Зараз повно інформації в інтернеті по темі процесорів, можна знайти купу статей про те, як він працює, де в основному згадуються регістри, такти, переривання та інше. літу" вникнути в розуміння процесу, а починати треба з малого - а саме з елементарного розуміння як влаштований процесор та з яких основних частин він складається.
Що ж виявиться всередині мікропроцесора, якщо його розібрати:
цифрою 1 позначається металева поверхня (кришка) мікропроцесора, що служить для відведення тепла та захисту від механічних пошкоджень того, що знаходиться за цією кришкою (тобто всередині самого процесора).
Під номером 2 - знаходиться сам кристал, що є найважливішою і дорогою у виготовленні частиною мікропроцесора. Саме завдяки цьому кристалу відбуваються всі обчислення (а це і є найголовніша функція процесора) і чим він складніший, чим досконаліший – тим потужнішим виходить процесор і тим дорожче відповідно. Кристал виготовляється із кремнію. Насправді процес виготовлення дуже складний і містить десятки кроків, докладніше в цьому відео:
Цифра 3 - спеціальна текстолітова підкладка, до якої кріпляться всі інші частини процесора, крім того вона грає роль контактного майданчика - на її зворотному боці є велика кількість золотистих "крапок" - це контакти (на малюнку їх трохи видно). Завдяки контактному майданчику (підкладці) забезпечується тісна взаємодія з кристалом, бо безпосередньо хоч якось впливати на кристал неможливо.
Кришка (1) кріпиться до підкладки (3) за допомогою клею-герметика, стійкого до високих температур. Між кристалом (2) і кришкою немає повітряного зазору, його місце займає термопаста, при застиганні з неї виходить "місток" між кристалом процесора та кришкою, завдяки чому забезпечується дуже гарний відтік тепла.
Кристал з'єднується з підкладкою за допомогою пайки та герметика, контакти підкладки з'єднуються з контактами кристала. На цьому малюнку наочно показано, як з'єднуються контакти кристала з контактами підкладки за допомогою дуже тонких проводків (на фото 170-кратне збільшення):
Взагалі пристрій процесорів різних виробників і навіть моделей одного виробника може сильно відрізнятися. Проте принципова схемароботи залишається незмінною - у всіх є контактна підкладка, кристал (або кілька, розташованих в одному корпусі) та металева кришка для відведення тепла.
Так наприклад, виглядає контактна підкладка процесора Intel Pentium 4 (процесор перевернутий):
Форма контактів та структура їхнього розташування залежить від процесора та материнської плати комп'ютера (сокети повинні співпадати). Наприклад, на малюнку трохи вище контакти у процесора без "штирків", оскільки штирки знаходяться прямо в сокеті материнської плати.
А буває інша ситуація, де "штирки" контактів стирчать прямо із контактної підкладки. Ця особливість характерна в основному для процесорів AMD:
Як вже згадувалося вище, пристрій різних моделей процесорів одного виробника може відрізнятися, перед нами яскравий приклад - чотириядерний процесор Intel Core 2 Quad, який по суті являє собою 2 двоядерні процесори лінійки core 2 duo, поєднаних в одному корпусі:
Важливо! Кількість кристалів усередині процесора і кількість ядер процесора - не те саме.
У сучасних моделях процесорів Intel вміщується одразу 2 кристали (чіпа). Другий чіп - графічне ядро процесора, по-суті грає роль вбудованої в процесор відеокарти, тобто навіть якщо в системі відсутня, графічне ядро візьме на себе роль відеокарти, причому досить потужної (у деяких моделях процесорів обчислювальна потужність графічних ядер дозволяє грати в сучасні ігри на середніх налаштуваннях графіки).
От і все пристрій центрального мікропроцесора, коротко звичайно ж.
Сучасні мікропроцесори – це найшвидші та найрозумніші мікросхеми у світі. Вони можуть здійснювати до 4 млрд. операцій на секунду і виробляються з безлічі різних технологій. З початку 90-х років 20 століття, коли процесори пішли в масове використання, вони пережили кілька ступенів розвитку. Апогеєм розвитку мікпроцесорних структур, що використовують існуючі технології мікпроцесорів 6-го покоління, став 2002 рік, коли стало доступним використання всіх основних властивостей кремнію для отримання більших частот за найменших втрат при виробництві та створенні логічних схем. Зараз ефективність нових процесорів дещо падає незважаючи на постійне зростання частоти роботи кристалів, оскільки кремнієві технології наближаються до межі своїх можливостей.
Мікропроцесор- Це інтегральна схема, сформована на маленькому кристалі кремнію. Кремній застосовується в мікросхемах через те, що він має напівпровідникові властивості: його електрична провідність більша, ніж у діелектриків, але менша, ніж у металів. Кремній можна зробити як ізолятором, який перешкоджає руху електричних зарядів, так і провідником - тоді електричні зарядивільно проходитимуть через нього. Провідністю напівпровідника можна керувати шляхом введення домішок.
Мікропроцесор містить мільйони транзисторів, з'єднаних між собою найтоншими провідниками з алюмінію або міді та використовуваних для обробки даних. Так формуються внутрішні шини. В результаті мікропроцесор виконує безліч функцій - від математичних та логічних операцій до управління роботою інших мікросхем та всього комп'ютера.
Один із головних параметрів роботи мікпроцесора – частота роботи кристала, що визначає кількість операцій за одиницю часу, частота роботи системної шини, обсяг внутрішньої кеш-пам'яті SRAM . За частотою роботи кристала маркують процесор. Частота роботи кристала визначається частотою перемикань транзисторів із закритого стану у відкритий. Можливість транзистора переключатися швидше визначається технологією виробництва кремнієвих пластин, у тому числі робляться чіпи. Розмірність технологічного процесу визначає розміри транзистора (його товщину та довжину затвора). Наприклад, при використанні 90-нм техпроцесу, який було запроваджено на початку 2004 року, розмір транзистора становить 90 нм, а довжина затвора – 50 нм.
Усі сучасні процесори використовують польові транзистори. Перехід до нового техпроцесу дозволяє створювати транзистори з більшою частотою перемикання, меншими струмами витоку, менших розмірів. Зменшення розмірів дозволяє одночасно зменшити площу кристала, а значить і тепловиділення, а більш тонкий затвор дозволяє подавати меншу напругу для перемикання, що також знижує енергоспоживання та тепловиділення.
Технологічна норма 90 нм виявилася досить серйозним технологічним бар'єром багатьох виробників чіпів. Це підтверджує і компанія TSMC , яка займається виробництвом чіпів для багатьох гігантів ринку, таких як компанії AMD, nVidia, ATI, VIA . Довгий час їй не вдалося налагодити виробництво чіпів за технологією 0,09 мкм, що призвело до низького виходу придатних кристалів. Це одна з причин, через яку AMD довгий часпереносила випуск своїх процесорів із технологією SOI (Silicon - on - Insulator ). Пов'язано це з тим, що саме на цій розмірності елементів стали сильно виявлятися всілякі раніше не настільки відчутні негативні фактори, як струми витоку, великий розкид параметрів та експоненційне підвищення тепловиділення.
Існує два струми витоку: струм витоку затвора та підпорогова витік. Перша викликана мимовільним переміщенням електронів між кремнієвим субстратом каналу та полікремневим затвором. Друга - Мимовільним переміщенням електронів з початку транзистора в стік. Обидва ці ефекти призводять до того, що доводиться піднімати напругу живлення для управління струмами в транзисторі, що негативно впливає на тепловиділення. Так ось, зменшуючи розміри транзистора, насамперед зменшується його затвор та шар діоксиду кремнію ( SiO 2 ), який є природним бар'єром між затвором та каналом.
З одного боку, це покращує швидкісні показники транзистора (час перемикання), але з іншого – збільшує витік. Тобто виходить своєрідний замкнутий цикл. Так ось перехід на 90 нм – це чергове зменшення товщини шару діоксиду і одночасно збільшення витоків. Боротьба з витоками - це знову ж таки, збільшення керуючих напруг, і, відповідно, значне підвищення тепловиділення. Усе це призвело до затримки застосування нового техпроцесу із боку конкурентів ринку мікропроцесорів – Intel та AMD.
Один із альтернативних виходів – це застосування технології SOI (кремній на ізоляторі), яке нещодавно запровадила компанія AMD у своїх 64-розрядних процесорах. Втім, це коштувало їй чимало зусиль та подолання великої кількості попутних труднощів. Зате сама технологія надає величезну кількість переваг за порівняно малої кількості недоліків.
Суть технології, загалом, цілком логічна - транзистор відокремлюється від крем'яної підкладки ще одним тонким шаром ізолятора. Плюсів – маса. Ніякого неконтрольованого руху електронів під каналом транзистора, позначається його електричних характеристиках - раз. Після подачі струму, що відпирає на затвор, час іонізації каналу до робочого стану, до моменту, поки по ньому піде робочий струм, скорочується, тобто, покращується другий ключовий параметр продуктивності транзистора, час його включення/вимкнення - це два. Або ж, за тієї ж швидкості, можна просто знизити струм, що відпирає - три. Або знайти якийсь компроміс між збільшенням швидкості роботи та зменшенням напруги. При збереженні того ж струму, що відпирає, збільшення продуктивності транзистора може скласти аж до 30%, якщо залишити частоту тієї ж, спираючись на енергозбереження, то там плюс може бути і великим - до 50%.
Нарешті, характеристики каналу стають більш передбачуваними, а сам транзистор стає більш стійким до спорадичних помилок, на кшталт тих, що викликають космічні частинки, потрапляючи до субстрату каналу, і непередбачувано іонізуючи його. Тепер, потрапляючи в підкладку, розташовану під шаром ізолятора, вони не позначаються на роботі транзистора. Єдиним мінусом SOI є те, що доводиться зменшувати глибину області емітер/колектор, що прямо і безпосередньо позначається збільшення її опору в міру скорочення товщини.
І наприкінці, третя причина, яка сприяла уповільненню темпів зростання частот, - це низька активність конкурентів на ринку. Можна сказати, що кожен був зайнятий своїми справами. AMD займалася повсюдним використанням 64-бітних процесорів, Intel це був період удосконалення нового техпроцесу, налагодження на збільшення виходу придатних кристалів.
Отже, необхідність переходу на нові техпроцеси очевидна, але технологам це дається щоразу з великими труднощами. Перші мікропроцесори Pentium (1993) вироблялися по техпроцесу 0,8 мкм, потім по 0,6 мкм. У 1995 році вперше для процесорів 6-го покоління було застосовано техпроцес 0,35 мкм. У 1997 року він змінився на 0,25 мкм, а 1999 – на 0,18 мкм. Сучасні процесори виконуються за технологією 0,13 та 0,09 мкм, причому остання була введена у 2004 році. Як видно, для цих техпроцесів дотримується закон Мура, який свідчить, що кожні два роки частота кристалів подвоюється зі збільшенням кількості транзисторів із них. З такими ж темпами змінюється і техпроцес. Щоправда, надалі «гонка частот» випередить цей закон. До 2006 року компанія Intel планує освоєння 65-нм техпроцесу, а 2009 – 32-нм.
Тут настав час згадати структуру транзистора, а саме - тонкий шар діоксиду кремнію, ізолятора, що знаходиться між затвором і каналом, і виконує цілком зрозумілу функцію - бар'єра для електронів, що запобігає витоку струму затвора.
Очевидно, що чим товстіший цей шар, тим краще він виконує свої ізоляційні функції, але він є складовою частиною каналу, і не менш очевидно, що якщо ми збираємося зменшувати довжину каналу (розмір транзистора), то нам треба зменшувати його товщину, причому дуже швидкими темпами. До речі, за останні кілька десятиліть товщина цього шару складає в середньому близько 1/45 від усієї довжини каналу. Але у цього процесу є свій кінець - як стверджував п'ять років тому той же Intel, при продовженні використання SiO 2 , як це було протягом останніх 30 років, мінімальна товщина шару становитиме 2.3 нм, інакше струм витоку струму затвора набуде просто нереальних величин. .
Для зниження підканального витоку досі нічого не робилося, зараз ситуація починає змінюватися, оскільки робочий струм, поряд з часом спрацьовування затвора, є одним з двох основних параметрів, що характеризують швидкість роботи транзистора, а витік у вимкненому стані на ньому безпосередньо позначається - для збереження необхідної ефективності транзистора доводиться, відповідно, піднімати робочий струм, з усіма умовами.
Виготовлення мікропроцесора - це найскладніший процес, куди входять понад 300 етапів. Мікропроцесори формуються на поверхні тонких кругових пластин кремнію - підкладках, внаслідок певної послідовності різних процесів обробки з використанням хімічних препаратів, газів та ультрафіолетового випромінювання.
Підкладки зазвичай мають діаметр 200 мм, або 8 дюймів. Проте корпорація Intel вже перейшла на пластини діаметром 300 мм або 12 дюймів. Нові пластини дозволяють отримати майже в 4 рази більше кристалів, і вихід придатних значно вищий. Пластини виготовляють із кремнію, який очищають, плавлять і вирощують із нього довгі циліндричні кристали. Потім кристали розрізають на тонкі пластини і полірують їх до тих пір, поки поверхні не стануть дзеркально гладкими і вільними від дефектів. Далі послідовно циклічно повторюючись виробляють термічне оксидування (формування плівки SiO 2 ), фотолітографію, дифузію домішки (фосфор), епітаксию (нарощування шару).
У процесі виготовлення мікросхем на пластини-заготовки наносять у вигляді ретельно розрахованих малюнків найтонші шари матеріалів. На одній пластині міститься до кількох сотень мікропроцесорів, для виготовлення яких потрібно здійснити понад 300 операцій. Весь процес виробництва процесорів можна розділити на кілька етапів: вирощування діоксиду кремнію та створення провідних областей, тестування, виготовлення корпусу та доставка.
Процес виробництва мікропроцесора починається з " вирощування на поверхні відполірованої пластини ізоляційного шару діоксиду кремнію. Здійснюється цей етап в електричній печі при дуже високій температурі. Товщина оксидного шару залежить від температури і часу, яке пластина проводить у печі.
Потім слідує фотолітографія - процес, у ході якого поверхні пластини формується рисунок-схема. Спочатку на пластину наносять тимчасовий шар світлочутливого матеріалу - фоторезист, на який за допомогою ультрафіолетового випромінювання проектують зображення прозорих ділянок шаблону або фотомаски. Маски виготовляють при проектуванні процесора та використовують для формування малюнків схем у кожному шарі процесора. Під впливом випромінювання засвічені ділянки фотошару стають розчинними, і їх видаляють за допомогою розчинника (плавикова кислота), відкриваючи діоксид кремнію, що знаходиться під ними.
Відкритий діоксид кремнію видаляють за допомогою процесу, який називається " травленням Потім видаляють фотошар, що залишився, в результаті чого на напівпровідниковій пластині залишається малюнок з діоксиду кремнію. В результаті ряду додаткових операцій фотолітографії і травлення на пластину наносять також полікристалічний кремній, що володіє властивостями провідника.
У ході наступної операції, званої " легуванням ", Відкриті ділянки кремнієвої пластини бомбардують іонами різних хімічних елементів, які формують у кремнії негативні та позитивні заряди, що змінюють електричну провідність цих ділянок.
Накладання нових шарів з подальшим травленням схеми здійснюється кілька разів, при цьому для міжшарових з'єднань у шарах залишаються вікна, які заповнюють металом, формуючи електричні з'єднання між шарами. У своєму 0.13-мікронному технологічному процесі корпорація Intel застосувала мідні провідники. У 0.18-мікронному виробничому процесі та процесах попередніх поколінь Intelзастосовувала алюміній. І мідь, і алюміній – чудові провідники електрики. При використанні 0,18-мкм техпроцесу використовувалося 6 шарів, при впровадженні 90 нм техпроцесу в 2004 застосували 7 шарів кремнію.
Кожен шар процесора має свій власний малюнок, разом всі ці шари утворюють тривимірну. електронну схему. Нанесення шарів повторюють 20-25 разів протягом декількох тижнів.
Щоб витримати дії, яким піддаються підкладки в процесі нанесення шарів, кремнієві пластини спочатку мають бути досить товстими. Тому, перш ніж розрізати пластину на окремі мікропроцесори, її товщину за допомогою спеціальних процесів зменшують на 33% і видаляють забруднення зі зворотного боку. Потім на зворотний бік "схудлої" пластини наносять шар спеціального матеріалу, який покращує подальше кріплення кристала до корпусу. Крім того, цей шар забезпечує електричний контакт між задньою поверхнею інтегральної схеми та корпусом після збирання.
Після цього пластини тестують, щоб перевірити якість виконання всіх операцій обробки. Щоб визначити, чи правильно працюють процесори, перевіряють окремі компоненти. Якщо виявляються несправності, дані про них аналізують, щоб зрозуміти на якому етапі обробки виник збій.
Потім до кожного процесора підключають електричні зонди та подають живлення. Процесори тестуються комп'ютером, який визначає, чи задовольняють характеристики виготовлених процесорів заданим вимогам.
Після тестування пластини вирушають у складальне виробництво, де їх розрізають на маленькі прямокутники, кожен з яких містить інтегральну схему. Для поділу пластини використовують спеціальну прецизійну пилку. Непрацюючі кристали відбраковуються.
Потім кожен кристал поміщають у індивідуальний корпус. Корпус захищає кристал від зовнішніх впливів та забезпечує його електричне з'єднанняз платою, на яку він буде встановлений. Крихітні кульки припою, розташовані у певних точках кристала, припаюють до електричних висновків корпусу. Тепер електричні сигналиможуть надходити із плати на кристал і назад.
У майбутніх процесорах компанія Intel застосує технологію BBUL , яка дозволить створювати принципово нові корпуси з меншим тепловиділенням та ємністю між ніжками CPU.
Після установки кристала в корпус процесор знову тестують, щоб визначити, чи він працездатний. Несправні процесори відбраковують, а справні піддають випробуванням навантаження: впливу різних температурних і вологих режимів, а також електростатичних розрядів. Після кожного випробування навантаження процесор тестують для визначення його функціонального стану. Потім процесори сортують залежно від їхньої поведінки при різних тактових частотах і напругах живлення.
Процесори, що пройшли тестування, надходять на вихідний контроль, завдання якого - підтвердити, що результати всіх попередніх тестів були коректними, а параметри інтегральної схеми відповідають встановленим стандартам або перевершують їх. Всі процесори, що пройшли вихідний контроль, маркують та упаковують для доставки замовникам.
Майже всі знають, що в комп'ютері головним елементом серед усіх «залізних» компонентів є центральний процесор. Але коло людей, які уявляють, як працює процесор, є дуже обмеженим. Більшість користувачів про це й гадки не мають. І навіть коли система раптом починає «гальмувати», багато хто вважає, що це процесор погано працює, і не надають значення іншим факторам. Для розуміння ситуації розглянемо деякі аспекти роботи ЦП.
Що таке центральний процесор?
Із чого складається процесор?
Якщо говорити про те, як працює процесор Intel або його конкурент AMD, потрібно подивитися, як ці чіпи влаштовані. Перший мікропроцесор (до речі, саме від Intel, модель 4040) з'явився ще далекого 1971 року. Він міг виконувати лише найпростіші операції складання та віднімання з обробкою лише 4 біт інформації, тобто мав 4-бітну архітектуру.
Сучасні процесори, як і первісток, засновані на транзисторах і мають куди більшу швидкодію. Виготовляються вони методом фотолітографії з певної кількості окремих кремнієвих пластинок, що становлять єдиний кристал, в який ніби вдруковані транзистори. Схема створюється спеціальному прискорювачі розігнаними іонами бору. У внутрішній структурі процесорів основними компонентами є ядра, шини та функціональні частинки, які називають ревізіями.
Основні характеристики
Як і будь-яке інше пристрій, процесор характеризується певними параметрами, які, відповідаючи питанням, як працює процесор, обійти стороною не можна. Насамперед це:
- кількість ядер;
- кількість потоків;
- розмір кешу (внутрішньої пам'яті);
- тактова частота;
- швидкість шини.
Поки що зупинимося на тактовій частоті. Недаремно процесор називають серцем комп'ютера. Як і серце, він працює в режимі пульсації з певною кількістю тактів на секунду. Тактова частота вимірюється в МГц або ГГц. Чим вона вища, тим більше операцій може виконати пристрій.
На якій частоті працює процесор, можна дізнатися з його заявлених характеристик або подивитися інформацію в процесі обробки команд частота може змінюватися, а при розгоні (оверлокінгу) збільшуватися до екстремальних меж. Таким чином, заявлена є лише усередненим показником.
Кількість ядер - показник, що визначає кількість обчислювальних центрів процесора (не плутати з потоками - кількість ядер та потоків можуть не співпадати). За рахунок такого розподілу з'являється можливість перенаправлення операцій на інші ядра, завдяки чому підвищується загальна продуктивність.
Як працює процесор: обробка команд
Тепер трохи про структуру команд, що виконуються. Якщо подивитися, як працює процесор, потрібно чітко уявляти, що будь-яка команда має дві складові - операційну та операндну.
Операційна частина вказує, що має виконати в даний момент комп'ютерна система, операнда визначає те, над чим має працювати саме процесор Крім того, ядро процесора може містити два обчислювальні центри (контейнери, потоки), які поділяють виконання команди на кілька етапів:
- вироблення;
- дешифрування;
- виконання команди;
- звернення до пам'яті самого процесора
- збереження результату.
Сьогодні застосовується роздільне кешування як використання двох рівнів кеш-пам'яті, що дозволяє уникнути перехоплення двома і більше командами звернення одного з блоків пам'яті.
Процесори за типом обробки команд поділяють на лінійні (виконання команд у порядку черги їх запису), циклічні та розгалужені (виконання інструкцій після обробки умов розгалуження).
Операції, що виконуються
Серед основних функцій, покладених на процесор, у сенсі виконуваних команд чи інструкцій розрізняють три основні завдання:
- математичні дії на основі арифметико-логічного устрою;
- переміщення даних (інформації) з одного типу пам'яті до іншого;
- прийняття рішення щодо виконання команди, і його основі - вибір перемикання виконання інших наборів команд.
Взаємодія з пам'яттю (ПЗУ та ОЗУ)
У цьому процесі слід зазначити такі компоненти, як шина і канал читання та записи, які з'єднані із пристроями, що запам'ятовують. ПЗП містить постійний набір байт. Спочатку адресна шина запитує ПЗУ певний байт, потім передає його на шину даних, після чого канал читання змінює свій стан і ПЗУ надає запитаний байт.
Але процесори можуть не тільки зчитувати дані з оперативної пам'яті, але записувати їх. У цьому випадку використовується канал запису. Але, якщо розібратися, за великим рахунком сучасні комп'ютерисуто теоретично могли б взагалі обійтися без ОЗУ, оскільки сучасні мікроконтролери здатні розміщувати потрібні байти даних безпосередньо в пам'яті самого процесорного чіпа. Але без ПЗУ обійтися ніяк не можна.
Крім усього іншого, старт системи запускається з режиму тестування обладнання (команди BIOS), а потім управління передається завантажуваній операційній системі.
Як перевірити, чи процесор працює?
Тепер подивимося деякі аспекти перевірки працездатності процесора. Потрібно чітко розуміти, що, якби процесор не працював, комп'ютер не зміг би почати завантаження взагалі.
Інша річ, коли потрібно подивитися на показник використання можливостей процесора у певний момент. Зробити це можна із стандартного «Диспетчера завдань» (навпроти будь-якого процесу вказано, скільки відсотків завантаження процесора він дає). Для візуального визначення цього параметра можна скористатися вкладкою продуктивності, де відстеження змін відбувається у режимі реального часу. Розширені параметри можна побачити за допомогою спеціальних програмнаприклад, CPU-Z.
Крім того, можна використовувати кілька ядер процесора, використовуючи для цього (msconfig) і Додаткові параметризавантаження.
Можливі проблеми
Зрештою, кілька слів про проблеми. Ось багато користувачів часто запитують, мовляв, чому процесор працює, а монітор не вмикається? До центрального процесора ця ситуація не має жодного стосунку. Справа в тому, що при включенні будь-якого комп'ютера спочатку тестується графічний адаптер, а потім все інше. Можливо, проблема полягає якраз у процесорі графічного чіпа (усі сучасні відеоприскорювачі мають власні графічні процесори).
Але на прикладі функціонування людського організму слід розуміти, що у разі зупинки серця вмирає весь організм. Так і з комп'ютерами. Не працює процесор – «вмирає» вся комп'ютерна система.
Коріння нашого цифрового способу життя виразно зростає з напівпровідників, які дозволили створювати складні обчислювальні чіпи на основі транзисторів. Вони зберігають і обробляють дані, що є основою сучасних мікропроцесорів. Напівпровідники, які сьогодні виготовляються з піску, є ключовим компонентом практично будь-якого. електронного пристрою, від комп'ютерів до ноутбуків та стільникових телефонів. Навіть машини тепер не обходяться без напівпровідників та електроніки, оскільки напівпровідники керують системою кондиціювання повітря, процесом упорскування палива, запаленням, люком, дзеркалами і навіть кермовим керуванням (BMW Active Steering). Сьогодні майже будь-який пристрій, який споживає енергію, збудований на напівпровідниках.
Мікропроцесори, без сумніву, знаходяться серед найскладніших напівпровідникових продуктів, оскільки незабаром кількість транзисторів досягне мільярда, а спектр функціональності вражає вже сьогодні. Незабаром вийдуть двоядерні процесори Core 2 на майже готовому 45-нм техпроцесі Intel, причому утримуватимуть вони вже 410 мільйонів транзисторів (хоча їх більшість буде використовуватися для 6-Мбайт кешу L2). 45-нм процес названий так за розміром одного транзистора, який тепер приблизно в 1000 разів менший за діаметр людського волосся. Певною мірою саме тому електроніка починає управляти всім у нашому житті: навіть коли розміри транзистора були більшими, виробляти не дуже складні мікросхеми було дуже дешево, бюджет транзисторів був дуже великим.
У нашій статті ми розглянемо основи виробництва мікропроцесорів, але також торкнемося історії процесорів, архітектури і розглянемо різні продукти на ринку. В Інтернеті можна знайти чимало цікавої інформації, дещо наведено нижче.
- Wikipedia: Microprocessor. У цій статті розглянуто різні типи процесорів та наведено посилання на виробників та додаткові сторінки Wiki, присвячені процесорам.
- Wikipedia: Microprocessors (Category). У розділі, присвяченому мікропроцесорам, наведено ще більше посилань та інформації.
Конкуренти у сфері ПК: AMD та Intel
Штаб-квартира компанії Advanced Micro Devices Inc., заснованої в 1969, розташовується в каліфорнійському Саннівейлі, а "серце" компанії Intel, яка була утворена всього на рік раніше, розташовується за кілька кілометрів, у місті Санта-Клара. У AMD сьогодні є два заводи: в Остіні (Техас, США) та в Дрездені (Німеччина). Незабаром набуде чинності новий завод. Крім того, AMD об'єднала зусилля з IBM з розробки процесорних технологій та виробництва. Звичайно, все це лише частка від розміру Intel, оскільки у цього лідера ринку сьогодні працюють майже 20 заводів у дев'яти місцях. Приблизно половина їх використовується для мікропроцесорів. Тому, коли ви порівнюєте AMD та Intel, пам'ятайте, що ви порівнюєте Давида та Голіафа.
Intel має безперечну перевагу у вигляді величезних виробничих потужностей. Так, компанія сьогодні лідирує у впровадженні передових технологічних процесів. Intel приблизно на рік випереджає AMD щодо цього. В результаті Intel може використовувати у своїх процесорах більше транзисторів і більший обсяг кешу. AMD, на відміну від Intel, доводиться максимально ефективно оптимізувати техпроцес, щоб не відстати від конкурента та випускати гідні процесори. Звичайно, дизайн процесорів та їх архітектура дуже різняться, але технічний процес виробництва побудований на тих самих базових принципах. Хоча, звісно, й у ньому відмінностей багато.
Виробництво мікропроцесорів
Виробництво мікропроцесорів і двох важливих етапів. Перший полягає у виробництві підкладки, що AMD та Intel здійснюють на своїх заводах. Сюди входить і надання підкладці властивостей, що проводять. Другий етап - тест підкладок, складання та упаковка процесора. Останню операцію зазвичай виробляють у менш дорогих країнах. Якщо ви подивитеся на процесори Intel, то знайдете напис, що упаковка була здійснена в Коста-Ріці, Малайзії, Філіппінах і т.д.
AMD і Intel сьогодні намагаються випускати продукти для максимальної кількості сегментів ринку, причому, на основі мінімально можливого асортименту кристалів. Прекрасний приклад – лінійка процесорів Intel Core 2 Duo. Тут є три процесори з кодовими назвами для різних ринків: Merom для мобільних додатків, Conroe – настільна версія, Woodcrest – серверна версія. Всі три процесори побудовані на одній технологічній основі, що дозволяє виробнику приймати рішення на останніх етапах виробництва. Можна вмикати або вимикати функції, а поточний рівень тактових частот дає Intel чудовий відсоток виходу придатних кристалів. Якщо на ринку підвищився попит на мобільні процесори, Intel може сфокусуватися на випуску моделей Socket 479. Якщо зріс попит на настільні моделі, то компанія тестуватиме, валідуватиме і упаковуватиме кристали для Socket 775, тоді як серверні процесори упаковуються під Socket 771. Так створюються навіть чотириядерні процесори: два двоядерні кристали встановлюються в одну упаковку, ось ми отримуємо чотири ядра.
Як утворюються чіпи
Виробництво чіпів полягає у накладанні тонких шарів зі складним "візерунок" на кремнієві підкладки. Спочатку створюється ізолюючий шар, який працює як електричний затвор. Зверху потім накладається фоторезистивний матеріал, а небажані ділянки видаляються за допомогою масок та високоінтенсивного опромінення. Коли опромінені ділянки буде видалено, під ними відкриються ділянки діоксиду кремнію, який видаляється за допомогою травлення. Після цього видаляється фоторезистивний матеріал, і ми отримуємо певну структуру на поверхні кремнію. Потім проводяться додаткові процеси фотолітографії, з різними матеріалами, доки не буде отримана бажана тривимірна структура. Кожен шар можна легувати певною речовиною або іонами, змінюючи електричні властивості. У кожному шарі створюються вікна, щоб підводити металеві з'єднання.
Що стосується виробництва підкладок, то з цільного монокристалу-циліндра їх необхідно нарізати тонкими "млинцями", щоб потім легко розрізати на окремі кристали процесорів. На кожному етапі виробництва виконується складне тестування, що дозволяє оцінити якість. Для тестів кожного кристала підкладці використовуються електричні зонди. Нарешті, підкладка розрізається окремі ядра, неробочі ядра відразу ж відсіюються. Залежно від характеристик, ядро стає тим чи іншим процесором і полягає в упаковці, яка полегшує встановлення процесора материнську плату. Усі функціональні блоки проходять через інтенсивні стрес-тести.
Все починається з підкладок
Перший крок у виробництві процесорів виконується у чистій кімнаті. До речі, важливо відзначити, що подібне технологічне виробництво є скупченням величезного капіталу на квадратний метр. На будівництво сучасного заводу з усім обладнанням легко "відлітають" 2-3 млрд. доларів, та й на тестові прогони нових технологій потрібно кілька місяців. Тільки тоді завод може серійно випускати процесори.
Загалом процес виробництва чіпів складається з декількох кроків обробки підкладок. Сюди входить і створення самих підкладок, які будуть розрізані на окремі кристали.
Все починається з вирощування монокристалу, для чого затравальний кристал впроваджується у ванну з розплавленим кремнієм, який знаходиться трохи вище за точку плавлення полікристалічного кремнію. Важливо, щоб кристали росли повільно (приблизно день), щоб гарантувати правильне розташування атомів. Полікристалічний або аморфний кремній складається з багатьох різномастних кристалів, які призведуть до появи небажаних поверхневих структур з поганими електричними властивостями. Коли кремній буде розплавлений, його можна легувати за допомогою інших речовин, що змінюють електричні властивості. Весь процес відбувається у герметичному приміщенні із спеціальним повітряним складом, щоб кремній не окислювався.
Монокристал розрізається на "млинці" за допомогою кільцевої алмазної пилки, яка дуже точна і не створює великих нерівностей на поверхні підкладок. Звичайно, при цьому поверхня підкладок все одно не є ідеально плоскою, тому потрібні додаткові операції.
Спочатку за допомогою сталевих пластин, що обертаються, і абразивного матеріалу (такого, як оксид алюмінію), знімається товстий шар з підкладок (процес називається притиранням). В результаті усуваються нерівності розміром від 0,05 мм до приблизно 0,002 мм (2 000 нм). Потім слід закруглити краї кожної підкладки, оскільки при гострих краях можуть відшаровуватися шари. Далі використовують процес травлення, коли за допомогою різних хімікатів (плавикова кислота, оцтова кислота, азотна кислота) поверхня згладжується ще приблизно на 50 мкм. Фізично поверхня не погіршується, оскільки весь процес є повністю хімічним. Він дозволяє видалити похибки, що залишилися в структурі кристала, в результаті чого поверхня буде близька до ідеалу.
Останній крок - полірування, яке згладжує поверхню до нерівностей, максимум 3 нм. Полірування здійснюється за допомогою суміші гідроксиду натрію та гранульованого діоксиду кремнію.
Сьогодні підкладки для мікропроцесорів мають діаметр 200 або 300 мм, що дозволяє виробникам чіпів отримувати з кожної їх безліч процесорів. Наступним кроком будуть 450-мм підкладки, але раніше за 2013 рік очікувати їх не слід. Загалом, що більше діаметр підкладки, то більше можна зробити чіпів однакового розміру. 300-мм підкладка, наприклад, дає більш ніж удвічі більше процесорів, ніж 200-мм.
Ми вже згадували легування, яке виконується під час зростання монокристалу. Але легування проводиться і з готовою підкладкою, і під час процесів фотолітографії пізніше. Це дозволяє змінювати електричні властивості певних областей та шарів, а не всієї структури кристала
Додавання легуючої речовини може відбуватися через дифузію. Атоми легуючої речовини заповнюють вільний простірвсередині кристалічних ґрат, між структурами кремнію. У деяких випадках можна легувати існуючу структуру. Дифузія здійснюється за допомогою газів (азот та аргон) або за допомогою твердих речовин або інших джерел легуючої речовини.
Ще один підхід до легування полягає в іонній імплантації, яка дуже корисна у справі зміни властивостей підкладки, яка була легована, оскільки іонна імплантація здійснюється за нормальної температури. Тому існуючі домішки не дифундують. На підкладку можна накласти маску, яка дозволяє обробляти лише певні області. Звичайно, про іонну імплантацію можна говорити довго і обговорювати глибину проникнення, активацію добавки за високої температури, канальні ефекти, проникнення в оксидні рівні тощо, але це виходить за межі нашої статті. Процедуру можна повторювати кілька разів під час виробництва.
Щоб створити дільниці інтегральної схеми, використовується процес фотолітографії. Оскільки при цьому потрібно опромінювати не всю поверхню підкладки, важливо використовувати так звані маски, які пропускають випромінювання високої інтенсивності тільки на певні ділянки. Маски можна порівняти із чорно-білим негативом. Інтегральні схеми мають безліч шарів (20 і більше), і кожного з них потрібна своя маска.
Структура тонкої хромової плівки наноситься на поверхню пластини з кварцового скла, щоб створити шаблон. При цьому дорогі інструменти, що використовують потік електронів або лазер, прописують необхідні дані інтегральної схеми, в результаті чого отримуємо шаблон з хрому на поверхні кварцової підкладки. Важливо розуміти, кожна модифікація інтегральної схеми призводить до необхідності виробництва нових масок, тому весь процес внесення правок дуже затратний. Для дуже складних схем маски створюються дуже довго.
За допомогою фотолітографії на кремнієвій підкладці формується структура. Процес повторюється кілька разів, доки не буде створено безліч шарів (більше 20). Шари можуть складатися з різних матеріалів, причому, потрібно ще й продумувати з'єднання мікроскопічним дротиком. Усі шари можна легувати.
Перед тим, як розпочнеться процес фотолітографії, підкладка очищається та нагрівається, щоб видалити липкі частинки та воду. Потім підкладка за допомогою спеціального пристрою покривається діоксид кремнію. Далі на підкладку наноситься зв'язуючий агент, який гарантує, що матеріал, який буде нанесений на наступному кроці, залишиться на підкладці. Фоторезистивний матеріал наноситься на середину підкладки, яка потім починає обертатися з швидкістю, щоб шар рівномірно розподілився по всій поверхні підкладки. Підкладка знову потім нагрівається.
Потім через маску обкладинка опромінюється квантовим лазером, жорстким ультрафіолетовим випромінюванням, рентгенівським випромінюванням, пучками електронів або іонів - можуть використовуватися всі ці джерела світла чи енергії. Пучки електронів застосовуються, головним чином, створення масок, рентгенівські промені і пучки іонів - для дослідницьких цілей, а промисловому виробництві сьогодні домінують жорстке УФ-випромінювання і газові лазери.
Жорстке УФ-випромінювання із довжиною хвилі 13,5 нм опромінює фоторезистивний матеріал, проходячи через маску.
Для отримання необхідного результату дуже важливим є час проектування та фокусування. Погане фокусування призведе до того, що залишаться зайві частинки фоторезистивного матеріалу, оскільки деякі отвори в масці не будуть опромінені належним чином. Те саме вийде, якщо час проектування буде занадто маленьким. Тоді структура з фоторезистивного матеріалу буде надто широкою, ділянки під отворами будуть недотримані. З іншого боку, надмірний час проектування створює надто великі ділянки під отворами та надто вузьку структуру з фоторезистивного матеріалу. Як правило, дуже трудомістко і складно відрегулювати та оптимізувати процес. Невдале регулювання призведе до серйозних відхилень і сполучних провідниках.
Спеціальна крокова проекційна установка переміщує підкладку у потрібне положення. Потім може проектуватися рядок або одна ділянка, найчастіше відповідна одному кристалу процесора. Додаткові мікроустановки можуть вносити додаткові зміни. Вони можуть налагоджувати існуючу технологію та оптимізувати техпроцес. Мікроустановки зазвичай працюють над площами менше 1 кв. мм, тоді як звичайні установки покривають площі більшого розміру.
Потім підкладка переходить на новий етап, де видаляється ослаблений фоторезистивний матеріал, що дозволяє отримати доступ до діоксиду кремнію. Існують мокрий та сухий процеси травлення, якими обробляються ділянки діоксиду кремнію. Мокрі процеси використовують хімічні сполуки, а сухі процеси – газ. Окремий процес полягає і у видаленні залишків фоторезистивного матеріалу. Виробники часто поєднують мокре та сухе видалення, щоб фоторезистивний матеріал був повністю вилучений. Це важливо, оскільки фоторезистивний органічний матеріал, і якщо його не видалити, він може призвести до появи дефектів на підкладці. Після травлення та очищення можна приступати до огляду підкладки, що зазвичай відбувається на кожному важливому етапі, або переводити підкладку на новий цикл фотолітографії.
Тест підкладок, збирання, упаковка
Готові підкладки тестуються на про установках зондового контролю. Вони працюють із усією підкладкою. На контакти кожного кристала накладаються контакти зонда, що дозволяє проводити електричні випробування. За допомогою програмного забезпеченнятестуються всі функції кожного ядра.
За допомогою розрізу з підкладки можна отримати окремі ядра. На даний момент установки зондового контролю вже виявили які кристали містять помилки, тому після розрізання їх можна відокремити від придатних. Раніше пошкоджені кристали фізично маркірувалися, тепер у цьому немає потреби, вся інформація зберігається в єдиній базі даних.
Кріплення кристала
Потім функціональне ядро потрібно зв'язати із процесорною упаковкою, використовуючи клейкий матеріал.
Потім потрібно провести провідні з'єднання, що зв'язують контакти чи ніжки упаковки та сам кристал. Можуть використовуватись золоті, алюмінієві або мідні сполуки.
Більшість сучасних процесорів використовують пластикову упаковку із розподільником тепла.
Зазвичай ядро полягає в керамічну або пластикову упаковку, що дозволяє запобігти пошкодженню. Сучасні процесори оснащуються так званим розподільником тепла, що забезпечує додатковий захист кристала, а також велику контактну поверхню з кулером.
Тестування процесора
Останній етап має на увазі тестування процесора, що відбувається при підвищених температурах, відповідно до специфікацій процесора. Процесор автоматично встановлюється в тестовий сокет, після чого відбувається аналіз усіх функцій.
Декілька років тому компанія Intel представила покроковий процес виробництва мікропроцесорів: від піску до кінцевого продукту. Фактично напівпровідникових елементів виглядає справді дивовижним.
Крок 1. Пісок
Кремній, що становить за загальною масою близько 25 відсотків усіх хімічних елементів у земній корі, є другим за поширенням після кисню. Пісок має високий процент діоксиду кремнію (SiO 2), який є основним інгредієнтом не тільки для процесорів Intel, але і взагалі для напівпровідникового виробництва.
Розплавлений кремній
Речовина очищається протягом декількох етапів, доки не вийде кремній напівпровідникової чистоти, що використовується у напівпровідниках. Зрештою, він надходить у вигляді монокристалічних злитків діаметром близько 300 міліметрів (12 дюймів). Раніше зливки мали діаметр 200 міліметрів (8 дюймів), а далекого 1970 року - ще менше - 50 міліметрів (2 дюйми).
На даному рівніВиробництво процесорів після очищення чистоти кристала становить один атом домішки на мільярд атомів кремнію. Вага зливка складає 100 кілограмів.
Крок 3. Нарізування зливка
Злиток нарізається дуже тонкою пилкою на окремі скибочки, які називаються підкладками. Кожна з них згодом полірується, щоб вийшла бездефектна дзеркально-гладка поверхня. Саме на цю гладку поверхню згодом наноситимуть крихітні мідні дроти.
Експонування фоторезистивного шару
На підкладку, що обертається з високою швидкістю, заливається фоторезистивна рідина (такі ж матеріали використовуються в традиційній фотографії). При обертанні по всій поверхні підкладки утворюється тонкий і рівномірний резистивний шар.
Ультрафіолетовий лазер через маски та лінзу впливає на поверхню підкладки, утворюючи на ній невеликі освітлені ультрафіолетові лінії. Лінза робить сфокусоване зображення вчетверо менше маски. Скрізь, де ультрафіолетові лінії впливають на резистивний шар, виникає хімічна реакція, у результаті якої ці ділянки стають розчинними.
Крок 5. Травлення
Розчинний фоторезистивний матеріал повністю розчиняється за допомогою хімічного розчинника. Таким чином, для часткового розчинення або травлення невеликої кількості полірованого напівпровідникового матеріалу (підкладки) використовується хімічний травник. Решта фоторезистивного матеріалу, що залишилася, видаляється шляхом схожого процесу промивання, відкриваючи (експонуючи) протруєну поверхню підкладки.
Формування шарів
Для створення крихітних мідних проводів, які в кінцевому рахунку будуть передавати електрику до різних з'єднувачів, додаються додаткові фоторезисти (світлочутливі матеріали), які також промиваються і експонуються. Надалі виконується процес іонного легування для додавання домішок та захисту місць осадження іонів міді від мідного купоросу під час процесу гальваностегії.
На різних етапах цих процесів виробництва процесора додаються додаткові матеріали, які протравлюються та поліруються. Цей процес повторюється 6 разів для формування 6 шарів.
Кінцевий продукт виглядає як сітка з множини мікроскопічних мідних смуг, що проводять електрику. Деякі з них з'єднані з іншими, а деякі розташовані на певній відстані від інших. Але вони використовуються реалізації однієї мети - передачі електронів. Іншими словами, вони призначені для забезпечення так званої «корисної роботи» (наприклад, додавання двох чисел з максимально можливою швидкістю, що є суттю моделі обчислень у наші дні).
Багаторівнева обробка повторюється на кожній окремій невеликій ділянці поверхні підкладки, на якій будуть виготовлені чіпи. До таких ділянок відносяться ті з них, які частково розташовані за межами підкладки.
Крок 7. Тестування
Як тільки буде нанесено всі металеві шари і створено всі транзистори, настає час наступного етапу виробництва процесорів "Інтел" - тестування. Пристрій із безліччю штирків розміщується у верхній частині чіпа. До нього прикріплюється багато мікроскопічних проводків. Кожен такий проводок має електричне з'єднання з чипом.
Для відтворення роботи чіпа йому передається послідовність тестових сигналів. При тестуванні перевіряються як традиційні обчислювальні здібності, але й виконується внутрішня діагностика з визначенням значень напруги, каскадних послідовностей та інші функції. Відповідь чіпа як результату тестування зберігається у базі даних, спеціально виділеної даної ділянки підкладки. Цей процес повторюється для кожної ділянки підкладки.
Нарізування пластин
Для нарізування пластин використовується дуже маленька пилка з алмазним наконечником. База даних, заповнена попередньому етапі, використовується визначення, які чіпи, відрізані від підкладки, збережені, які відкинуті.
Крок 9. Укладання корпусу
Усі робочі пластини поміщаються у фізичні корпуси. Незважаючи на те, що пластини були попередньо протестовані і щодо них було прийнято рішення, що вони працюють коректно, це не означає, що вони є добрими процесорами.
Процес укладання корпусу означає приміщення кремнієвого кристала в матеріал підкладки, до контактів або масиву кулькових висновків якого приєднані мініатюрні золоті проводки. Масив кулькових висновків можна знайти на звороті корпусу. У верхній частині корпусу встановлюється тепловідведення. Він є металевим корпусом. По завершенні цього процесу центральний процесор виглядає як готовий продукт, призначений споживання.
Примітка: металеве тепловідведення є ключовим компонентом сучасних високошвидкісних напівпровідникових пристроїв. Раніше тепловідведення були керамічними і не використовували примусове охолодження. Воно знадобилося для деяких моделей 8086 та 80286 та для моделей, починаючи з 80386. Попередні покоління процесорів мали набагато менше транзисторів.
Наприклад, процесор 8086 мав 29 тисяч транзисторів, тоді як сучасні центральні процесори мають сотні мільйонів транзисторів. Така маленька за нинішніми мірками кількість транзисторів не виробляла достатньо тепла, щоб потрібно активне охолодження. Щоб відокремити дані процесори від тих, хто потребує такого типу охолодження, згодом на керамічні чіпи ставилося тавро «Потрібно тепловідведення».
Сучасні процесори генерують достатньо тепла, щоб розплавитись за лічені секунди. Тільки наявність тепловідведення, під'єднаного до великого радіатора та вентилятора, дозволяє їм функціонувати протягом тривалого часу.
Сортування процесорів за характеристиками
До цього етапу виробництва процесор виглядає таким, яким його купують у магазині. Однак для завершення процесу його виробництва потрібен ще один етап. Він називається сортуванням.
На цьому етапі вимірюються дійсні характеристики окремого центрального процесора. Вимірюються такі параметри, як напруга, частота, продуктивність, тепловиділення та інші характеристики.
Найкращі чіпи відкладаються як вироби вищого класу. Вони продаються не тільки як найшвидші компоненти, але і як моделі з низькою та наднизькою напругою.
Чіпи, які не увійшли до групи найкращих процесорів, часто продаються як процесори з нижчими тактовими частотами. Крім того, чотириядерні процесори нижчого класу можуть продаватися як дво- або триядерні.
Продуктивність процесорів
У процесі сортування визначаються кінцеві значення швидкості, напруги та теплові характеристики. Наприклад, на стандартній підкладці лише 5% вироблених чіпів можуть функціонувати на частоті понад 3,2 ГГц. У той самий час 50 % чіпів можуть працювати на частоті 2,8 ГГц.
Виробники процесорів постійно з'ясовують причини, чому основна частина процесорів працює на частоті 2,8 ГГц замість необхідної 3,2 ГГц. Іноді збільшення продуктивності в конструкцію процесора можуть бути внесені зміни.
Рентабельність виробництва
Рентабельність бізнесу з виробництва процесорів та більшості напівпровідникових елементів лежить у межах 33-50%. Це означає, що щонайменше від 1/3 до 1/2 пластин на кожній підкладці робітники, а компанія в цьому випадку рентабельна.
У компанії Intel операційний прибуток при використанні технології 45 нм для підкладки 300 мм становить 95%. Це означає, що якщо з однієї підкладки можна виготовити 500 кремнієвих пластин, 475 з них будуть робітниками і тільки 25 будуть викинуті. Чим більше пластин можна отримати з однієї підкладки, тим більший прибуток матиме компанія.
Технології Intel, які використовуються в наші дні
Історія застосування нових технологій Intel для масового виробництва процесорів:
- 1999 р. – 180 нм;
- 2001 р. – 130 нм;
- 2003 р. – 90 нм;
- 2005 р. – 65 нм;
- 2007 р. – 45 нм;
- 2009 р. – 32 нм;
- 2011 р. – 22 нм;
- 2014 р. – 14 нм;
- 2019 р. – 10 нм (планується).
На початку 2018 р. компанія Intel оголосила про перенесення масового виробництва 10-нм процесорів на 2019 рік. Причина цього – у великій вартості виробництва. На даний момент компанія продовжує постачати 10-нм процесори у невеликих обсягах.
Охарактеризуємо технології виробництва процесорів Intel із погляду вартості. Дорожнечу керівництво компанії пояснює довгим виробничим циклом та застосуванням великої кількості масок. В основі 10-нм технології лежить глибока ультрафіолетова літографія (DUV) із застосуванням лазерів, що працюють на довжині хвилі 193 нм.
Для 7-нм процесу використовуватиметься екстремальна ультрафіолетова літографія (EUV) із застосуванням лазерів, що працюють на довжині хвилі 13,5 нм. Завдяки такій довжині хвилі вдасться уникнути застосування мультипаттернів, які широко використовуються для 10-нм процесу.
Інженери компанії вважають, що зараз потрібно відшліфувати технологію DUV, а не стрибати безпосередньо на 7-нм процес. Таким чином, поки що будуть зняті з виробництва процесори, що використовують 10-нм технологію.
Перспективи мікропроцесорного виробництва компанії AMD
Єдиним реальним конкурентом Інтел на ринку виробництва процесорів на сьогоднішній день є AMD. Через помилки "Інтел", пов'язані з 10-нм технологією, AMD трохи поправила своє становище на ринку. Intel має масове виробництво з використанням технологічного процесу 10 нм сильно запізнилося. Компанія AMD, як відомо, використовує для виробництва своїх чіпів третю сторону. І тепер склалася ситуація, коли AMD для виробництва використовує на всю 7-нм технології виробництва процесорів, що не поступаються головному конкуренту.
Основними сторонніми виробниками напівпровідникових пристроїв із використанням нових технологій для складної логіки є Тайванська компанія виробництва напівпровідників (TSMC), американська компанія GlobalFoundaries та корейська Samsung Foundry.
AMD планує використовувати TSMC виключно для мікропроцесорів наступного покоління. При цьому застосовуватимуться нові технології виробництва процесорів. Компанія вже випустила низку продуктів із застосуванням 7-нм процесу, включаючи 7-нм графічний процесор. Перший планується випустити у 2019 р. Вже за 2 роки планується розпочати масове виробництво 5-нм мікросхем.
GlobalFoundaries відмовилася від розробки процесу 7 нм, щоб зосередити свої зусилля на розвитку своїх 14/12 нм процесів для клієнтів, орієнтованих на ринки, що швидко ростуть. AMD вкладає до GlobalFoundaries додаткові інвестиції виробництва процесорів AMD поточного покоління Ryzen, EPYC і Radeon.
Виробництво мікропроцесорів у Росії
Основні мікроелектронні виробництва розташовані у містах Зеленоград ("Мікрон", "Ангстрем") та Москва ("Крокус"). Власне мікроелектронне виробництво є також у Білорусі - компанія "Інтеграл", що використовує технологічний процес 0,35 мкм.
Виробництвом процесорів у Росії займаються компанії "МЦСТ" та "Байкал Електронікс". Остання розробка "МЦСТ" – процесор «Ельбрус-8С». Це 8-ядерний мікропроцесор з тактовою частотою 1,1-1,3 ГГц. Продуктивність російського процесора становить 250 гігафлопс (операцій із плаваючою комою на секунду). Представниками компанії заявляється, що за низкою показників процесор може конкурувати навіть із лідером галузі – компанією Intel.
Виробництво продовжиться моделлю "Ельбрус-16" частотою 1,5 ГГц (цифровий індекс у назві означає кількість ядер). Масове виготовлення цих мікропроцесорів здійснюватиметься у Тайвані. Це має сприяти зменшенню ціни. Як відомо, ціна на продукцію компанії надхмарна. При цьому за характеристиками комплектуючі значно поступаються провідним компаніям у цьому секторі економіки. Поки що такі процесори будуть використовуватися тільки в державних організаціях та для оборонних цілей. Як технологія виробництва процесорів цієї лінійки буде застосовуватися 28-нм технологічний процес.
"Байкал Електронікс" виготовляє процесори, призначені для використання у промисловості. Зокрема, це стосується моделі "Байкал Т1". Область її застосування - маршрутизатори, системи з ЧПК та офісна техніка. Компанія на цьому не зупиняється і вже розробляється процесор персональних комп'ютерів- "Байкал М". Відомостей про його характеристики поки що небагато. Відомо, що він матиме 8-ядерний процесор із підтримкою до 8 графічних ядер. Перевага цього мікропроцесора полягатиме у його енергоефективності.
