Protsessorlar ishlab chiqish

15-MAVZU: TURLI XIL FIRMALAR TAMONIDAN ISHLAB CHIQILGAN PROTSESSOR TURLARI VA IMKONIYATLARI. CELERON PROTSESSORLARI, INTEL PROTSESSORLARI, AMD PROTSESSORLARI, ULTRASPARC III, CYRIX FIRMASI PROTSESSORLARI, INTEL XEON PROTSESSORLARI IMKONIYATLARI.


Reja

1. 
   Protsessorlar ishlab chiqish.
   
2. 
   Celeron protsessorlari.
   
3. 
   Intel protsessorlari
   
4. 
   Ultrasparc iii.
   
5. 
   Cyrix firmasi protsessorlari.
   
6. 
   Intel xeon protsessorlari imkoniyatlari
   

Tayanch so`zlar. Kremniy, gofret Doping, Fotolitografik jarayon, Stepper, metallizatsiya, Pentium 4, Pentium III, Celeron, benchmark, Brend modifikatori, Avlod ko'rsatkichi, SKU raqami, Ultrasparc, SolarisTM Operating, Sun, Cyrix firmasi, Xeon protsessori, Trenton Systems, Core i3 , Core i5 , Core i7 , Core i9, Core X-Series, Xeon E , Xeon W , Xeon D, Xeon Scalable

1. 
   Protsessorlar ishlab chiqish
   

Protsessorlar asosan kremniydan ishlab chiqariladi, bu sayyoradagi ikkinchi eng keng tarqalgan element (faqat kislorod elementi ko'proq tarqalgan). Kremniy oddiy plyaj qumining asosiy tarkibiy qismidir; ammo, bu shaklda u chiplarda foydalanish uchun etarlicha toza emas.
Kremniyning chiplarga aylanishi uzoq davom etadigan jarayon bo'lib, u Czochralski usuli deb ataladigan (jarayon ixtirochisi nomi bilan atalgan) sof kremniy kristallarini etishtirishdan boshlanadi. Ushbu usulda elektr kamon pechlari xom ashyoni (birinchi navbatda qazib olinadigan kvarts jinsini) metallurgiya darajasidagi kremniyga aylantiradi. Keyinchalik, aralashmalarni yo'q qilish uchun kremniy suyuqlikka aylanadi, distillanadi va keyin 99,999999% toza bo'lgan yarimo'tkazgichli novdalar shaklida qayta joylashtiriladi. Keyin bu novdalar mexanik ravishda bo'laklarga bo'linadi va kvarts tigellarga o'raladi, ular elektr kristall tortuvchi pechlarga yuklanadi. U erda kremniy bo'laklari 2500 ° Farengeytdan yuqori haroratda eritiladi. Nopokliklarning oldini olish uchun pechlar odatda juda qalin beton kublarga o'rnatiladi - ko'pincha tebranishning oldini olish uchun suspenziyaga,
Kremniy eritilgandan so'ng, eritilgan kremniyga kichik urug'lik kristalli kiritiladi va asta-sekin aylantiriladi ( 3.3- rasmga qarang ). Urug' eritilgan kremniydan tortib olinganda, kremniyning bir qismi urug'ga yopishadi va urug' bilan bir xil kristall tuzilishda qattiqlashadi. Tortish tezligini (soatiga 10-40 millimetr) va haroratni (taxminan 2500 ° F) diqqat bilan nazorat qilish orqali kristall tor bo'yin bilan o'sadi, keyin esa to'liq kerakli diametrga kengayadi. Tayyorlangan chiplarga qarab, har bir ingot diametri 200 mm (taxminan 8 dyuym) yoki 300 mm (12 dyuym) va uzunligi 5 futdan ortiq, og'irligi yuzlab funtni tashkil qiladi.



15.1-rasm Yuqori bosimli, yuqori haroratli pechda sof kremniy quymasini yetishtirish.

Keyin quyma 200 mm- (8 dyuym) yoki 300 mm diametrli (12 dyuym) tsilindrga maydalanadi, uning bir tomonida joylashishni aniqlash aniqligi va ishlov berish uchun kichik, tekis kesilgan. Keyin har bir ingot yuqori aniqlikdagi olmos arra bilan har birining qalinligi bir millimetrdan kam bo'lgan mingdan ortiq dumaloq gofretlarga kesiladi ( 3.4- rasmga qarang ). Keyin har bir gofret ko'zgudek silliq yuzaga silliqlanadi.

15.2-rasm Kremniy quymasini olmosli arra bilan gofretlarga kesish.


Chiplar gofretlardan fotolitografiya deb ataladigan jarayon yordamida ishlab chiqariladi . Ushbu fotografik jarayon orqali yarimo'tkazgichlarda turli xil materiallarning turli qatlamlarini ketma-ket joylashtirish orqali tranzistorlar va sxema va signal yo'llari yaratiladi. Ikki maxsus sxema kesishgan joyda tranzistor yoki kalit hosil bo'lishi mumkin.
Fotolitografik jarayon kremniy dioksidning izolyatsion qatlami bug 'cho'ktirish jarayoni orqali gofretda o'stirilganda boshlanadi. Keyin fotorezist materialning qoplamasi qo'llaniladi va chipning ushbu qatlamining tasviri niqob orqali hozirgi yorug'likka sezgir yuzaga chiqariladi.
Doping - kremniyga qo'shilgan (tabiiy ravishda o'tkazmaydigan) kimyoviy aralashmalarni tasvirlash uchun ishlatiladigan atama bo'lib, yarim o'tkazgich xususiyatlarga ega material yaratiladi. Proyektor maxsus yaratilgan niqobdan foydalanadi, bu aslida kvarts plastinkasida xrom bilan o'yilgan chip qatlamining salbiyidir. Zamonaviy protsessorlarda 20 yoki undan ko'p qatlamli material to'plangan va qisman o'yilgan (har biri niqobni talab qiladi) va olti yoki undan ortiq metall o'zaro bog'langan qatlamlarga ega.
Yorug'lik niqobdan o'tayotganda, yorug'lik gofret yuzasiga qaratilgan bo'lib, chipning ushbu qatlamining tasviri bilan fotorezistni ochib beradi. Har bir alohida chip tasviri o'lim deb ataladi . Stepper deb nomlangan qurilmakeyin gofretni biroz harakatlantiradi va xuddi shu niqob avvalgisining yonida darhol boshqa chip qolipini bosib chiqarish uchun ishlatiladi. Butun gofret material qatlami va fotorezist bilan bosilgandan so'ng, kaustik eritma yorug'lik fotorezistga tushgan joylarni yuvadi va individual chip sxemasi elementlari va yo'llarining niqob izlarini qoldiradi. Keyin yarimo'tkazgich materialining yana bir qatlami yuqorida ko'proq fotorezist bilan gofretga yotqiziladi va keyingi niqob kontaktlarning zanglashiga olib, keyingi qatlamini yopishtirish uchun ishlatiladi. Ushbu usul yordamida har bir chipning qatlamlari va komponentlari chiplar tugaguniga qadar bir-birining ustiga qurilgan.
Maskalarning bir qismi metallizatsiya qatlamlarini qo'shish uchun ishlatiladi , ular barcha individual tranzistorlar va boshqa komponentlarni bir-biriga bog'lash uchun ishlatiladigan metall o'zaro bog'liqlikdir. Ko'pgina eski chiplar alyuminiy o'zaro bog'liqliklardan foydalanadi, ammo 2002 yilda ko'pchilik misga o'tgan. Misdan foydalanadigan birinchi tijorat kompyuter protsessor chipi AMDning Drezden fabrikasida ishlab chiqarilgan 0,18 mikronli Athlon bo'ldi va Intel Pentium 4 ni 0,13 mikronli Northwood versiyasi bilan misga o'tkazdi ( 3.5 -rasmga qarang).). Mis alyuminiyga qaraganda yaxshiroq o'tkazgichdir va kamroq qarshilik bilan kichikroq o'zaro ulanishlarga imkon beradi, ya'ni kichikroq va tezroq chiplarni yasash mumkin. Misning yaqin vaqtgacha ishlatilmaganligining sababi shundaki, ishlab chiqarish jarayonida yengish qiyin bo'lgan korroziya muammolari alyuminiy bilan unchalik muammo emas edi. Endi bu muammolar hal qilingandan so'ng, mis o'zaro bog'liqliklari bilan ko'proq chiplar ishlab chiqarilmoqda.

15.3-rasm 0,13 mikronli Pentium 4 protsessorlarining 200 mm gofreti.
Pentium III va Celeron chiplari "mis" (bu chiplarda ishlatiladigan 0,18 mikronli qolipning kod nomi) ko'pchilik o'ylagandek mis metall emas, balki alyuminiy ishlatilgan. Aslida, chip nomi metall bilan hech qanday aloqasi yo'q edi; kod nomi Kanadaning shimoli-g'arbiy hududidagi Coppermine daryosidan olingan. Intel uzoq vaqtdan beri daryolar (va ba'zan boshqa geologik xususiyatlar), ayniqsa Shimoliy Amerika qit'asining shimoli-g'arbiy mintaqasidagi kod nomlaridan foydalanishni yaxshi ko'radi. Misol uchun, Pentium III ning eski versiyasi (0,25 mikron o'lchamli) Alyaska daryosi sharafiga Katmai kod nomini oldi. Intel kod nomlari oq suvli rafting ishqibozlarining sayohat marshruti kabi o'qiladi: Deerfield, Foster, Northwood, Tualatin, Gallatin, McKinley va Madison - Oregon, Kaliforniya, Alyaska, Montana,
Yana bir keng tarqalgan texnologiya - CMOS texnologiyasi o'rniga izolyatorda (SOI) kremniydan foydalanish. AMD o'zining 90 namometrli (0,09 mikron) protsessorlari uchun SOI-dan foydalanadi va tranzistorlar uchun CMOS-ga qaraganda yaxshiroq izolyatsiyani ta'minlaydigan SOI mashhurligi o'sishda davom etishi kutilmoqda.
Tugallangan dumaloq gofretda iloji boricha ko'proq chiplar bosilgan. Har bir chip odatda kvadrat yoki to'rtburchaklar shaklida bo'lgani uchun gofretning chetlarida foydalanilmagan qismlar mavjud, ammo har bir kvadrat millimetr sirtdan foydalanishga harakat qilinadi.
Sanoat chip ishlab chiqarishda bir nechta o'tishlarni boshdan kechirmoqda. Sanoatdagi tendentsiya ham kattaroq gofretlarni, ham kichikroq chiplarni kesish jarayonidan foydalanishdir. Jarayonchipdagi alohida sxemalar va tranzistorlarning o'lchami va oralig'iga ishora qiladi. 2001-yil oxiri va 2002-yilda chiplarni ishlab chiqarish jarayonlari 0,18 mikrondan 0,13 mikronli jarayonga o‘ta boshladi, matritsadagi metall o‘zaro bog‘lanishlar alyuminiydan misga o‘ta boshladi va gofretlar 200 mm (8 dyuym) dan 300 mm gacha ( 12") diametri. Kattaroq 300 mm gofretning o'zi ilgari ishlatilgan 200 mm bilan solishtirganda ikki baravar ko'proq chiplarni tayyorlash imkonini beradi. Kichikroq 0,13 mikron va 0,09 mikron (90 nanometr) jarayonlar o'rtacha o'lchamdagi o'lchamni saqlab, etarli hosil olishga imkon bergan holda, qolipga ko'proq tranzistorlarni kiritish imkonini beradi. Bu shuni anglatadiki, o'limga ko'proq va ko'proq kesh kiritish tendentsiyasi davom etadi va 2010 yilga kelib tranzistorlar soni har bir chip uchun 1 milliard yoki undan ko'proqqa ko'tariladi.
Buning ma'lum bir chipga qanday ta'sir qilishi mumkinligiga misol sifatida, keling, asl Pentium 4 ni ko'rib chiqaylik. Sanoatda ko'p yillar davomida ishlatiladigan standart gofret o'lchami diametri 200 mm yoki atigi 8 dyuym edi. Bu taxminan 31 416 ga teng gofretga olib keladi. Pentium 4 ning Willamette yadroli birinchi versiyasida maydoni 217 kvadrat millimetr bo‘lgan, 42 million tranzistorga ega bo‘lgan va 200 millimetrli gofretlarda ishlab chiqarilgan matritsada alyuminiy o‘zaro bog‘langan 0,18 mikronli jarayon ishlatilgan. 200 mm (8 dyuym) gofretga ushbu chiplarning 145 tagacha sig'ishi mumkin.
Undan keyingi Northwood yadroli Pentium 4 protsessorlari 55 million tranzistorli 131 kvadrat millimetr maydondagi mis o'zaro bog'langan kichikroq 0,13 mikronli jarayondan foydalanadi. Northwood Willamette bilan solishtirganda ikki baravar L2 keshiga (512KB) ega, shuning uchun tranzistorlar soni sezilarli darajada yuqori. Tranzistorlar soni yuqori bo'lsa ham, kichikroq 0,13 mikronli jarayon 60% dan ko'proq kichikroq matritsaga olib keladi, bu esa atigi 145 Willamette qolipini sig'dira oladigan bir xil 200 mm (8 dyuym) gofretga 240 ta chipni sig'dirish imkonini beradi.
2002 yil boshidan boshlab Intel 70 686 kvadrat millimetr sirt maydoniga ega bo'lgan kattaroq 300 mm gofretlarda Northwood ishlab chiqarishni boshladi. Ushbu gofretlar kichikroq 200 mm gofretlarning sirt maydonidan 2,25 baravar ko'p bo'lib, har bir gofret uchun ikki baravar ko'proq chip ishlab chiqarish imkonini beradi. Pentium 4 Northwood misolida, 300 mm gofretga 540 tagacha chip mos keladi. Kichikroq qolipni kattaroq gofret bilan birlashtirib, Pentium 4 ishlab chiqarish chip birinchi taqdim etilganidan beri 3,7 barobardan ko'proqqa oshdi. Bu yangi chiplar ko'pincha eskilariga qaraganda ko'proq va arzonroq bo'lishining sabablaridan biridir.
2004 yilda sanoat 90 nanometrli (0,09 mikron) jarayonga o'tishni boshladi, bu esa undan ham kichikroq va tezroq chiplarni yasash imkonini berdi. 2005 yilda yangi chiplarning aksariyati 0,09 mikronli jarayonga asoslangan edi va bu 2006 yil davomida davom etishi kutilmoqda.
2007 yilda biz 65 nanometrli jarayonga o'tishni ko'ramiz va 2010 yilda 45 nanometrli jarayonni ko'ramiz. Jarayondagi bu yutuqlar 2010 yilda har bir chipga 1 milliard tranzistorga imkon beradi! Bularning barchasi hali ham 300 mm gofretlarda amalga oshiriladi, chunki keyingi gofretga o'tish 450 mm gofretga o'tish ko'rib chiqilayotgan 2013 yilgacha kutilmaydi. 3.17-jadvalda protsessor jarayonlarining o'tishlari keltirilgan.