скорее всего, так оно и есть. Если вам есть что добавить - я буду только рад почитать дополнительные материалы по этой очень интересной для меня теме.

+1

И все же как наносятся дорожки в несколько слоев? В статье этот момент обошли, упомянув разные технологии..

раскрыть ветку 1
+1
+1

Компьютер же за один такт, как правило может выполнить лишь одну простейшую команду, типа сложение, вычитание, сравнение, чтение и запись значения и т.д. Но делает он это в таких объемах и в такой мегасложной системе процедур, что у него получаются все те удивительные вещи, о которых без компьютера мы не могли бы даже и мечтать.


Это своего рода вдохновляюще и поучительно: "Делай пусть и по чуть-чуть, но делай много, настойчиво и держи в голове "систему" которая тебя приведет к конечной цели и любая самая непосильная задача тебе покорится."

+1

А почему увеличение ёмкости затвора снижает ток утечки? Думал, что наоборот, стремятся уменьшить затворную ёмкость, чтобы увеличить частоту работы процессора.

раскрыть ветку 3
раскрыть ветку 2
+1

Так понятно, что увеличение диэлектрической проницаемости и уменьшение толщины диэлектрика увеличивает емкость. Зачем в данном случае увеличивать ёмкость? Ведь, чем больше ёмкость затвора, тем меньше граничная частота работы транзистора.

раскрыть ветку 1
+1

Немного не понял о размерах техпроцесса(что конкретно он измеряет). Если он измеряет длину ребра предположительного куба, то в таком кубе вместиться сотни тысяч атомов такого диаметра, а никак не 70.

раскрыть ветку 2
+1

Нет, это линейный размер. Что же "что конкретно он измеряет", по факту, каждый PR-отдел каждой компании измеряет что-то своё. Вот в этой ветке комментариев обсудили:

#comment_143739410

раскрыть ветку 1
0

Размер техпроцесса всегда определялся по ширине затвора транзистора. Хотя, действительно, в наш век дезинформационных технологий возможно всё.

+1
Спасибо. Давно хотел узнать процесс изготовления микрочипов. Правда, данную статью нужно еще раза два как минимум внимательно перечитать, чтобы все это понять до конца.
Отправил ссылку друзьям, кто не на пикабу. Пускай умнеют )))
раскрыть ветку 1
0

Кому два, а кому(мне) и двести два не хватит

+1

Мне интересно- почему конкретно ЦПУ для ПК так стремятся минимизировать? Недавно скальпировал свой 4790к и для меня было удивительно что там чипа то хрен да маленько, едва ли треть площади крышки. Если увеличить физические размеры чипа до, грубо говоря, размера крышки, сохраняя при этом техпроцесс 22(или сколько там?) нанометров, то разве не проще, дешевле и с минимумом ошибок можно будет делать эти процессоры? Расстояние между блоками транзисторов будут больше, места для теплосъема больше, промазать при соединении транзисторов сложнее- разве нет?

раскрыть ветку 35
+4

Это прекрасная идея, но есть нюанс. Даже два нюанса.


Первый - это ёмкость. Блоки транзисторов надо будет соединять, любой лишний проводник это лишняя ёмкость, ёмкость надо перезаряжать, на что требуется время - здравствуй проседание частоты. Мы конечно можем (чисто гипотетически) поднять рабочие токи, что бы скомпенсировать рост ёмкости, но схема в итоге будет греться ещё сильнее, не говоря уже о возникающем градиенте температур внутри кристалла (блоки транзисторов - полупроводниковые, греются сильно, межблоковые соединения металлические - греются слабо).


Второй нюанс, про который искусно сношают мозг на университетской схемотехнике и про который столь же искусно все забывают - эффект длинной линии (см. статью в вики "Длинная линия"). На частоте в 3 ГГц длина волны составляет всего порядка 10 см. Размер кристалла условно 1х1 см. Таким образом, при нынешних рабочих частотах необходимо учитывать задержку в распространении поля в проводнике - если мы подаём на одну сторону кристалла напряжение то на другой оно появляется с существенной (для наших рабочих частот) задержкой. Увеличение расстояний между группами транзисторов убьёт синхронизацию (или по крайней мере сделает её расчёт существенно более сложным).

раскрыть ветку 10
0

Хотя насчёт длинных линий я конечно загнул, не те масштабы.

раскрыть ветку 9
+1

Проблема в массовом производстве. Делают миллиарды чипов одинаковых, а уж потом схемотехники пихают их в свои поделки. Если фабрика перешла на новый техпроцесс, то чипы бОльшего размера она делать уже не может/не будет.

При заказе комплектующих под сборку того или иного изделия ориентируются в первую очередь на дешевизну, потом уже на всё остальное.

раскрыть ветку 14
+1

хочу поправить по выращиванию кристаллов. Графит и жидкий кремний при контакте образуют SiC, очень стрёмная вещь. поэтому используют кварцевые тигли, которые ставятся в свою очередь в  графитовый тигель. и  все же моноокись кремния сжирает просто графит за определенное количество плавок и при выращивании кремния графитовая оснастка является расходным материалом.

0

Пусть будет так. Но проблемы-то у соверменных ЦПУ имеются- большая теплоотдача, браки при производстве и так далее. Вроде для того чтобы физически увеличить чип уйдёт больше только того самого кремния, блинчика. Не думаю что сам блинчик особо дорогой. В том, что я объяснял, мелкий техпроцесс никуда не денется, но места для схемотехники/соединений да и тупо для травления будет больше, да и казалось бы проблема теплосъема должна была бы решиться. Дешевизна вроде как не изменится ибо кремний вряд ли дорогой. Или у них уже на мильён лет нарезано вафель?

раскрыть ветку 12
0
Большие чипы греются сильно.
0

Чем больше чип, тем меньше выход годных схем.

раскрыть ветку 7
0

Но почему? При том же количестве элементов но с большими промежутками между ними?

раскрыть ветку 1
-1

Из приведенной вами статьи выходит, что ваше утверждение правильно для аналоговых и цифро-аналоговых микросхем. Для цифровых ваше высказывание неверно, что кстати подтверждается моим опытом работы на производстве микросхем - процент выхода годных для микронных и субмикронных микросхем у нас практически не опускается ниже 95%.

раскрыть ветку 4
+1

У меня аж привстал от прочтения..

раскрыть ветку 5
+11
На цп?
раскрыть ветку 2
+9
Иллюстрация к комментарию
0

на затвор, исток, дорожку и вафлю!!!

+6
Все 14 нм?
раскрыть ветку 1
+5

7, я новейшего поколения Т_т

0

Так и не понял, как мне спаять Intel Core i9 7980XE из радиоприемника Рассвет паяльником Искорка?

0
Прямо как-будто своими глазами увидел! Благодарю.
0

Вот такой Пикабу мне нужен. ТС, спасибо.

0

Годный материал! Сам учился на факультете микроэлектроники, а теперь работаю на Микроне, что в славном Зеленограде

0

графит не реагирует с кремнием

Эээ, я может что-то неправильно понял, но...
Графит же вполне себе реагирует с расплавом кремния с образованием соответствующего карбида
Или речь все же идет об оксиде кремния?

0
А зачем заморачиваться уменьшением, если предел и так почти достигнут?
Ну будет процессор объемом в 10 раз больше. Для немобильных систем думаю ваще не проблема.
0
Спасибо за пост!
0
Потрясающе! Наконец то я нашел, где этот процесс понятно и подробно описывается! Мне этот вопрос покоя не давал очень долго. Автору огромный респект, просто 12/10. Спасибо!!!
0

@cicatrix,

"...тех. процесс в 7 нм, возможно, будет последним в погоне за миниатюризацией."

не знаю увидит ли кто то в этом ворохе комментариев но!


http://www.cnews.ru/news/top/2019-06-14_novyj_rekord_anonsir...


TSMC анонсировала производство 2нм чипов.

раскрыть ветку 6
+1

Тут где-то уже обсуждалось, что в зависимости от фантазии пиарщиков того или иного производителя, под термином "техпроцесс" можно понимать как размер самого транзистора, так размер затвора, так и ещё какой-нибудь специфический размер, о котором тактично умалчивают.


Если принимать под словом "техпроцесс" именно размеры транзистора, то 2нм - это брехня. Есть минимальное расстояние примерно 3 нм, ниже которого вероятность проскока электронов за барьер (туннельный эффект) начинает нарастать по экспоненте, то есть эффективно перекрыть ему путь таким тонким барьером - нельзя. Тут надо просто помнить, что электрон - это, всё-таки, волна, а не частица, а так же помнить о принципе неопределённости Гейзенберга.


https://ru.wikipedia.org/wiki/Туннельный_эффект

раскрыть ветку 1
0

Ну мне сложно судить я не настолько глубоко в этой теме как вы...

Вероятно, да, маркетологи составляли статью...

"Я мужик простой. Вижу 2нм, думаю - техпроцесс" :)

0

Как правило под технологией понимают ширину затвора транзистора (т.е. поликремния). В России технология 0,35 мкм на мой взгляд наиболее распространена и востребована.

раскрыть ветку 3
-1

Ну это уже совсем дубовая технология. Там даже "чистых" помещений не требуется - все делается в открытых ваннах, а персонал работает в обычных лабораторных халатах. Но у этих микросхем тоже есть своя ниша, где меньшие технологии нецелесообразны

раскрыть ветку 2
0
Моё почтение !
0
Этот пост, пожалуй, самое путёвое, что я прочитал за последние полгода. Автору – моё уважение.
0
Добрый день, очень интересная статья. А вы не могли бы прокомментировать работу с сапфировыми подложками. Как я понимаю сейчас основной упор идёт на A3B5 группы в развитие отрасли
0
Задам вопрос, который меня давно мучает, но гуглить лень :)
зачем так много транзисторов?
Core i7 заявляет о 4 ядрах + hyperthreading, то есть 8 параллельных потоков выполнения. Получается что, сколько миллиардов транзисторов не вытрави, а все равно всё, что может процессор - одновременно сложить 8 пар чисел? Чем там эти миллиарды занимаются?
раскрыть ветку 2
0
Ну, во-первых, стандартные (s1151v2) i7 уже года три как 6 ядер 12 потоков (ну ещё есть урод i7-9700 на 8 монопоточных ядер, но он один такой).
Во-вторых, вы забыли про тактовую частоту, определяющую количество операций, например 1 ядро х 4 Гигагерца = 4 миллиарда операций в секунду. Как правильно вычислить производительность многоядерных и многопоточных процессоров я не знаю, единственное, что помню - просто умножить частоту ядра на количество ядер/потоков не прокатит, там сложнее
раскрыть ветку 1
0
Так вот про частоту и не понятно - как количество транзисторов связано с частотой
0
О, совсем другое дело, теперь всё именно так сложно, как и кажется :)
0
Прям почти родная тема для меня, читала и радовалась. Автор, так приятно написано,пиши ещё)
0
Спасибо.
0
Пойду в гараж, проектировать свой первый процессор
0
У нас наверное ЛУТом и перекисью еще делают
0

Я думал, что процессор полностью из кремния состоит.

0

Классный пост.

Не так давно ходил на завод Интел, потрясающее зрелище, жаль самое интересное фоткать было нельзя (

раскрыть ветку 5
0
Есть полно роликов в тытруба intel cleanroom
раскрыть ветку 4
0

Но снимать, почему-то запрещают. Видимо, то, что пиарщики снимают, внимательно отсматривают перед публикацией.

раскрыть ветку 3
0

годная научпоп статья

0
И этот сохраню тоже.
0

Спасибо, было интересно!

0
Познавательно. Спасибо за статью.
0
Невероятно!
0

А почему "вафли" всегда круглые?

раскрыть ветку 7
+3

Потому что кристаллы круглые. А круглые они потому что вращаются в процессе роста.

Вот видео процесса:

https://www.youtube.com/watch?v=AMgQ1-HdElM


https://www.youtube.com/watch?v=cYj_vqcyI78

раскрыть ветку 5
+2
Пожалуйста, поменяйте "вафли" на "пластины". Ну не употребляется слово "вафли" нигде, даже в профессиональном сленге. Не вводите в заблуждение читателей.
раскрыть ветку 4
+1
Из-за формы выращенного кристала
0
14 нм, достаточно узнать, что это всего лишь 70 атомов (диаметр ядра атома кремния около 0,2 нм

А как же кристаллическая решетка? Да и вообще затвор менее 20нм перестанет работать, но получится создать полупроводник.

-1

Жжошь!

-2
Слишком много информации, поэтому сохранил, потом прочитаю,
-5
Замечательно спизжено.
@moderator, нет тега копипаста
http://uсrazy.ru/interesting/1359781164-kak-delayut-processo...
раскрыть ветку 5
+3

Во-первых, если уж "спизжено" про картинки, то отсюда:

https://www.bit-tech.net/reviews/tech/cpus/how-to-make-a-cpu...


Во-вторых, прежде чем обвинять в копипасте, хоть бы тексты сравнил.

А твоя ссылка, по факту, тоже копипаста с Intel овской презентации From Sand to Shelf:

https://www.youtube.com/watch?v=Q5paWn7bFg4

-7
@moderator, лишний тег "мое"
раскрыть ветку 3
+4

@moderator, если тэг "моё" нельзя ставить, когда текст создавался путём компиляции из нескольких десятков источников, то да, иначе не согласен.

раскрыть ветку 2
ещё комментарии
-16
Для России это все заоблачные дали. Отстаем лет на 20-30 от мировых технологий. Если бы не воры во власти, могли бы развиваться в этом направлении и во многих других.
раскрыть ветку 20
+7

Вот скажите мне - вас из палат выпускают погулять, или вам напрямую к койкам интернет провели?

раскрыть ветку 13
+6

Мне вот интересно, в посте про героев "Ну, погоди!" они тоже умудрятся политику приплести?

раскрыть ветку 3
0

Сколько сейчас, условные 65нм выпускают?

-15
Вот скажите мне с какого устройства вы мне пишите? Процессор в нем разработан, собран и установлен в России? Вот и нехрен разглагольствовать.
раскрыть ветку 7
ещё комментарии
0

Почему же заоблачные? Если бы не санкции мы уже запустили бы 45 нм на Микроне. Даже под санкциями уже разработан проект по постройке цеха диаметра 300мм и набрана инженерно-технологическая команда.

0

Не могли бы, госкорпорации по умолчанию не имеют шансов на потребительском рынке, а никто из частников в здравом уме не построит такой завод в России.

раскрыть ветку 4
+1
Здесь сложности с самой спецификой микроэлектроники: чтобы чип стоил дёшево, их нужно делать много. Заводы могут окупаться, но нужны заказы. Заказы весьма может подкидывать государство (даже частным заводам), как это делалось во Франции и в Китае. У нас же постоянно вводят всякие "технологичные штуки", типа фискальных аппаратов, которые нужно установить срочно и всем, но заказы на их разработку даются преимущественно NXP или Китаю. Хотя тут можно было бы и рыбку съесть и все остальное: нет никакой спешности, дайте заказ, развивайте микроэлектронику, вы же столько об этом говорите. А так у нас только оборонка заказы размещает, а там достаточно (и иногда необходимо) старых проектных норм. В итоге в интернете все ноют, что в России ничего не делается, власти говорят, давайте развивать, вот прям щас начнем, а сами заказы, которые могли бы реально помочь развить и окупить завод, дают иностранным фирмам.
-8

Да все просто потому что у власти бандюки 90х, у которых задача только обогащение а не развитие страны.

раскрыть ветку 2
ещё комментарии
ещё комментарии
Похожие посты
Похожие посты закончились. Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: