Comment sont fabriqués les processeurs ?

On entend beaucoup parler de l'importance des processeurs dans la plupart des équipements électroniques que nous utilisons dans notre vie quotidienne - et, bien que nous ayons tous entendu le nom de cette pièce, il est courant que nous ayons peu de connaissances sur la façon dont elle est développée et installés sur les appareils.

En y réfléchissant, le showmetech préparé ce spécial qui explique comment les processeurs sont produits - expliquant de leurs fonctions au processus de création et de fabrication. Vérifier:

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Quelle est la fonction du processeur ?

Dans une réponse objective, o le processeur est le composant d'un ordinateur qui exécute les instructions et les tâches qui font fonctionner l'équipement. Il est responsable du traitement des données et de l'exécution des instructions logicielles, telles que le calcul, le stockage et la récupération des informations.

En d'autres termes, le processeur est l'équivalent du cerveau humain dans l'ordinateur, car il remplira plusieurs fonctions fondamentales pour le fonctionnement et permettra à plusieurs activités de se produire simultanément. La partie se charge de traiter les données reçues au format binaire 0 et 1, et les interprète en fonction des instructions stockées dans sa mémoire interne.

Dans le passé, les processeurs n'avaient qu'un seul cœur. Aujourd'hui, cependant, ils peuvent avoir plusieurs cœurs pour gérer plus efficacement plusieurs entrées simultanément. Par exemple, il existe des processeurs Dual-Core (2 cœurs), Quad-Core (4 cœurs), et même des processeurs à 32 cœurs comme le AMD Ryzen Threadripper 3970X sur des ordinateurs performants.

Ainsi, un ordinateur peut effectuer plusieurs tâches en même temps, vous permettant par exemple d'éditer du texte dans un programme, d'écouter de la musique dans un autre et de naviguer sur Internet. Le concept s'applique également aux jeux vidéo modernes, qui traitent non seulement le jeu lui-même, mais également les interfaces de menu des consoles, streaming et d'autres ressources.

L'importance du silicium

Vous avez certainement entendu parler de Silicon Valley et vous savez que le matériau est important pour plusieurs composants dans le monde de la technologie, mais vous êtes-vous demandé pourquoi ? Le silicium est utilisé comme composant principal dans les silicones, le verre, le ciment, la céramique, et la raison de son utilisation abondante dans plusieurs domaines est précisément sa grande disponibilité, car il est considéré comme le deuxième élément le plus présent à la surface de la Terre, derrière l'oxygène.

Dans l'industrie technologique, la raison pour laquelle le silicium est si important est liée aux transistors, une pièce qui a pour fonction d'amplifier un courant électrique ou d'obstruer son passage, selon sa configuration dans le circuit.

Toute la base de notre technologie moderne est née dans le concept de transistor créé par John Bardeen et Walter House Brittain en 1947 dans les laboratoires de Bell Téléphone et, à son tour, cet appareil est fabriqué à partir de silicium.

En plus de ses caractéristiques et de sa disponibilité, le silicium est considéré comme un élément facile à travailler et les scientifiques ont découvert des moyens de le transformer en cristaux parfaitement ordonnés, avec la production de cristaux de silicium presque parfaits, coupés en petites lames appelées plaquettes, étant fondamental pour la fabrication de puces informatiques.

La fabrication des processeurs

Comme mentionné ci-dessus, le tranche le silicium est extrêmement important, car il s'agit du composant de base pour la création de toute puce de processeur. De plus, il est extrêmement important qu'il soit produit dans un endroit complètement contrôlé, car il doit être composé de silicium pur à 99,9999 %, ce qui nécessite un processus coûteux et compliqué à réaliser - avec chaque tranche de 30 centimètres coûtant plus de 20 XNUMX $ US pour des entreprises comme Intel.

Ensuite, le processus de fabrication d'un transistor individuel sera représenté, car il est impossible de représenter de manière didactique la construction de toutes les procédures simultanément. Cependant, la technique de construction d'un processeur 2 Core Duo implique la construction de 291 millions de ces transistors.

La première partie du procédé consiste à oxyder la couche supérieure du tranche (1), le transformant en dioxyde de silicium (2) et, à partir de là, cette surface servira de base à la construction du transistor qui composera le processeur. Ensuite, une couche de matériau photosensible (3) sera appliquée et le processus de lithographie sera effectué, qui consiste à émettre une lumière ultraviolette dans certaines zones de la surface - ce motif étant différent pour chaque processeur en raison de la conception qui doit être obtenu.

Après exposition à la lumière dans la lithographie, les pièces vont se transformer en une substance gélatineuse qui sera éliminée par un bain chimique, restant les couches de zones exposées de dioxyde de silicium et les autres qui restent recouvertes par la couche photosensible restante (4). L'étape suivante est un nouveau bain chimique de différents composés pour enlever les parties non protégées du dioxyde de silicium, ne laissant que ce qui a la couche qui a traversé la lithographie sur le dessus (5) et, enfin, la partie photosensible restante est enlevée, ne restant que le couche de dioxyde de silicium nécessaire à la conception de la structure.

Dans le processus jusqu'à présent, une couche de transistor a été réalisée. Cependant, normalement un transistor a plusieurs couches en fonction de sa complexité, donc la construction de sa deuxième couche (7) commence, étant à nouveau recouverte de dioxyde de silicium et conservant le dessin précédemment réalisé en dessous. Le processus précédent est répété pour les processus d'images dans le texte en 8, 9, 10 et 11 avec l'application de la couche photosensible et l'élimination par bain chimique, en restant avec le dioxyde de silicium nécessaire.

Au milieu de ce procédé, il y a une étape d'introduction des impuretés (12), qui sont des ions. Cela sera nécessaire pour le tranche de silicium devient un matériau conducteur et ces ions n'adhéreront que dans la couche exposée dans le procédé précédent aux couches de dioxyde de silicium. L'étape suivante est l'application d'une troisième couche en utilisant les mêmes concepts précédents dans les images 13, 14, 15 et 16.

Enfin, le processus est presque terminé après votre troisième couche avec une structure élaborée. Ensuite, une fine couche de métal est appliquée avec une technique avancée qui a une épaisseur de seulement 3 atomes (17) et, pour conclure, le processus de lithographie est répété pour éliminer les parties indésirables à la fin du processus (18).

Tout ce processus complexe est réalisé simultanément pour des milliers de transistors qui composeront la structure interne de notre processeur, et en production réelle, on utilise des masques contenant tous les composants du processeur avec la construction de leurs couches et, à la fin du tâche, le processeur sera complet avec toute sa complexité.

miniaturisation

L'industrie technologique a réussi à augmenter la capacité des processeurs sans augmenter leur taille physique, grâce aux nanotechnologies. La nanotechnologie est une branche de la science qui se concentre sur les objets de taille nanométrique. Un nanomètre équivaut à un millionième de millimètre, tandis qu'un micron équivaut à un millième de millimètre.

Avec l'aide de la nanotechnologie, les transistors sur puces peuvent être de plus en plus petits. Par exemple, le processeur Intel 486 il avait environ 1 million de transistors d'environ 1 micron de taille. Les processeurs les plus récents, tels que le Intel Core Duo 2, ont environ 291 millions de transistors avec une technologie de fabrication de 0,045 micron (45 nanomètres).

L'industrie technologique sera confrontée à une limite physique, où il sera impossible de réduire davantage les transistors, qui seront déjà formés de quelques atomes. Cependant, des recherches sont déjà en cours pour trouver une solution à ce problème. L'un d'eux est l'informatique quantique, qui dépasse non seulement les limites physiques des processeurs classiques, mais peut également révolutionner l'informatique dans son ensemble.

Encapsulation et définition de modèles

Une fois le processus de lithographie et la construction du processeur terminés, chacune des pièces sera testée à l'aide de sondes électriques, permettant d'alimenter chaque cœur. O tranche puis il sera coupé dans un processus connu sous le nom de "découper” pour se produire l'encapsulation de chaque processeur avec étiquette et différents modèles et familles.

Une curiosité est qu'en général, les fabricants aiment AMD e Intel maintenir une ligne de production pour chaque processeur et leurs différences entre eux comme un Core Duo 2.4 GHz et un Core Duo 2.96 GHz est dû aux variations qui peuvent se produire sur la chaîne de production. Ensuite, un processus d'identification de ces différences est effectué pour adapter chaque processeur à une identification avec ses propres spécifications.

Et avec cela, le processeur est enfin terminé. Avez-vous trouvé le processus intéressant? Dites le nous dans les commentaires!

Revue de texte effectuée par : Dacio Castelo Branco

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source: Hardware, Semi-conducteurs : fondamentaux, techniques et applications e Organisation et conception de l'ordinateur : l'interface matériel/logiciel.