2. Основи технології виробництва мікропроцесорів.

Зовні процесор не являє собою нічого серйозного - невелика плата (близько 5 х 5 см.) з безліччю контактів з одного боку і плоскою металевої коробочкою з іншого. Але насправді всередині цієї коробочки зберігається дуже складна напівпровідникова структура з мільйонів або навіть мільярдів транзисторів. Повністю уявити собі будову і зрозуміти принцип роботи процесора важко навіть людям з достатнім рівнем підготовки.

 

Рис. 37. Сучасний мікропроцесор.

 

 

Основним матеріалом для виготовлення процесорів є кремній, якого у складі земної кори близько 30 %. З очищеного за спеціальною технологією кремнію виготовляють великий монокристал циліндричної форми, котрий ріжуть на диски товщиною близько 1 мм. Потім з використанням технології фотолітографії в цих дисках створюються напівпровідникові структури майбутніх процесорів. Фотолітографія чимось нагадує процес друку фотографій з фотоплівки, коли світло, проходячи через плівку, відповідним чином діє на поверхню фотопаперу, проектуючи на ньому малюнок. При виготовленні процесорів своєрідним фотопапером виступають зазначені вище кремнієві диски. Роль світла грають іони бору, які розганяються до величезної швидкості за допомогою спеціального високовольтного прискорювача. Ці іони пропускаються через свого роду «трафарети» і системи високоточних лінз і дзеркал. Це забезпечує вкраплення в кремнієві пластини іонів бору, що створюють мініатюрну структуру з безлічі транзисторів. На сьогоднішній день ці технології дозволяють створювати транзистори розміром всього 32 нанометра (для порівняння, товщина людської волосини становить близько 50000 нм). Чим тонші утворюванні структури – тим більше транзисторів можна помістити в один процесор, тим він буде потужнішим і енергоефективнішим. З часом, ймовірно, ці показники покращаться (за прогнозами, до 15 нм).

Створені таким чином напівпровідникові структури вирізаються з кварцових дисків і поміщаються на плату, на яку виводяться контакти процесора для забезпечення його приєднання до материнської плати. Зверху мініатюрна кварцова структура захищається від пошкодження металевою кришкою. Якщо її зняти, можна розгледіти структуру процесора (процесор при цьому можна пошкодити).

Згадані вище напівпровідникові структури пройшли складну еволюцію і зараз продовжують вдосконалюватися дуже швидкими темпами. У зв'язку з цим, принципи побудови процесорів, характеристики і кількість елементів, що входять до їх складу, а також організація їх взаємодії між собою постійно змінюються. Процесори, в яких використовуються ті ж основні принципи будови, називають процесорами однієї архітектури, а ці принципи - архітектурою (мікроархітектурою) процесора. В рамках однієї архітектури процесори можуть сильно відрізнятися – частотами системної шини (шини, якою процесор підключаються до материнської плати), техпроцесом виготовлення, розміром і структурою внутрішньої пам'яті і деякими іншими особливостями. Про такі процесори кажуть, що вони мають різні ядра. В рамках вдосконалення одного ядра виробники також можуть робити невеликі зміни, наприклад, з метою усунення незначних недоліків. Ці порівняно дрібні удосконалення, називають ревізіями. Архітектурі та ядрам присвоюються певні назви або маркування, а їх ревізіям - цифробуквені позначення. Наприклад, всі моделі Intel Core 2 Duo є процесорами мікроархітектури Intel Core і виготовлялися з ядрами Allendale, Conroe, Merom, Kentsfield, Wolfdale, Yorkfield. У кожного з цих ядер були ще й різні ревізії.