Bagaimana microchip dibuat

Untuk memahami apa perbedaan utama antara kedua teknologi ini, perlu untuk membuat penyimpangan singkat ke dalam teknologi itu sendiri untuk produksi prosesor modern atau sirkuit terpadu.

Seperti diketahui dari mata kuliah fisika sekolah, dalam elektronika modern komponen utama dari sirkuit terpadu adalah semikonduktor tipe-p dan tipe-n (tergantung tipe konduktivitas). Semikonduktor adalah zat yang lebih unggul dalam konduktivitas daripada dielektrik, tetapi lebih rendah dari logam. Kedua jenis semikonduktor dapat didasarkan pada silikon (Si), yang dalam bentuknya yang murni (yang disebut semikonduktor intrinsik) adalah konduktor arus listrik yang buruk, tetapi penambahan (penggabungan) pengotor tertentu ke dalam silikon memungkinkan untuk secara radikal mengubah sifat konduktifnya. Ada dua jenis pengotor: donor dan akseptor. Pengotor donor mengarah pada pembentukan semikonduktor tipe-n dengan konduktivitas tipe elektronik, sedangkan pengotor akseptor mengarah pada pembentukan semikonduktor tipe-p dengan konduktivitas tipe lubang. Kontak semikonduktor p- dan n memungkinkan untuk membentuk transistor - elemen struktural utama dari sirkuit mikro modern. Transistor semacam itu, yang disebut transistor CMOS, dapat berada dalam dua keadaan dasar: terbuka, ketika mereka menghantarkan listrik, dan tertutup, ketika mereka tidak menghantarkan listrik. Karena transistor CMOS adalah elemen utama dari sirkuit mikro modern, mari kita bicarakan secara lebih rinci.

Cara kerja transistor CMOS

Transistor CMOS tipe-n yang paling sederhana memiliki tiga elektroda: sumber, gerbang, dan saluran. Transistor itu sendiri dibuat dalam semikonduktor tipe-p dengan konduktivitas lubang, dan semikonduktor tipe-n dengan konduktivitas elektronik terbentuk di daerah saluran dan sumber. Secara alami, karena difusi lubang dari daerah-p ke daerah-n dan difusi terbalik elektron dari daerah-n ke daerah-p, lapisan habis (lapisan di mana tidak ada pembawa muatan utama) terbentuk. pada batas transisi daerah p dan n. Dalam keadaan normal, yaitu, ketika tidak ada tegangan yang diterapkan ke gerbang, transistor dalam keadaan "terkunci", yaitu tidak dapat mengalirkan arus dari sumber ke saluran pembuangan. Situasi tidak berubah bahkan jika tegangan diterapkan antara saluran dan sumber (kami tidak memperhitungkan arus bocor yang disebabkan oleh pergerakan pembawa muatan minoritas di bawah pengaruh medan listrik yang dihasilkan, yaitu lubang untuk daerah-n dan elektron untuk daerah-p).

Namun, jika potensial positif diterapkan ke gerbang (Gbr. 1), maka situasinya akan berubah secara radikal. Di bawah pengaruh medan listrik gerbang, lubang didorong jauh ke dalam semikonduktor-p, dan elektron, sebaliknya, ditarik ke daerah di bawah gerbang, membentuk saluran kaya elektron antara sumber dan saluran. Jika tegangan positif diterapkan ke gerbang, elektron ini mulai bergerak dari sumber ke saluran pembuangan. Dalam hal ini, transistor menghantarkan arus - mereka mengatakan bahwa transistor "terbuka". Jika tegangan dihilangkan dari gerbang, elektron berhenti ditarik ke daerah antara sumber dan saluran, saluran konduktif dihancurkan dan transistor berhenti mengalirkan arus, yaitu, "mengunci". Jadi, dengan mengubah tegangan di gerbang, Anda dapat menghidupkan atau mematikan transistor, dengan cara yang sama seperti Anda dapat menghidupkan atau mematikan sakelar sakelar konvensional, yang mengontrol aliran arus melalui rangkaian. Inilah sebabnya mengapa transistor kadang-kadang disebut sakelar elektronik. Namun, tidak seperti sakelar mekanis konvensional, transistor CMOS hampir tidak memiliki inersia dan mampu beralih dari keadaan hidup ke keadaan mati triliunan kali per detik! Karakteristik inilah, yaitu kemampuan untuk beralih secara instan, yang pada akhirnya menentukan kecepatan prosesor, yang terdiri dari puluhan juta transistor sederhana tersebut.

Jadi, sirkuit terintegrasi modern terdiri dari puluhan juta transistor CMOS paling sederhana. Mari kita membahas lebih detail tentang proses pembuatan sirkuit mikro, yang tahap pertama adalah persiapan substrat silikon.

Langkah 1. Tumbuh kosong

Pembuatan substrat semacam itu dimulai dengan pertumbuhan kristal tunggal silikon berbentuk silinder. Selanjutnya, pelat bundar (wafer) dipotong dari blanko kristal tunggal (blank), yang ketebalannya kira-kira 1/40 inci, dan diameternya 200 mm (8 inci) atau 300 mm (12 inci). Ini adalah substrat silikon yang digunakan untuk produksi sirkuit mikro.

Ketika membentuk wafer dari kristal tunggal silikon, faktanya diperhitungkan bahwa untuk struktur kristal yang ideal, sifat fisik sangat bergantung pada arah yang dipilih (sifat anisotropi). Misalnya, resistansi substrat silikon akan berbeda dalam arah memanjang dan melintang. Demikian pula, tergantung pada orientasi kisi kristal, kristal silikon akan bereaksi berbeda terhadap pengaruh eksternal yang terkait dengan pemrosesan lebih lanjut (misalnya, etsa, sputtering, dll.). Oleh karena itu, pelat harus dipotong dari kristal tunggal sedemikian rupa sehingga orientasi kisi kristal relatif terhadap permukaan dijaga ketat dalam arah tertentu.

Seperti yang telah dicatat, diameter blanko kristal tunggal silikon adalah 200 atau 300 mm. Selain itu, diameter 300 mm adalah teknologi yang relatif baru, yang akan kita bahas di bawah ini. Jelas bahwa pelat dengan diameter seperti itu dapat menampung jauh lebih dari satu chip, bahkan jika kita berbicara tentang prosesor Intel Pentium 4. Memang, beberapa lusin sirkuit mikro (prosesor) dibentuk pada satu pelat substrat seperti itu, tetapi untuk kesederhanaan, kami hanya akan mempertimbangkan area kecil dari satu mikroprosesor masa depan.

Langkah 2. Aplikasi film pelindung dielektrik (SiO2)

Setelah pembentukan substrat silikon, tahap pembuatan struktur semikonduktor yang paling kompleks dimulai.

Untuk melakukan ini, perlu untuk memasukkan apa yang disebut pengotor donor dan akseptor ke dalam silikon. Namun, muncul pertanyaan - bagaimana menerapkan pengenalan kotoran sesuai dengan pola-pola yang diberikan secara tepat? Untuk memungkinkan hal ini, area yang tidak memerlukan pengotor dilindungi dengan film silikon dioksida khusus, sehingga hanya area yang terpapar pada pemrosesan lebih lanjut (Gbr. 2). Proses pembentukan film pelindung dari pola yang diinginkan terdiri dari beberapa tahap.

Pada tahap pertama, seluruh wafer silikon sepenuhnya ditutupi dengan lapisan tipis silikon dioksida (SiO2), yang merupakan isolator yang sangat baik dan bertindak sebagai lapisan pelindung selama pemrosesan lebih lanjut dari kristal silikon. Wafer ditempatkan di ruang di mana, pada suhu tinggi (dari 900 hingga 1100 °C) dan tekanan, oksigen berdifusi ke lapisan permukaan wafer, yang mengarah ke oksidasi silikon dan pembentukan lapisan permukaan silikon dioksida. Agar film silikon dioksida memiliki ketebalan yang ditentukan secara tepat dan tidak mengandung cacat, perlu untuk menjaga suhu konstan secara ketat di semua titik pelat selama proses oksidasi. Jika tidak seluruh wafer akan ditutupi dengan film silikon dioksida, maka topeng Si3N4 sebelumnya diterapkan pada substrat silikon untuk mencegah oksidasi yang tidak diinginkan.

Langkah 3 Terapkan Photoresist

Setelah substrat silikon ditutupi dengan film pelindung silikon dioksida, perlu untuk menghapus film ini dari tempat-tempat yang akan diproses lebih lanjut. Film dihilangkan dengan etsa, dan untuk melindungi area yang tersisa dari etsa, lapisan yang disebut photoresist diterapkan ke permukaan pelat. Istilah "photoresist" mengacu pada komposisi faktor yang peka cahaya dan tahan terhadap komposisi faktor agresif. Komposisi yang digunakan harus, di satu sisi, memiliki sifat fotografis tertentu (menjadi larut di bawah pengaruh sinar ultraviolet dan dicuci selama proses etsa), dan di sisi lain, resistif, memungkinkan mereka untuk menahan etsa dalam asam dan alkali. , pemanasan, dll. Tujuan utama dari photoresists adalah untuk menciptakan relief pelindung dari konfigurasi yang diinginkan.

Proses penerapan photoresist dan penyinarannya lebih lanjut dengan sinar ultraviolet sesuai dengan pola yang diberikan disebut fotolitografi dan mencakup operasi utama berikut: pembentukan lapisan photoresist (perlakuan substrat, pengendapan, pengeringan), pembentukan relief pelindung (paparan, pengembangan, pengeringan) dan transfer gambar ke substrat (pengetsaan, pengendapan, dll.).

Sebelum menerapkan lapisan photoresist (Gbr. 3) ke substrat, yang terakhir mengalami perlakuan awal, sebagai akibatnya daya rekatnya ke lapisan photoresist ditingkatkan. Untuk menerapkan lapisan photoresist yang seragam, metode sentrifugasi digunakan. Substrat ditempatkan pada disk yang berputar (centrifuge), dan di bawah pengaruh gaya sentrifugal, photoresist didistribusikan di atas permukaan substrat dalam lapisan yang hampir seragam. (Berbicara tentang lapisan yang praktis seragam, orang memperhitungkan fakta bahwa di bawah aksi gaya sentrifugal, ketebalan film yang terbentuk meningkat dari pusat ke tepi, namun, metode penerapan photoresist ini memungkinkan seseorang untuk menahan fluktuasi dalam ketebalan lapisan dalam ± 10%.)

Langkah 4. Litografi

Setelah aplikasi dan pengeringan lapisan photoresist, tahap pembentukan relief pelindung yang diperlukan dimulai. Relief terbentuk sebagai akibat dari fakta bahwa di bawah aksi radiasi ultraviolet yang jatuh pada area tertentu dari lapisan photoresist, yang terakhir mengubah sifat kelarutan, misalnya, area yang diterangi berhenti larut dalam pelarut, yang menghilangkan area dari lapisan yang belum terkena iluminasi, atau sebaliknya - area yang diterangi larut. Menurut cara relief terbentuk, photoresist dibagi menjadi negatif dan positif. Fotoresis negatif di bawah aksi radiasi ultraviolet membentuk area pelindung dari relief. Fotoresis positif, sebaliknya, di bawah pengaruh radiasi ultraviolet memperoleh sifat fluiditas dan dicuci oleh pelarut. Dengan demikian, lapisan pelindung terbentuk di area yang tidak terpapar radiasi ultraviolet.

Untuk menerangi area yang diinginkan dari lapisan photoresist, template topeng khusus digunakan. Paling sering, pelat kaca optik dengan elemen buram yang diperoleh dengan fotografi atau metode lain digunakan untuk tujuan ini. Faktanya, templat semacam itu berisi gambar salah satu lapisan sirkuit mikro masa depan (total mungkin ada beberapa ratus lapisan seperti itu). Karena pola ini merupakan acuan, maka harus dibuat dengan sangat presisi. Selain itu, mengingat banyaknya photoplates yang akan dibuat menggunakan satu photomask, maka harus tahan lama dan tahan terhadap kerusakan. Dari sini jelas bahwa photomask adalah barang yang sangat mahal: tergantung pada kerumitan sirkuit mikro, biayanya bisa puluhan ribu dolar.

Radiasi ultraviolet yang melewati pola seperti itu (Gbr. 4) hanya menerangi area permukaan lapisan photoresist yang diinginkan. Setelah iradiasi, photoresist mengalami pengembangan, sebagai akibatnya bagian-bagian lapisan yang tidak perlu dihilangkan. Ini membuka bagian yang sesuai dari lapisan silikon dioksida.

Terlepas dari kesederhanaan proses fotolitografi, tahap produksi microchip inilah yang paling sulit. Faktanya adalah, sesuai dengan prediksi Moore, jumlah transistor pada satu chip tumbuh secara eksponensial (dua kali lipat setiap dua tahun). Peningkatan jumlah transistor seperti itu hanya dimungkinkan karena penurunan ukurannya, tetapi justru penurunan yang "bertumpu" pada proses litografi. Untuk membuat transistor lebih kecil, perlu untuk mengurangi dimensi geometris dari garis yang diterapkan pada lapisan photoresist. Tetapi ada batasan untuk semuanya - tidak mudah untuk memfokuskan sinar laser ke suatu titik. Faktanya adalah bahwa, sesuai dengan hukum optik gelombang, ukuran titik minimum di mana sinar laser difokuskan (sebenarnya, ini bukan hanya titik, tetapi pola difraksi) ditentukan, antara lain, oleh panjang gelombang cahaya. Perkembangan teknologi litografi sejak penemuannya pada awal tahun 70-an telah mengarah pada pemendekan panjang gelombang cahaya. Inilah yang memungkinkan untuk mengurangi ukuran elemen sirkuit terpadu. Sejak pertengahan 1980-an, radiasi ultraviolet yang dihasilkan oleh laser telah digunakan dalam fotolitografi. Idenya sederhana: panjang gelombang radiasi ultraviolet lebih pendek dari panjang gelombang cahaya tampak, oleh karena itu dimungkinkan untuk mendapatkan garis yang lebih halus pada permukaan photoresist. Sampai saat ini, radiasi ultraviolet dalam (Deep Ultra Violet, DUV) dengan panjang gelombang 248 nm digunakan untuk litografi. Namun, ketika fotolitografi melintasi batas 200 nm, masalah serius muncul, untuk pertama kalinya mempertanyakan kemungkinan penggunaan lebih lanjut dari teknologi ini. Misalnya, pada panjang gelombang kurang dari 200 m, terlalu banyak cahaya yang diserap oleh lapisan fotosensitif, sehingga proses transfer template sirkuit ke prosesor menjadi lebih rumit dan lebih lambat. Masalah seperti ini mendorong peneliti dan produsen untuk mencari alternatif teknologi litografi tradisional.

Teknologi litografi baru, yang disebut litografi EUV (Extreme UltraViolet - radiasi ultraviolet super keras), didasarkan pada penggunaan radiasi ultraviolet dengan panjang gelombang 13 nm.

Transisi dari litografi DUV ke EUV memberikan pengurangan panjang gelombang lebih dari 10 kali lipat dan transisi ke kisaran yang sebanding dengan ukuran hanya beberapa puluh atom.

Teknologi litografi saat ini memungkinkan untuk menerapkan pola dengan lebar konduktor minimum 100 nm, sedangkan litografi EUV memungkinkan untuk mencetak garis dengan lebar yang jauh lebih kecil - hingga 30 nm. Mengontrol radiasi ultrashort tidak semudah kelihatannya. Karena radiasi EUV diserap dengan baik oleh kaca, teknologi baru melibatkan penggunaan serangkaian empat cermin cembung khusus yang mengurangi dan memfokuskan gambar yang diperoleh setelah menerapkan topeng (Gbr. 5 , , ). Setiap cermin tersebut mengandung 80 lapisan logam individu dengan ketebalan sekitar 12 atom.

Langkah 5 Etsa

Setelah lapisan photoresist diterangi, tahap etsa mulai menghilangkan film silikon dioksida (Gbr. 8).

Proses pengawetan sering dikaitkan dengan mandi asam. Metode etsa dalam asam ini dikenal baik oleh amatir radio yang membuat papan sirkuit cetak sendiri. Untuk melakukan ini, pola trek papan masa depan diterapkan pada foil textolite dengan pernis yang bertindak sebagai lapisan pelindung, dan kemudian pelat diturunkan ke bak dengan asam nitrat. Bagian foil yang tidak perlu digores, memperlihatkan textolite yang bersih. Metode ini memiliki sejumlah kelemahan, yang utama adalah ketidakmampuan untuk mengontrol proses penghilangan lapisan secara akurat, karena terlalu banyak faktor yang mempengaruhi proses etsa: konsentrasi asam, suhu, konveksi, dll. Selain itu, asam berinteraksi dengan bahan ke segala arah dan secara bertahap menembus di bawah tepi topeng photoresist, yaitu, menghancurkan lapisan yang ditutupi oleh photoresist dari samping. Oleh karena itu, dalam produksi prosesor, metode etsa kering, juga disebut plasma, digunakan. Metode ini memungkinkan untuk mengontrol proses etsa secara akurat, dan penghancuran lapisan yang tergores terjadi secara ketat dalam arah vertikal.

Etsa kering menggunakan gas terionisasi (plasma) untuk menghilangkan silikon dioksida dari permukaan wafer, yang bereaksi dengan permukaan silikon dioksida untuk membentuk produk sampingan yang mudah menguap.

Setelah prosedur etsa, yaitu ketika area silikon murni yang diinginkan disingkapkan, sisa photolayer dihilangkan. Dengan demikian, pola silikon dioksida tetap pada substrat silikon.

Langkah 6. Difusi (implantasi ion)

Ingatlah bahwa proses sebelumnya untuk membentuk pola yang diperlukan pada substrat silikon diperlukan untuk membuat struktur semikonduktor di tempat yang tepat dengan memasukkan pengotor donor atau akseptor. Proses penggabungan pengotor dilakukan dengan cara difusi (Gbr. 9), yaitu penggabungan seragam atom pengotor ke dalam kisi kristal silikon. Untuk mendapatkan semikonduktor tipe-n, biasanya digunakan antimon, arsenik atau fosfor. Untuk mendapatkan semikonduktor tipe-p, boron, galium atau aluminium digunakan sebagai pengotor.

Implantasi ion digunakan untuk proses difusi dopan. Proses implantasi terdiri dari fakta bahwa ion dari pengotor yang diperlukan "ditembak" dari akselerator tegangan tinggi dan, dengan energi yang cukup, menembus ke dalam lapisan permukaan silikon.

Jadi, pada akhir tahap implantasi ion, lapisan yang diperlukan dari struktur semikonduktor telah dibuat. Namun, dalam mikroprosesor mungkin ada beberapa lapisan seperti itu. Lapisan tipis silikon dioksida tambahan ditumbuhkan untuk membuat lapisan berikutnya dalam diagram rangkaian yang dihasilkan. Setelah itu, lapisan silikon polikristalin dan lapisan photoresist lainnya diterapkan. Radiasi ultraviolet dilewatkan melalui topeng kedua dan menyoroti pola yang sesuai pada lapisan foto. Kemudian tahapan pembubaran fotolayer, etsa dan implantasi ion mengikuti lagi.

Langkah 7 Sputtering dan Deposisi

Pengenaan lapisan baru dilakukan beberapa kali, sedangkan untuk koneksi antar lapisan di lapisan "jendela" dibiarkan, yang diisi dengan atom logam; sebagai hasilnya, strip logam dibuat di daerah penghantar kristal. Jadi, dalam prosesor modern, tautan dibuat di antara lapisan yang membentuk skema tiga dimensi yang kompleks. Proses menumbuhkan dan memproses semua lapisan berlangsung beberapa minggu, dan siklus produksinya sendiri terdiri dari lebih dari 300 tahap. Akibatnya, ratusan prosesor identik terbentuk pada wafer silikon.

Untuk menahan dampak yang dialami wafer selama proses pelapisan, substrat silikon awalnya dibuat cukup tebal. Oleh karena itu, sebelum memotong pelat menjadi prosesor individual, ketebalannya berkurang 33% dan kotoran dihilangkan dari sisi sebaliknya. Kemudian, lapisan bahan khusus diterapkan ke sisi belakang substrat, yang meningkatkan pengikatan kristal ke kasing prosesor masa depan.

Langkah 8. Langkah terakhir

Pada akhir siklus pembentukan, semua prosesor diuji secara menyeluruh. Kemudian, kristal tertentu yang telah lulus uji dipotong dari pelat substrat menggunakan perangkat khusus (Gbr. 10).

Setiap mikroprosesor dibangun ke dalam rumah pelindung, yang juga menyediakan sambungan listrik dari chip mikroprosesor dengan perangkat eksternal. Jenis paket tergantung pada jenis dan aplikasi mikroprosesor yang dimaksudkan.

Setelah disegel ke dalam rumahan, setiap mikroprosesor diuji ulang. Prosesor yang rusak ditolak, dan prosesor yang dapat diservis akan menjalani uji stres. Prosesor kemudian diurutkan berdasarkan perilakunya pada berbagai kecepatan clock dan tegangan suplai.

Teknologi yang menjanjikan

Proses teknologi untuk produksi sirkuit mikro (khususnya, prosesor) telah kami pertimbangkan dengan cara yang sangat disederhanakan. Tetapi bahkan presentasi yang dangkal seperti itu memungkinkan untuk memahami kesulitan teknologi yang harus dihadapi seseorang ketika mengurangi ukuran transistor.

Namun, sebelum mempertimbangkan teknologi baru yang menjanjikan, mari kita jawab pertanyaan yang diajukan di awal artikel: apa norma desain dari proses teknologi dan bagaimana, pada kenyataannya, apakah norma desain 130 nm berbeda dari norma 180 nm ? 130 nm atau 180 nm adalah karakteristik jarak minimum antara dua elemen yang berdekatan dalam satu lapisan sirkuit mikro, yaitu, semacam langkah kisi di mana elemen sirkuit mikro diikat. Pada saat yang sama, cukup jelas bahwa semakin kecil ukuran karakteristik ini, semakin banyak transistor yang dapat ditempatkan pada area chip yang sama.

Saat ini, prosesor Intel menggunakan proses manufaktur 0,13 mikron. Teknologi ini digunakan untuk memproduksi prosesor Intel Pentium 4 dengan inti Northwood, prosesor Intel Pentium III dengan inti Tualatin, dan prosesor Intel Celeron. Dalam hal menggunakan proses teknologi seperti itu, lebar saluran transistor yang berguna adalah 60 nm, dan ketebalan lapisan oksida gerbang tidak melebihi 1,5 nm. Secara keseluruhan, prosesor Intel Pentium 4 berisi 55 juta transistor.

Seiring dengan peningkatan kepadatan transistor dalam chip prosesor, teknologi 0,13-mikron, yang menggantikan 0,18-mikron, memiliki inovasi lain. Pertama, menggunakan koneksi tembaga antara transistor individu (dalam teknologi 0,18 mikron, koneksi adalah aluminium). Kedua, teknologi 0,13 mikron memberikan konsumsi daya yang lebih rendah. Untuk teknologi seluler, misalnya, ini berarti konsumsi daya mikroprosesor menjadi lebih sedikit, dan masa pakai baterai lebih lama.

Nah, inovasi terakhir yang diwujudkan dalam transisi ke proses teknologi 0,13 mikron adalah penggunaan wafer silikon (wafer) dengan diameter 300 mm. Ingatlah bahwa sebelum itu, sebagian besar prosesor dan sirkuit mikro diproduksi berdasarkan wafer 200 mm.

Meningkatkan diameter wafer mengurangi biaya setiap prosesor dan meningkatkan hasil produk dengan kualitas yang memadai. Memang luas wafer dengan diameter 300 mm adalah 2,25 kali lebih besar dari luas wafer dengan diameter masing-masing 200 mm, dan jumlah prosesor yang diperoleh dari satu wafer dengan diameter 300 mm lebih dari dua kali lebih besar.

Pada tahun 2003, pengenalan proses teknologi baru dengan standar desain yang lebih rendah, yaitu 90-nanometer, diharapkan. Teknologi proses baru yang akan diproduksi Intel pada sebagian besar produknya, termasuk prosesor, chipset, dan peralatan komunikasi, dikembangkan di pabrik percontohan wafer 300mm Intel D1C di Hillsboro, Oregon.

Pada tanggal 23 Oktober 2002, Intel Corporation mengumumkan pembukaan fasilitas baru senilai $2 miliar di Rio Rancho, New Mexico. Pabrik baru, yang disebut F11X, akan menggunakan teknologi tercanggih untuk memproduksi prosesor pada wafer 300mm menggunakan proses desain 0,13 mikron. Pada tahun 2003, pabrik akan dipindahkan ke proses teknologi dengan standar desain 90 nm.

Selain itu, Intel telah mengumumkan dimulainya kembali pembangunan fasilitas manufaktur lain di Fab 24 di Leixlip, Irlandia, yang dirancang untuk membuat komponen semikonduktor pada wafer silikon 300mm dengan aturan desain 90nm. Perusahaan baru dengan luas total lebih dari 1 juta meter persegi. kaki dengan kamar yang sangat bersih dengan luas 160 ribu meter persegi. kaki diharapkan akan beroperasi pada semester pertama tahun 2004 dan akan mempekerjakan lebih dari seribu orang. Biaya objek adalah sekitar 2 miliar dolar.

Proses 90nm menggunakan sejumlah teknologi canggih. Ini termasuk transistor CMOS produksi massal terkecil di dunia dengan panjang gerbang 50 nm (Gambar 11), yang meningkatkan kinerja sekaligus mengurangi konsumsi daya, dan lapisan oksida gerbang tertipis dari semua transistor yang pernah diproduksi - hanya 1,2 nm (Gambar 12), atau kurang dari 5 lapisan atom, dan implementasi pertama di industri dari teknologi silikon yang menekankan kinerja tinggi.

Dari karakteristik yang terdaftar, mungkin hanya konsep "silikon bertekanan" yang perlu dikomentari (Gbr. 13). Dalam silikon seperti itu, jarak antar atom lebih besar daripada di semikonduktor konvensional. Hal ini, pada gilirannya, memungkinkan arus mengalir lebih bebas, mirip dengan bagaimana kendaraan dengan lajur yang lebih lebar bergerak lebih bebas dan lebih cepat.

Sebagai hasil dari semua inovasi, kinerja transistor meningkat 10-20%, sementara biaya produksi hanya meningkat 2%.

Selain itu, proses 90nm menggunakan tujuh lapisan per chip (Gambar 14), satu lapisan lebih banyak dari proses 130nm, dan sambungan tembaga.

Semua fitur ini dikombinasikan dengan wafer silikon 300mm memberi Intel keunggulan kinerja, volume, dan biaya. Konsumen juga diuntungkan, karena teknologi proses baru Intel memungkinkan industri untuk terus berkembang sesuai dengan Hukum Moore, meningkatkan kinerja prosesor berulang kali.

Pengantar. 2

1. Teknologi untuk produksi mikroprosesor. 4

1.2 Tahapan utama produksi. delapan

1.3 Menumbuhkan silikon dioksida dan menciptakan daerah konduktif. sembilan

1.4 Pengujian. sebelas

1.5 Pembuatan kasing. sebelas

1.6 Prospek untuk produksi. 12

2. Fitur produksi mikroprosesor. delapan belas

3. Tahapan teknologi produksi mikroprosesor. 26

3.1 Bagaimana keripik dibuat.. 26

1.2 Semuanya dimulai dengan substrat. 27

1.3 Produksi substrat. 27

1.4 Doping, difusi. 29

1.5 Membuat topeng. tigapuluh

1.6 Fotolitografi. 31

Kesimpulan. 37

Referensi.. 38

pengantar

Mikroprosesor modern adalah sirkuit mikro tercepat dan terpintar di dunia. Mereka dapat melakukan hingga 4 miliar operasi per detik dan diproduksi menggunakan banyak teknologi berbeda. Sejak awal tahun 90-an abad ke-20, ketika prosesor mulai digunakan secara massal, mereka telah melalui beberapa tahap pengembangan. Puncak pengembangan struktur mikroprosesor menggunakan teknologi yang ada dari mikroprosesor generasi ke-6 adalah tahun 2002, ketika menjadi tersedia untuk menggunakan semua sifat dasar silikon untuk mendapatkan frekuensi tinggi dengan kerugian paling sedikit dalam produksi dan pembuatan sirkuit logika. Sekarang efisiensi prosesor baru agak menurun, meskipun frekuensi kristal terus meningkat.

Mikroprosesor adalah sirkuit terintegrasi yang dibentuk pada chip silikon kecil. Silikon digunakan dalam sirkuit mikro karena fakta bahwa ia memiliki sifat semikonduktor: konduktivitas listriknya lebih besar daripada dielektrik, tetapi kurang dari logam. Silikon dapat dibuat sebagai isolator yang mencegah pergerakan muatan listrik, dan konduktor - maka muatan listrik akan dengan bebas melewatinya. Konduktivitas semikonduktor dapat dikontrol dengan memasukkan pengotor.

Mikroprosesor berisi jutaan transistor yang terhubung satu sama lain oleh konduktor tertipis yang terbuat dari aluminium atau tembaga dan digunakan untuk pemrosesan data. Ini adalah bagaimana ban bagian dalam terbentuk. Akibatnya, mikroprosesor melakukan banyak fungsi - mulai dari operasi matematis dan logis hingga mengendalikan operasi sirkuit mikro lain dan seluruh komputer.

Salah satu parameter utama mikroprosesor adalah frekuensi kristal, yang menentukan jumlah operasi per unit waktu, frekuensi bus sistem, jumlah cache SRAM internal. Prosesor ditandai dengan frekuensi kristal. Frekuensi kristal ditentukan oleh frekuensi switching transistor dari tertutup ke terbuka. Kemampuan transistor untuk beralih lebih cepat ditentukan oleh teknologi pembuatan wafer silikon dari mana chip dibuat. Dimensi proses teknologi menentukan dimensi transistor (ketebalan dan panjang gerbang). Misalnya, menggunakan proses 90nm yang diperkenalkan pada awal 2004, ukuran transistor adalah 90nm dan panjang gerbang adalah 50nm.

Semua prosesor modern menggunakan transistor efek medan. Transisi ke teknologi proses baru memungkinkan Anda membuat transistor dengan frekuensi switching yang lebih tinggi, arus bocor yang lebih rendah, dan ukuran yang lebih kecil. Mengurangi ukuran memungkinkan Anda untuk secara bersamaan mengurangi area chip, dan karenanya pembuangan panas, dan gerbang yang lebih tipis memungkinkan Anda menerapkan lebih sedikit tegangan untuk beralih, yang juga mengurangi konsumsi daya dan pembuangan panas.

1. Teknologi untuk produksi mikroprosesor

Sekarang ada tren yang menarik di pasar: di satu sisi, perusahaan manufaktur mencoba untuk memperkenalkan proses dan teknologi teknis baru ke dalam produk baru mereka sesegera mungkin, di sisi lain, ada pembatasan buatan dalam pertumbuhan prosesor. frekuensi. Pertama, pemasar merasa bahwa pasar belum sepenuhnya siap untuk perubahan berikutnya dalam keluarga prosesor, dan perusahaan belum menerima keuntungan yang cukup dari penjualan CPU yang diproduksi saat ini - stoknya belum habis. Dominasi pentingnya harga produk jadi di atas semua kepentingan perusahaan lainnya cukup terlihat. Kedua, penurunan yang signifikan dalam laju "perlombaan frekuensi" adalah karena pemahaman akan kebutuhan untuk memperkenalkan teknologi baru yang benar-benar meningkatkan produktivitas dengan jumlah biaya teknologi yang minimum. Seperti yang telah disebutkan, produsen mengalami masalah dalam transisi ke proses teknis baru.

Norma teknologi 90 nm ternyata menjadi penghalang teknologi yang agak serius bagi banyak produsen chip. Hal ini juga ditegaskan oleh TSMC, yang memproduksi chip untuk banyak raksasa pasar seperti AMD, nVidia, ATI, VIA. Untuk waktu yang lama, dia tidak dapat membangun produksi chip menggunakan teknologi 0,09 mikron, yang menyebabkan rendahnya hasil kristal yang sesuai. Inilah salah satu alasan mengapa AMD telah lama menunda perilisan prosesornya dengan teknologi SOI (Silicon-on-Insulator). Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa pada dimensi elemen inilah segala macam faktor negatif yang sebelumnya tidak begitu terlihat seperti arus bocor, penyebaran parameter yang besar, dan peningkatan eksponensial dalam pelepasan panas mulai memanifestasikan dirinya dengan kuat. Mari kita cari tahu secara berurutan.

Seperti yang Anda ketahui, ada dua arus bocor: arus bocor gerbang dan kebocoran subthreshold. Yang pertama disebabkan oleh pergerakan spontan elektron antara substrat silikon saluran dan gerbang polisilikon. Yang kedua adalah pergerakan spontan elektron dari sumber transistor ke saluran pembuangan. Kedua efek ini mengarah pada fakta bahwa perlu untuk menaikkan tegangan suplai untuk mengontrol arus dalam transistor, yang secara negatif mempengaruhi pembuangan panas. Jadi, dengan mengurangi ukuran transistor, pertama-tama kita mengurangi gerbangnya dan lapisan silikon dioksida (SiO2), yang merupakan penghalang alami antara gerbang dan saluran. Di satu sisi, ini meningkatkan kinerja kecepatan transistor (waktu switching), tetapi di sisi lain, meningkatkan kebocoran. Artinya, ternyata semacam siklus tertutup. Jadi transisi ke 90 nm adalah penurunan lain dalam ketebalan lapisan dioksida, dan pada saat yang sama peningkatan kebocoran. Pertarungan melawan kebocoran, sekali lagi, adalah peningkatan tegangan kontrol, dan, karenanya, peningkatan yang signifikan dalam pembangkitan panas. Semua ini menyebabkan penundaan pengenalan proses teknis baru oleh pesaing di pasar mikroprosesor - Intel dan AMD.

Salah satu alternatifnya adalah dengan menggunakan teknologi SOI (silicon on insulator), yang baru-baru ini diperkenalkan oleh AMD dalam

prosesor 64-bit. Namun, itu menghabiskan banyak usaha dan mengatasi sejumlah besar kesulitan insidental. Tetapi teknologi itu sendiri memberikan sejumlah besar keuntungan dengan sejumlah kecil kerugian. Inti dari teknologi ini, secara umum, cukup logis - transistor dipisahkan dari substrat silikon oleh lapisan tipis isolator lainnya. Plus - berat. Tidak ada pergerakan elektron yang tidak terkendali di bawah saluran transistor, yang mempengaruhi karakteristik listriknya - lagi. Setelah menerapkan arus pembuka kunci ke gerbang, waktu ionisasi saluran ke status operasi, hingga arus operasi mengalir melaluinya, berkurang, yaitu, parameter kunci kedua dari kinerja transistor meningkat, nyala / matinya waktu adalah dua. Atau, dengan kecepatan yang sama, Anda cukup menurunkan arus pembuka kunci - tiga. Atau temukan kompromi antara meningkatkan kecepatan kerja dan mengurangi voltase. Sambil mempertahankan arus pembukaan kunci yang sama, peningkatan kinerja transistor bisa mencapai 30%, jika Anda membiarkan frekuensinya sama, dengan penekanan pada penghematan energi, maka bisa ada nilai tambah besar - hingga 50%. Akhirnya, karakteristik saluran menjadi lebih dapat diprediksi, dan transistor itu sendiri menjadi lebih tahan terhadap kesalahan sporadis, seperti yang disebabkan oleh partikel kosmik yang memasuki substrat saluran dan mengionisasinya secara tidak terduga. Sekarang, masuk ke substrat yang terletak di bawah lapisan isolator, mereka tidak mempengaruhi pengoperasian transistor dengan cara apa pun. Satu-satunya kelemahan SOI adalah Anda harus mengurangi kedalaman daerah emitor/kolektor, yang secara langsung dan langsung mempengaruhi peningkatan resistensi saat ketebalan berkurang.

Dan terakhir, alasan ketiga yang berkontribusi terhadap perlambatan pertumbuhan frekuensi adalah rendahnya aktivitas pesaing di pasar. Dapat dikatakan bahwa setiap orang sibuk dengan urusan mereka sendiri. AMD terlibat dalam pengenalan luas prosesor 64-bit, bagi Intel itu adalah periode peningkatan proses teknis baru, debugging untuk peningkatan hasil kristal yang sesuai.

Tahun yang telah dimulai seharusnya membawa kita banyak berita dari bidang teknologi, karena tahun ini kedua perusahaan harus beralih ke standar teknologi 90 nm. Tapi ini sama sekali tidak berarti peningkatan cepat baru dalam frekuensi prosesor, malah sebaliknya. Pada awalnya, akan ada jeda di pasar: pesaing akan mulai memproduksi CPU berdasarkan proses teknis baru, tetapi dengan frekuensi lama. Saat proses produksi dikuasai, beberapa peningkatan frekuensi chip akan dimulai. Kemungkinan besar, itu tidak akan terlihat seperti sebelumnya. Pada akhir tahun 2004, ketika hasil cetakan 90nm akan meningkat secara signifikan, Intel mengharapkan untuk mencapai puncak 4GHz, atau lebih. Prosesor AMD akan datang dengan beberapa jeda frekuensi tradisional, yang secara umum tidak mempengaruhi kinerja sebanyak fitur mikroarsitektur.

Jadi, kebutuhan untuk beralih ke proses teknis baru sudah jelas, tetapi hal itu diberikan kepada para teknolog setiap saat dengan susah payah. Prosesor pertama

Pentium (1993) diproduksi menurut teknologi proses 0,8 mikron, kemudian 0,6 mikron. Pada tahun 1995, teknologi proses 0,35 mikron digunakan untuk pertama kalinya untuk prosesor generasi ke-6. Pada tahun 1997 berubah menjadi 0,25 mikron, dan pada tahun 1999 menjadi 0,18 mikron. Prosesor modern dibuat menggunakan teknologi 0,13 dan 0,09 mikron, yang terakhir diperkenalkan pada tahun 2004. Seperti yang Anda lihat, untuk proses teknis ini, hukum Moore diamati, yang menyatakan bahwa setiap dua tahun frekuensi kristal berlipat ganda dengan peningkatan jumlah transistor dari mereka. Proses teknologi berubah dengan kecepatan yang sama. Benar, di masa depan "perlombaan frekuensi" akan melampaui hukum ini. Pada tahun 2006, Intel berencana untuk menguasai teknologi proses 65-nm, dan 2009 - 32-nm. Prinsip hukum Moore ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 - Prinsip hukum Moore.

Inilah saatnya untuk mengingat kembali struktur transistor, yaitu, lapisan tipis silikon dioksida, isolator yang terletak di antara gerbang dan saluran, dan melakukan fungsi yang sepenuhnya dapat dipahami - penghalang elektron yang mencegah kebocoran arus gerbang. Jelas, semakin tebal lapisan ini, semakin baik melakukan fungsi isolasi, tetapi merupakan bagian integral dari saluran, dan tidak kurang jelas bahwa jika kita akan mengurangi panjang saluran (ukuran transistor), maka kita perlu mengurangi ketebalannya, dan, terlebih lagi, dengan sangat cepat. Omong-omong, selama beberapa dekade terakhir, ketebalan lapisan ini rata-rata sekitar 1/45 dari seluruh panjang saluran. Tetapi proses ini telah berakhir - seperti yang dinyatakan Intel lima tahun lalu, jika Anda terus menggunakan SiO2, seperti yang telah dilakukan selama 30 tahun terakhir, ketebalan lapisan minimum akan menjadi 2,3. nm, jika tidak, kebocoran arus dari arus gerbang akan memperoleh nilai yang tidak realistis.

Sampai saat ini, tidak ada yang dilakukan untuk mengurangi kebocoran subchannel, tetapi sekarang situasinya mulai berubah, sejak arus operasi,

bersama dengan waktu rana, adalah salah satu dari dua yang utama

parameter yang mencirikan kecepatan transistor, dan kebocoran dalam keadaan mati secara langsung memengaruhinya - untuk mempertahankan efisiensi transistor yang diperlukan, perlu, karenanya, untuk meningkatkan arus operasi, dengan semua kondisi berikutnya.

1.2 Langkah produksi utama

Pembuatan mikroprosesor adalah proses kompleks yang mencakup lebih dari 300 tahap. Mikroprosesor terbentuk pada permukaan pelat silikon melingkar tipis - substrat, sebagai hasil dari urutan tertentu dari berbagai proses pemrosesan menggunakan bahan kimia, gas, dan radiasi ultraviolet.

Substrat biasanya berdiameter 200 milimeter atau 8 inci. Namun, Intel telah pindah ke wafer 300 mm atau 12 inci. Pelat baru memungkinkan untuk mendapatkan kristal hampir 4 kali lebih banyak, dan hasilnya jauh lebih tinggi. Wafer terbuat dari silikon, yang dihaluskan, dilebur, dan ditumbuhkan menjadi kristal silinder panjang. Kristal kemudian dipotong menjadi pelat tipis dan dipoles sampai permukaannya halus seperti cermin dan bebas dari cacat. Selanjutnya, oksidasi termal (pembentukan film SiO2), fotolitografi, difusi pengotor (fosfor), dan epitaksi (penumpukan lapisan) dilakukan secara berurutan secara siklis.

Dalam proses pembuatan sirkuit mikro, lapisan bahan tertipis diterapkan pada pelat kosong dalam bentuk pola yang dihitung dengan cermat. Hingga beberapa ratus mikroprosesor ditempatkan pada satu pelat, yang pembuatannya membutuhkan lebih dari 300 operasi. Seluruh proses manufaktur prosesor dapat dibagi menjadi beberapa tahap: menumbuhkan silikon dioksida dan menciptakan daerah konduktif, pengujian, pembuatan paket dan pengiriman.

1.3 Menumbuhkan silikon dioksida dan menciptakan daerah konduktif

Proses pembuatan mikroprosesor dimulai dengan "menumbuhkan" lapisan isolasi silikon dioksida pada permukaan pelat yang dipoles. Tahap ini dilakukan dalam oven listrik pada suhu yang sangat tinggi. Ketebalan lapisan oksida tergantung pada suhu dan waktu yang dihabiskan pelat di tungku.

Ini diikuti oleh fotolitografi - suatu proses di mana suatu pola terbentuk pada permukaan pelat. Pertama, lapisan sementara bahan peka cahaya, photoresist, diterapkan pada pelat, di mana gambar bagian transparan dari template, atau photomask, diproyeksikan menggunakan radiasi ultraviolet. Masker dibuat selama desain prosesor dan digunakan untuk menghasilkan pola sirkuit di setiap lapisan prosesor. Di bawah pengaruh radiasi, area fotolayer yang terbuka menjadi larut, dan mereka dihilangkan dengan pelarut (asam fluorida), memperlihatkan silikon dioksida yang mendasarinya.

Silika yang terpapar dihilangkan dengan proses yang disebut "etsa". Lapisan foto yang tersisa kemudian dihapus, meninggalkan pola silikon dioksida pada wafer. Sebagai hasil dari sejumlah operasi tambahan fotolitografi dan etsa, silikon polikristalin, yang memiliki sifat konduktor, juga diterapkan pada wafer. Selama operasi berikutnya, yang disebut "doping", area terbuka dari wafer silikon dibombardir dengan ion dari berbagai elemen kimia, yang membentuk muatan negatif dan positif dalam silikon, mengubah konduktivitas listrik area ini.

Pengenaan lapisan baru dengan etsa sirkuit berikutnya dilakukan beberapa kali, sedangkan untuk sambungan antarlapisan di lapisan "jendela" dibiarkan, yang diisi dengan logam, membentuk sambungan listrik antara lapisan. Dalam teknologi proses 0,13 mikron, Intel menggunakan konduktor tembaga. Dalam proses manufaktur 0,18 mikron dan proses generasi sebelumnya, Intel menggunakan aluminium. Baik tembaga dan aluminium adalah konduktor listrik yang sangat baik. Saat menggunakan teknologi proses 0,18 mikron, 6 lapisan digunakan; saat memperkenalkan teknologi proses 90 nm pada tahun 2004, 7 lapisan silikon digunakan.

Setiap lapisan prosesor memiliki polanya sendiri, bersama-sama semua lapisan ini membentuk sirkuit elektronik tiga dimensi. Penerapan lapisan diulang 20-25 kali selama beberapa minggu.

1.4 Pengujian

Wafer silikon awalnya harus cukup tebal untuk menahan tekanan yang dialami substrat selama proses pelapisan. Oleh karena itu, sebelum memotong pelat menjadi mikroprosesor individu, ketebalannya berkurang 33% menggunakan proses khusus dan kotoran dihilangkan dari sisi sebaliknya. Kemudian, lapisan bahan khusus diterapkan ke sisi sebaliknya dari pelat "lebih tipis", yang meningkatkan pengikatan kristal berikutnya ke kasing. Selain itu, lapisan ini menyediakan kontak listrik antara permukaan belakang sirkuit terpadu dan paket setelah perakitan.

Setelah itu, pelat diuji untuk memeriksa kualitas semua operasi pemrosesan. Untuk menentukan apakah prosesor bekerja dengan benar, masing-masing komponen diuji. Jika kesalahan terdeteksi, mereka dianalisis untuk memahami pada tahap pemrosesan apa kegagalan terjadi.

Probe listrik kemudian dihubungkan ke setiap prosesor dan daya diterapkan. Prosesor diuji oleh komputer, yang menentukan apakah karakteristik prosesor yang diproduksi memenuhi persyaratan yang ditentukan.

1.5 Pembuatan tubuh

Setelah pengujian, wafer dikirim ke pabrik perakitan di mana mereka dipotong menjadi persegi panjang kecil, masing-masing berisi sirkuit terpadu. Gergaji presisi khusus digunakan untuk memisahkan pelat. Kristal yang tidak berfungsi ditolak.

Setiap kristal kemudian ditempatkan dalam wadah individual. Kasing melindungi kristal dari pengaruh eksternal dan menyediakan koneksi listriknya dengan papan tempat ia akan dipasang selanjutnya. Bola solder kecil yang terletak di titik-titik tertentu pada kristal disolder ke kabel listrik paket. Sekarang sinyal listrik dapat mengalir dari papan ke chip dan sebaliknya.

Di prosesor masa depan, Intel akan menggunakan teknologi BBUL, yang akan memungkinkan pembuatan casing baru yang mendasar dengan pembuangan panas dan kapasitansi yang lebih sedikit di antara kaki CPU.

Setelah die dipasang dalam paket, prosesor diuji lagi untuk menentukan apakah ia berfungsi. Prosesor yang rusak ditolak, dan prosesor yang dapat diservis akan menjalani uji tegangan: paparan terhadap berbagai kondisi suhu dan kelembapan, serta pelepasan muatan listrik statis. Setelah setiap stress test, prosesor diuji untuk menentukan status fungsionalnya. Prosesor kemudian diurutkan berdasarkan perilakunya pada berbagai kecepatan clock dan tegangan suplai.

Pengiriman. Prosesor yang telah lulus tes pergi ke kontrol akhir, yang tugasnya adalah memastikan bahwa hasil semua tes sebelumnya benar, dan parameter sirkuit terintegrasi sesuai dengan standar yang ditetapkan atau bahkan melebihinya. Semua prosesor yang melewati kontrol output diberi label dan dikemas untuk dikirim ke pelanggan

1.6 Prospek produksi

Didirikan oleh Robert Noyce dan Gordon Moore pada tahun 1968, Intel (Integrated Electronics) telah menetapkan tujuan menggunakan pencapaian teknologi semikonduktor untuk menciptakan perangkat elektronik berkinerja tinggi dan fungsional kompleks pada chip silikon: memori besar, prosesor, blok antarmuka . Produk pertama perusahaan adalah chip memori transistor bipolar Schottky yang dirilis pada 1969. Intel mengumumkan i4004, mikroprosesor pertama di dunia yang dirancang untuk digunakan dalam kalkulator, pada November 1971. Prosesor 4-bit ini berisi 2300 transistor p-channel MOS yang ditempatkan pada sebuah chip dengan luas 3,8x2,8 mm, dan bekerja pada frekuensi clock 108 kHz, memberikan pengalamatan ROM 4 KB dan RAM 512 byte. Ini adalah pengembangan pertama Intel.

Prosesor Intel Pentium 4 adalah prosesor paling modern yang tersedia saat ini. Pentium 4 pertama (nama kode Willamette) muncul pada tahun 2000. Itu adalah prosesor yang secara fundamental baru dengan hyperpipeline (Hyper pipelining) - dengan pipa yang terdiri dari 20 tahap, yang masing-masing dipersingkat. Biner kompatibel dengan prosesor arsitektur Intel generasi sebelumnya. Menurut Intel, prosesor berbasis teknologi ini dapat mencapai peningkatan frekuensi sekitar 40 persen di atas keluarga P6 dengan proses manufaktur yang sama. CPU ini dibuat menggunakan teknologi Intel NetBurst:

Teknologi hyper-pipelining: Panjang pipa yang diperpanjang meningkatkan throughput prosesor.

Set Ekstensi SIMD Streaming SSE2: 144 instruksi baru untuk mempercepat berbagai aplikasi yang menuntut

Mesin Eksekusi Instruksi Lebih Cepat: Blok logika aritmatika berjalan pada dua kali kecepatan clock prosesor, mempercepat area kinerja kritis ini

Unit floating-point 128-bit: Performa floating-point performa tinggi meningkatkan visualisasi 3D, aplikasi game, dan komputasi ilmiah

Mesin SIMD integer 128-bit: Mempercepat pemrosesan video, ucapan, enkripsi, gambar, dan foto.

Level 1 Execution Trace Cache: Secara signifikan meningkatkan efisiensi cache instruksi, memaksimalkan kinerja bagian kode yang sering diakses

Teknologi Eksekusi Dinamis Tingkat Lanjut: Prediksi cabang yang ditingkatkan meningkatkan kinerja untuk semua aplikasi 32-bit dengan mengoptimalkan pengurutan instruksi

Kontrol suhu: Digunakan untuk melindungi motherboard dengan mendeteksi ketika suhu melebihi batas

Built-in Self-Testing Engine (BIST): Mekanisme tunggal untuk memeriksa firmware dan kesalahan array logika yang besar, serta menguji cache instruksi, cache data, buffer terjemahan, dan ROM.

Uji port akses dan mesin pindai batas berdasarkan standar IEEE 1149. Memungkinkan Anda menguji prosesor Pentium 4 dan koneksinya ke sistem melalui antarmuka standar.

Bus sistem 100 (400) MHz (Quad-pumped, QPB) digunakan, menyediakan bandwidth 3,2 GB/s versus bus 133 MHz dengan bandwidth 1,06 GB/s untuk Pentium III. Faktanya, dengan peningkatan jumlah tahapan, frekuensi CPU meningkat, tetapi operasi diproses lebih lama. Dengan demikian, Willamette menjadi "bodoh" dengan frekuensi yang meningkat; operasi mulai melewati sejumlah besar langkah, dan waktu pemrosesan untuk satu instruksi meningkat. Jadi, prosesornya ternyata lemah, bahkan dengan FSB yang sangat baik, kinerjanya tidak jauh berbeda dari Tualatin, dan harganya, termasuk untuk chipset dan memori RDRAM, tidak menyenangkan, dan tidak terlalu diminati.

Spesifikasi: teknologi produksi: 0,18 mikron; frekuensi jam: 1,3-2 GHz; cache tingkat pertama: 8 +12 KB; cache tingkat kedua menggunakan teknologi Advanced Transfer Cache 256 KB (kecepatan penuh); CPU

32-bit; bus data 64-bit (400 MHz); konektor Soket-423 dan Soket-478; tegangan inti - 1,75 V.

Untuk membalikkan keadaan di segmen mainstream dan kinerja, Tualatin ditinggalkan di bawah Celeron, sementara Intel memperkenalkan inti Northwood baru yang dibuat menggunakan teknologi 0,13 mikron. Sekarang ada 3 modifikasi: Northwood-A dengan bus sistem 100 (400), Northwood-B 133 (533) MHz dan Northwood-C 200 (800) MHz. Satu-satunya perbedaan dalam arsitektur adalah teknologi manufaktur 0,13 mikron dan cache L2 meningkat menjadi 512 KB, yang menempatkan Intel memimpin saat ini. Pesaing utama - prosesor Athlon XP berdasarkan inti Barton - memiliki parameter yang kira-kira sama, kecuali untuk jumlah tahapan yang lebih kecil dalam pipa, dan, karenanya, frekuensi kristal dan bus sistem yang lebih rendah. Kedua prosesor memiliki kinerja yang hampir sama.

Sementara itu, Intel juga telah memindahkan segmen nilai ke inti P4 Willamette-128. Ini adalah inti CISC superscalar 32-bit dari arsitektur IA-32, yang diproduksi sesuai dengan standar teknologi 0,18 mikron, memiliki cache tingkat pertama 8 KB untuk data dan cache jejak untuk 12 ribu mikroops, saluran panjang untuk 20 tahap; bus eksternal memiliki kapasitas 64 bit, frekuensi 100 (400) MHz, aliran data empat kali lipat (setara dengan frekuensi 400 MHz). Cache L2 yang dibangun ke dalam inti Willamette asli adalah 256 KB, tetapi Celeron dikurangi menjadi 128 KB. Tersedia dengan frekuensi clock 1,7-2,4 GHz. Performanya lebih rendah dari AMD Duron core Morgan dan Applebred.

Pada tahun 2003, Intel mengumumkan fitur baru dari inti Northwood - teknologi Hyper-Threading memungkinkan Anda untuk memparalelkan kode program secara artifisial menjadi beberapa utas ("utas") dan secara bersamaan menjalankannya sambil meniru keberadaan prosesor kedua pada satu chip. Dalam hal ini, semua blok CPU yang tidak digunakan digunakan, yang memungkinkan penggunaan blok CPU yang paling efisien.

Pentium 4 desktop terakhir yang didasarkan pada inti Northwood adalah model dengan kecepatan clock 3,40 GHz dan cache L2.2 512 KB. Pada Februari 2004, Intel mengumumkan inti Prescott baru untuk Pentium 4, dibuat menggunakan teknologi 0,09 mikron dengan cache L2 1 MB. Berdasarkan inti baru, prosesor dengan frekuensi dari 2,80 GHz hingga 3,40 GHz akan dirilis untuk sementara waktu. Model dengan bus 800 MHz pada 2,80, 3, 3,20 dan 3,40 GHz diberi label E untuk membedakannya dari model dengan frekuensi dan bus yang sama pada inti Northwood. Pada kuartal ketiga tahun 2004, Pentium 4 akan dirilis dengan kecepatan clock 3,80 GHz, dan pada akhir tahun sangat mungkin untuk mengharapkan penaklukan tonggak simbolis 4 GHz.

"Fitur" utama dari inti baru ini adalah desain ulang lengkapnya, saluran pipa yang diperpanjang hingga 31 tahap, teknologi manufaktur baru menggunakan teknologi silikon tegang dan dielektrik CDO dalam interkoneksi, serta 13 instruksi baru (SSE3), peningkatan Hyper-Threading teknologi, prediksi transisi dan pengambilan cache awal, dan manajemen daya.

Selain itu, operasi perkalian bilangan bulat telah dipercepat, buffer tulis tambahan telah diperkenalkan. Selain itu, produk baru harus memiliki dukungan untuk instruksi 64-bit, yang tidak kompatibel dengan instruksi AMD 64-bit dan diblokir, setidaknya untuk saat ini. Prosesor baru mencakup teknologi enkripsi data perangkat keras LaGrande, tetapi dukungan perangkat lunak akan muncul kemudian. Die baru memiliki luas 112 mm2 dan berisi 125 juta transistor. Karena itu, rezim termal prosesor baru juga telah berubah - spesifikasi FMB 1.5. Paket termal kini telah memperluas jangkauannya: model lama akan memiliki pembuangan panas 103 watt. Ini menyebabkan masalah kompatibilitas dengan sebagian besar motherboard yang tersedia. Sejauh ini, semua prosesor memiliki Socket 478, tetapi karena peningkatan konsumsi daya, maka akan segera digantikan oleh Socket 775 dengan masing-masing 775 pin. Harga untuk lini ini berkisar dari $ 163 hingga $ 417, tetapi akan segera menyusul Northwood untuk merangsang permintaan.

Secara paralel, Intel sedang mengembangkan teknologi EPIC yang digunakan dalam prosesor server 64-bit. Teknologi ini, yang digunakan untuk memproduksi prosesor Intel Itanium 2 modern, menyiratkan paralelisme penuh instruksi yang dikirim oleh kompiler ke prosesor. Arsitektur ini disebut IA-64.

Namun, arsitektur tradisional IA-32 belum sepenuhnya habis, sehingga keberadaannya diharapkan hingga tahun 2006. Terlalu dini untuk berbicara tentang tahun 2005, karena konvergensi mendapatkan momentum, dan hukum Moore masih berlaku. Meskipun, pada prinsipnya, sudah jelas bahwa peningkatan frekuensi dan peningkatan cache tidak lagi membawa peningkatan kinerja yang tepat, sehingga perusahaan memutuskan untuk mengandalkan teknologi. Peningkatan frekuensi sambil mempertahankan pertumbuhan pelepasan panas tidak lagi dimungkinkan karena peningkatan tajam dalam arus bocor transistor. Karena mikroarsitektur tidak dapat ditingkatkan tanpa batas, dan tidak ada gunanya, jelas bahwa masa depan terletak pada integrasi berbagai teknologi dan kemampuan ke dalam chip. Jadi Intel di sektor server mengandalkan multi-core, dan di segmen desktop - pada multi-threading. AMD, bagaimanapun, tidak ingin melakukan investasi besar dalam penelitian semacam itu, segera "berjalan seperti kuda": di mana-mana ia mempromosikan teknologi produksi SOI (Silicon-on-Insulator) dan bergantung pada perluasan arsitektur mikro ke 64 bit, serta di bus HyperTransport.

2. Fitur produksi mikroprosesor

Diketahui bahwa transistor CMOS yang ada memiliki banyak keterbatasan dan tidak akan memungkinkan peningkatan frekuensi prosesor dalam waktu dekat tanpa rasa sakit. Pada akhir tahun 2003, pada konferensi Tokyo, Intel membuat pengumuman yang sangat penting tentang pengembangan bahan baru untuk transistor semikonduktor masa depan. Pertama-tama, kita berbicara tentang dielektrik gerbang transistor baru dengan konstanta dielektrik tinggi (yang disebut bahan "k tinggi"), yang akan digunakan untuk menggantikan silikon dioksida (SiO2) yang digunakan saat ini, serta yang baru paduan logam yang kompatibel dengan dielektrik gerbang baru. Solusi yang diusulkan oleh para peneliti mengurangi arus bocor hingga 100 kali lipat, yang memungkinkan untuk mendekati pengenalan proses manufaktur dengan norma desain 45 nanometer. Hal ini dianggap oleh para ahli sebagai sebuah revolusi kecil dalam dunia teknologi mikroelektronika.

Untuk memahami apa yang sedang kita bicarakan, pertama-tama mari kita lihat MOSFET konvensional, yang menjadi dasar pembuatan CPU paling kompleks. MOSFET ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2 - MOSFET.

Di dalamnya, gerbang polisilikon konduktif dipisahkan dari saluran transistor oleh lapisan silikon dioksida tertipis (hanya 1,2 nm atau 5 atom) (bahan yang digunakan selama beberapa dekade sebagai dielektrik gerbang).

Ketebalan dielektrik yang begitu kecil diperlukan untuk mendapatkan tidak hanya dimensi kecil dari transistor secara keseluruhan, tetapi juga untuk kinerja tertinggi (partikel bermuatan bergerak lebih cepat melalui gerbang, akibatnya VT semacam itu dapat beralih hingga 10 miliar kali. per detik)

Sederhana - semakin dekat gerbang ke saluran transistor (yaitu, semakin tipis dielektrik), "dampak yang lebih besar" dalam hal kecepatan akan ada pada elektron dan lubang di saluran transistor. Penampakan lapisan isolasi gerbang ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3 - Tampilan luar dari lapisan isolasi gerbang.

Oleh karena itu, pentingnya penemuan ilmuwan Intel tidak bisa dianggap remeh. Setelah lima tahun penelitian di laboratorium, perusahaan telah mengembangkan bahan khusus untuk menggantikan silikon dioksida tradisional dalam rute pembuatan chip konvensional. Persyaratan untuk bahan semacam itu sangat serius: kompatibilitas kimia dan mekanik (pada tingkat atom) yang tinggi dengan silikon, kemudahan produksi dalam satu siklus teknologi proses silikon tradisional, tetapi yang paling penting - kebocoran rendah dan konstanta dielektrik tinggi.

Jika kita berjuang dengan kebocoran, maka ketebalan dielektrik harus ditingkatkan menjadi setidaknya 2-3 nm (lihat gambar di atas). Untuk mempertahankan transkonduktansi transistor sebelumnya (ketergantungan arus pada tegangan), perlu untuk meningkatkan konstanta dielektrik bahan dielektrik secara proporsional. Sebuah isolator dengan konstanta dielektrik yang tinggi ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4 - Isolator dengan konstanta dielektrik yang tinggi.

Jika permeabilitas silikon dioksida curah sama dengan 4 (atau sedikit kurang pada lapisan ultra tipis), maka nilai konstanta dielektrik yang wajar dari dielektrik "Intel" baru dapat dianggap sebagai nilai di wilayah 10-12. Terlepas dari kenyataan bahwa ada banyak bahan dengan permitivitas seperti itu (keramik kapasitor atau kristal silikon tunggal), faktor kompatibilitas teknologi bahan tidak kalah pentingnya di sini. Oleh karena itu, untuk material k tinggi yang baru, proses deposisi presisi tinggi dikembangkan, ditunjukkan pada Gambar 5, di mana satu lapisan molekuler dari material ini terbentuk dalam satu siklus.

Gambar 5 - Skema proses presisi tinggi penerapan lapisan High-K.

Berdasarkan gambar ini, dapat diasumsikan bahwa material baru juga merupakan oksida. Apalagi monoksida, yang berarti penggunaan bahan terutama dari golongan kedua, misalnya magnesium, seng atau bahkan tembaga.

Tapi masalahnya tidak terbatas pada dielektrik. Itu juga perlu untuk mengubah bahan penutup itu sendiri - silikon polikristalin biasa. Faktanya adalah bahwa penggantian silikon dioksida dengan dielektrik k tinggi menyebabkan masalah interaksi dengan silikon polikristalin (celah pita transistor menentukan tegangan minimum yang mungkin untuknya). Masalah-masalah ini dapat dihilangkan dengan menggunakan logam gerbang khusus untuk kedua jenis transistor (n-MOS dan p-MOS) dalam kombinasi dengan proses pembuatan khusus. Kombinasi bahan ini mencapai kinerja transistor yang memecahkan rekor dan arus bocor rendah yang unik, 100 kali lebih rendah dari bahan saat ini. Dalam hal ini, tidak ada lagi godaan untuk menggunakan teknologi SOI (silikon pada isolator) yang jauh lebih mahal untuk mengatasi kebocoran, seperti yang dilakukan oleh beberapa produsen mikroprosesor besar. Karakteristik transistor berlapis K Tinggi ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6 - Karakteristik transistor berlapis K Tinggi.

Kami juga mencatat inovasi teknologi lain dari Intel - teknologi silikon tegang, yang digunakan untuk pertama kalinya dalam prosesor 90-nanometer Prescott dan Dothan. Akhirnya, Intel telah menjelaskan secara rinci dengan tepat bagaimana lapisan silikon yang tertekan terbentuk dalam struktur CMOS-nya. Sebuah sel CMOS terdiri dari dua transistor, sebuah nMOS dan sebuah pMOS. Sel CMOS dari dua transistor ditunjukkan pada Gambar 7.

Gambar 7 - Sel CMOS dari dua transistor.

Yang pertama (n-MOS), saluran transistor (n-channel) mengalirkan arus dengan bantuan elektron (partikel bermuatan negatif), dan yang kedua (p-MOS) - dengan bantuan lubang (partikel bermuatan positif bersyarat). ). Dengan demikian, mekanisme pembentukan silikon tegang dalam dua kasus ini berbeda. Untuk transistor n-MOS, lapisan eksternal dengan lapisan silikon nitrida (Si3N4) digunakan, yang, karena tekanan mekanis, sedikit (dengan sebagian kecil persen) meregangkan (dalam arah aliran arus) kristal silikon. kisi di bawah gerbang, akibatnya arus operasi saluran meningkat sebesar 10% (secara relatif, menjadi lebih luas bagi elektron untuk bergerak ke arah saluran). Dalam transistor p-MOS, kebalikannya benar: bahan substrat (lebih tepatnya, hanya daerah saluran dan sumber) menggunakan senyawa silikon-germanium (SiGe), yang sedikit menekan kisi kristal silikon di bawah gerbang ke arah saluran. Oleh karena itu, menjadi "lebih mudah" bagi lubang untuk "bergerak" melalui atom pengotor akseptor, dan arus operasi saluran meningkat sebesar 25%. Kombinasi kedua teknologi memberikan keuntungan saat ini 20-30%. Dengan demikian, penggunaan teknologi "silikon bertekanan" di kedua jenis perangkat (n-MOS dan p-MOS) menghasilkan peningkatan signifikan dalam kinerja transistor dengan peningkatan biaya produksinya hanya ~2% dan memungkinkan untuk membuat lebih banyak transistor mini dari generasi berikutnya. Intel berencana untuk menggunakan silikon tegang untuk semua proses manufaktur masa depan hingga 22nm.Sebuah sel memori 6-transistor ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 8 - Sel memori 6 transistor.

Bahan dielektrik rendah digunakan sebagai dielektrik untuk sambungan tembaga (lihat gambar) di semua proses Intel mulai dari 0,13 mikron. Ini mengurangi kapasitansi yang terjadi antara koneksi tembaga pada chip, yang meningkatkan kecepatan transfer sinyal internal dan mengurangi konsumsi daya. Intel adalah yang pertama dan sejauh ini satu-satunya perusahaan yang menggunakan bahan low-k ini untuk insulasi interkoneksi. Koneksi dalam chip yang dibuat menggunakan teknologi proses 90 nm ditunjukkan pada Gambar 9.

Gambar 9 - Koneksi dalam chip yang dibuat menggunakan teknologi proses 90 nm.

Ya, harus diakui bahwa keberhasilan Intel Labs dalam pengembangan teknologi semikonduktor yang inovatif memang mengesankan. Biasanya, Intel berhasil selangkah lebih maju dari pesaing lain seperti IBM, Motorola, dan Texas Instruments. Di sisi lain, ini tidak mengejutkan - lagipula, biaya pengembangan Intel tahun ini saja berjumlah sekitar 4,3 miliar dolar AS! Dan sekarang pernyataan tentang tidak menguntungkan dan kompleksitas teknologi SOI menjadi jelas, yang telah dialami Intel di kulitnya sendiri, dan AMD baru saja mengambilnya. Nah, potensi ilmiah yang besar memungkinkan perusahaan tidak hanya melihat ke depan ke masa depan teknologi mikroprosesor untuk beberapa tahun ke depan, tetapi juga untuk memprediksi perubahan di dunia teknologi dan menjadi peserta aktif dalam perubahan tersebut. Ini adalah harga yang harus dibayar perusahaan untuk membuat sejarah dengan tangannya sendiri, dan tidak menjadi pengamatnya. Inilah wajah sejati seorang pemimpin teknologi.

3. Tahapan teknologi produksi mikroprosesor

3.1 Bagaimana keripik dibuat

Produksi chip terdiri dari pengenaan lapisan tipis dengan "pola" kompleks pada substrat silikon. Pertama, lapisan isolasi dibuat yang bertindak sebagai penutup listrik. Bahan photoresist kemudian diterapkan di atas, dan area yang tidak diinginkan dihilangkan menggunakan masker dan penyinaran intensitas tinggi. Ketika area yang disinari dihilangkan, area silikon dioksida akan terbuka di bawahnya, yang dihilangkan dengan etsa. Setelah itu, bahan fotoresistif juga dihilangkan, dan kami mendapatkan struktur tertentu pada permukaan silikon. Kemudian dilakukan proses fotolitografi tambahan, dengan bahan yang berbeda, hingga diperoleh struktur tiga dimensi yang diinginkan. Setiap lapisan dapat didoping dengan zat atau ion tertentu, mengubah sifat listrik. Windows dibuat di setiap lapisan untuk kemudian membawa koneksi logam.

Sedangkan untuk produksi substrat, substrat harus dipotong dari silinder kristal tunggal menjadi "pancake" tipis agar nantinya mudah dipotong menjadi kristal prosesor terpisah. Pengujian canggih dilakukan pada setiap langkah produksi untuk menilai kualitas. Probe listrik digunakan untuk menguji setiap chip pada substrat. Akhirnya, substrat dipotong menjadi inti individu, inti yang tidak berfungsi segera dihilangkan. Tergantung pada karakteristiknya, inti menjadi satu atau lebih prosesor dan disertakan dalam paket yang memfasilitasi pemasangan prosesor pada motherboard. Semua blok fungsional melewati tes stres intensif.

1.2 Semuanya dimulai dengan substrat

Langkah pertama dalam pembuatan prosesor dilakukan di ruangan yang bersih. Omong-omong, penting untuk dicatat bahwa produksi teknologi semacam itu adalah akumulasi modal besar per meter persegi. Pembangunan pabrik modern dengan semua peralatan dengan mudah "terbang" 2-3 miliar dolar, dan butuh beberapa bulan untuk menguji teknologi baru. Hanya dengan begitu pabrik dapat memproduksi prosesor secara massal.

Secara umum, proses pembuatan chip terdiri dari beberapa langkah pemrosesan substrat. Ini termasuk pembuatan substrat itu sendiri, yang pada akhirnya akan dipotong menjadi kristal individu.

1.3 Produksi substrat

Semuanya dimulai dengan menumbuhkan kristal tunggal, yang benih kristalnya tertanam dalam wadah silikon cair, yang terletak tepat di atas titik leleh silikon polikristalin. Penting agar kristal tumbuh perlahan (sekitar satu hari) untuk memastikan bahwa atom tersusun dengan benar. Polikristalin atau silikon amorf terdiri dari berbagai macam kristal yang akan menghasilkan struktur permukaan yang tidak diinginkan dengan sifat listrik yang buruk.

Setelah silikon dilelehkan, silikon dapat didoping dengan zat lain yang mengubah sifat listriknya. Seluruh proses berlangsung di ruangan tertutup dengan komposisi udara khusus agar silikon tidak teroksidasi.

Kristal tunggal dipotong menjadi "pancake" menggunakan gergaji berlian bundar, yang sangat akurat dan tidak membuat penyimpangan besar pada permukaan substrat. Tentu saja, dalam hal ini, permukaan substrat masih belum rata sempurna, sehingga diperlukan operasi tambahan. Penampilan kristal tunggal ditunjukkan pada Gambar 10.

Gambar 10 - Penampilan kristal tunggal.

Pertama, dengan menggunakan pelat baja yang berputar dan bahan abrasif (seperti aluminium oksida), lapisan tebal dihilangkan dari substrat (proses yang disebut lapping). Akibatnya, penyimpangan mulai dari ukuran 0,05 mm hingga sekitar 0,002 mm (2.000 nm) dihilangkan. Tepi setiap substrat kemudian harus dibulatkan, karena tepi yang tajam dapat menyebabkan lapisan terkelupas. Selanjutnya dilakukan proses etsa, bila menggunakan berbagai bahan kimia (asam fluorida, asam asetat, asam nitrat) permukaannya dihaluskan sekitar 50 mikron. Tidak ada kerusakan fisik pada permukaan karena seluruh proses sepenuhnya kimiawi. Ini memungkinkan Anda untuk menghilangkan kesalahan yang tersisa dalam struktur kristal, sehingga permukaannya akan mendekati ideal.

Tahap terakhir adalah pemolesan, yaitu menghaluskan permukaan hingga kekasaran, maksimum 3 nm. Pemolesan dilakukan dengan campuran natrium hidroksida dan silika granular.

Saat ini, wafer mikroprosesor berdiameter 200 atau 300 mm, memungkinkan pembuat chip mendapatkan banyak prosesor dari setiap wafer. Langkah selanjutnya adalah substrat 450 mm, tetapi sebelum 2013 seharusnya tidak diharapkan. Secara umum, semakin besar diameter wafer, semakin banyak chip dengan ukuran yang sama dapat diproduksi.Wafer 300 mm, misalnya, menghasilkan lebih dari dua kali lebih banyak prosesor daripada wafer 200 mm.

1.4 Doping, difusi

Kami telah menyebutkan doping, yang dilakukan selama pertumbuhan kristal tunggal. Tetapi doping dilakukan baik dengan substrat yang sudah jadi maupun selama

waktu proses fotolitografi nantinya. Ini memungkinkan Anda untuk mengubah sifat listrik daerah dan lapisan tertentu, dan bukan seluruh struktur kristal.

Penambahan dopan dapat terjadi melalui difusi. Atom dopan mengisi ruang kosong di dalam kisi kristal, di antara struktur silikon. Dalam beberapa kasus, struktur yang ada juga dapat didoping. Difusi dilakukan dengan bantuan gas (nitrogen dan argon) atau dengan bantuan padatan atau sumber dopan lainnya.

Pendekatan lain untuk doping adalah implantasi ion, yang sangat berguna dalam mengubah sifat substrat yang telah didoping, karena implantasi ion dilakukan pada suhu biasa. Oleh karena itu, kotoran yang ada tidak menyebar. Masker dapat diterapkan ke media, yang memungkinkan Anda untuk memproses hanya area tertentu. Tentu saja, seseorang dapat berbicara tentang implantasi ion untuk waktu yang lama dan mendiskusikan kedalaman penetrasi, aktivasi aditif pada suhu tinggi, efek saluran, penetrasi ke tingkat oksida, dll., tetapi ini di luar cakupan artikel kami. Prosedur ini dapat diulang beberapa kali selama produksi.

1.5 Buat topeng

Untuk membuat bagian dari sirkuit terpadu, proses fotolitografi digunakan. Karena tidak perlu menyinari seluruh permukaan substrat, penting untuk menggunakan apa yang disebut topeng, yang mentransmisikan radiasi intensitas tinggi hanya ke area tertentu. Masker dapat dibandingkan dengan negatif hitam dan putih. Sirkuit terpadu memiliki banyak lapisan (20 atau lebih), dan masing-masing membutuhkan topengnya sendiri.

Struktur film krom tipis diterapkan pada permukaan pelat kaca kuarsa untuk membuat pola. Pada saat yang sama, alat mahal menggunakan berkas elektron atau laser menulis data yang diperlukan dari sirkuit terpadu, sebagai akibatnya kita mendapatkan pola kromium pada permukaan substrat kuarsa. Penting untuk dipahami bahwa setiap modifikasi sirkuit terpadu mengarah pada kebutuhan untuk memproduksi topeng baru, sehingga seluruh proses pembuatan perubahan sangat mahal. Penampilan topeng EUV ditunjukkan pada Gambar 11.

Gambar 11 - Penampilan topeng EUV.

1.6 Fotolitografi

Menggunakan fotolitografi, struktur terbentuk pada substrat silikon. Proses ini diulang beberapa kali sampai banyak lapisan (lebih dari 20) dibuat. Lapisan dapat terdiri dari bahan yang berbeda, apalagi, Anda juga perlu memikirkan koneksi dengan kabel mikroskopis. Semua lapisan dapat dipadatkan.

Sebelum proses fotolitografi dimulai, substrat dibersihkan dan dipanaskan untuk menghilangkan partikel lengket dan air. Substrat kemudian dilapisi dengan silikon dioksida menggunakan perangkat khusus. Selanjutnya, bahan pengikat diterapkan pada substrat, yang memastikan bahwa bahan fotoresist yang akan diterapkan pada langkah berikutnya tetap berada di substrat. Material photoresist diaplikasikan pada bagian tengah substrat, yang kemudian mulai berputar dengan kecepatan tinggi sehingga lapisan terdistribusi secara merata ke seluruh permukaan substrat. Substrat kemudian dipanaskan kembali. Prinsip operasi fotolitografi ditunjukkan pada Gambar 12.

Gambar 12 - Prinsip pengoperasian fotolitografi.

Penutup kemudian disinari melalui topeng dengan laser kuantum, radiasi ultraviolet keras, sinar-x, berkas elektron atau ion - semua sumber cahaya atau energi ini dapat digunakan. Berkas elektron terutama digunakan untuk masker, sinar-X, dan berkas ion untuk tujuan penelitian, dan produksi industri saat ini didominasi oleh radiasi UV keras dan laser gas. Jenis sumber paparan tutupan ditunjukkan pada Gambar 13.

Gambar 13 - Jenis sumber paparan penutup.

Radiasi UV keras pada panjang gelombang 13,5 nm menyinari bahan photoresist saat melewati topeng.

Waktu dan fokus proyeksi sangat penting untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. Pemfokusan yang buruk akan menghasilkan partikel ekstra dari bahan photoresist yang tersisa, karena beberapa lubang di topeng tidak akan disinari dengan benar. Hal yang sama akan terjadi jika waktu proyeksi terlalu pendek. Kemudian struktur photoresist akan terlalu lebar, area di bawah lubang akan kurang terang. Di sisi lain, waktu proyeksi yang berlebihan menciptakan area yang terlalu besar di bawah lubang dan struktur photoresist yang terlalu sempit. Sebagai aturan, sangat memakan waktu dan sulit untuk menyesuaikan dan mengoptimalkan proses. Penyesuaian yang tidak berhasil akan menyebabkan penyimpangan serius pada konduktor penghubung.

Unit proyeksi loncatan khusus memindahkan media ke posisi yang diinginkan. Kemudian garis atau satu bagian dapat diproyeksikan, paling sering sesuai dengan satu chip prosesor. Pengaturan mikro tambahan dapat membuat perubahan tambahan. Mereka dapat men-debug teknologi yang ada dan mengoptimalkan prosesnya. Instalasi mikro biasanya bekerja di area kurang dari 1 meter persegi. mm, sedangkan instalasi konvensional mencakup area yang lebih luas.

Pengetsaan dan pembersihan substrat ditunjukkan pada Gambar 14.

Gambar 14 - Pengetsaan dan pembersihan substrat.

Substrat kemudian melanjutkan ke tahap baru di mana bahan photoresist yang melemah dihilangkan, memungkinkan akses ke silikon dioksida. Ada proses etsa basah dan kering yang menangani area silikon dioksida. Proses basah menggunakan senyawa kimia, sedangkan proses kering menggunakan gas. Proses terpisah adalah menghilangkan sisa-sisa material photoresist. Pabrikan sering kali menggabungkan penghilangan basah dan kering sehingga material photoresist benar-benar dihilangkan. Ini penting karena bahan photoresist bersifat organik dan, jika dibiarkan, dapat menyebabkan cacat pada substrat.

Setelah etsa dan pembersihan, Anda dapat melanjutkan ke pemeriksaan substrat, yang biasanya terjadi pada setiap tahap penting, atau mentransfer substrat ke siklus fotolitografi baru.

Uji substrat ditunjukkan pada Gambar 15.

Gambar 15 - Uji substrat ditunjukkan pada gambar.

Substrat yang sudah jadi diuji pada apa yang disebut unit kontrol probe. Mereka bekerja dengan seluruh substrat. Kontak probe ditumpangkan pada kontak masing-masing kristal, memungkinkan tes listrik dilakukan. Perangkat lunak ini menguji semua fungsi dari setiap inti.

Pemotongan substrat ditunjukkan pada Gambar 16.

Gambar 16 - Pemotongan substrat ditampilkan.

Dengan memotong dari substrat, inti individu dapat diperoleh. Saat ini, instalasi kontrol probe telah mengidentifikasi kristal mana yang mengandung kesalahan, sehingga setelah dipotong dapat dipisahkan dari yang baik. Sebelumnya, kristal yang rusak ditandai secara fisik, sekarang ini tidak perlu, semua informasi disimpan dalam satu database.

Inti fungsional kemudian perlu direkatkan ke paket prosesor menggunakan bahan perekat.

Sambungan kawat substrat ditunjukkan pada Gambar 17.

Gambar 17. - Koneksi kabel dari media.

Maka Anda perlu membuat koneksi kabel yang menghubungkan kontak atau kaki paket dan kristal itu sendiri. Sambungan emas, aluminium atau tembaga dapat digunakan.

Kemasan prosesor ditunjukkan pada Gambar 18.

Gambar 17 - Kemasan prosesor.

Kebanyakan prosesor modern menggunakan kemasan plastik dengan penyebar panas. Biasanya, inti terbungkus dalam kemasan keramik atau plastik untuk mencegah kerusakan. Prosesor modern dilengkapi dengan apa yang disebut penyebar panas, yang memberikan perlindungan tambahan untuk kristal, serta permukaan kontak yang besar dengan pendingin.

Tahap terakhir melibatkan pengujian prosesor, yang terjadi pada suhu tinggi, sesuai dengan spesifikasi prosesor. Prosesor dipasang secara otomatis di soket uji, setelah itu semua fungsi yang diperlukan dianalisis.

Kesimpulan

Produksi mikroprosesor terdiri dari dua tahap penting. Yang pertama adalah dalam produksi substrat, yang dilakukan AMD dan Intel di pabrik mereka. Ini termasuk menanamkan sifat konduktif ke substrat. Tahap kedua adalah pengujian substrat, perakitan dan pengemasan prosesor. Operasi terakhir biasanya dilakukan di negara yang lebih murah. Jika Anda melihat prosesor Intel, Anda akan menemukan bahwa kemasannya dibuat di Kosta Rika, Malaysia, Filipina, dll.

AMD dan Intel sekarang mencoba untuk memproduksi produk untuk jumlah segmen pasar yang maksimum, terlebih lagi, berdasarkan jenis kristal yang seminimal mungkin. Contoh sempurna adalah jajaran prosesor Intel Core 2 Duo. Ada tiga prosesor dengan nama kode untuk pasar yang berbeda: Merom untuk aplikasi seluler, Conroe untuk versi desktop, Woodcrest untuk versi server. Ketiga prosesor dibangun di atas dasar teknologi yang sama, yang memungkinkan pabrikan membuat keputusan pada tahap terakhir produksi. Fitur dapat diaktifkan atau dinonaktifkan, dan kecepatan clock saat ini memberikan Intel tingkat hasil chip yang sangat baik. Jika permintaan prosesor seluler meningkat di pasar, Intel dapat fokus pada rilis model Socket 479. Jika permintaan untuk model desktop meningkat, maka perusahaan akan menguji, memvalidasi, dan mengemas chip untuk Socket 775, sedangkan prosesor server dikemas untuk Socket 771. Bahkan prosesor empat inti sedang dibuat: dua kristal inti ganda dipasang dalam satu paket, jadi kami mendapatkan empat inti.

Bibliografi

1. Muller S. Modernisasi dan perbaikan PC, M.: 2003.

2. Asmakov S. Teknologi untuk membuat basis elemen, Computer-Press, No. 1, p.29, 2007.

3. Asmakov S. Teknologi baru, Computer-Press, No. 1, p.36, 2007.

4. Prosesor Pakhomov S. Modern untuk PC, Computer-Press, No. 12, p.22, 2006.

5. Solusi Pakhomov S. berdasarkan prosesor Intel Itanium 2, No. 9, hal. 12, 2006.

Baru-baru ini, di Museum Politeknik Moskow, dudukan peralatan komputer telah diperbarui secara serius - Intel menempatkan dudukannya di sana, yang disebut " Dari pasir ke prosesor"Mulai sekarang, stan ini akan menjadi bagian integral dari kunjungan sekolah, tetapi bahkan orang dewasa saya menyarankan Anda untuk tidak menunda mengunjungi institusi selama lebih dari lima tahun - pada tahun 2016, Intel berencana untuk secara serius "meningkatkan" museum sehingga dapat masuki sepuluh museum sains terbaik di dunia!

Siklus kuliah dengan nama yang sama dalam tiga bagian waktunya bertepatan dengan acara ini. Dua kuliah telah berlalu - Anda dapat menemukan isinya di bawah potongan. Nah, jika Anda tertarik dengan semua ini, maka Anda masih punya waktu untuk menghadiri kuliah ketiga, yang informasinya ada di akhir posting.

Saya tidak malu untuk mengakui bahwa sebagian besar teks ini memang ringkasan dari kuliah pertama yang Nikolay Suetin, direktur proyek eksternal di bidang penelitian dan pengembangan Intel di Rusia. Sebagian besar, itu tentang teknologi semikonduktor modern dan masalah yang mereka hadapi.

Saya mengusulkan untuk mulai membaca hal-hal yang menarik, dan kita akan mulai dengan yang paling mendasar.

CPU

Secara teknis, mikroprosesor modern dibuat dalam bentuk sirkuit terpadu ultra-besar tunggal, yang terdiri dari beberapa miliar elemen - ini adalah salah satu struktur paling kompleks yang dibuat oleh manusia. Elemen kunci dari setiap mikroprosesor adalah sakelar diskrit - transistor. Dengan memblokir dan melewatkan arus listrik (on-off), mereka memungkinkan sirkuit logika komputer bekerja di dua keadaan, yaitu dalam sistem biner. Transistor diukur dalam nanometer. Satu nanometer (nm) adalah sepersejuta (10−9) meter.
Bagian utama dari pekerjaan saat membuat prosesor tidak dilakukan oleh orang sama sekali, tetapi oleh mekanisme robot - merekalah yang menyeret wafer silikon bolak-balik. Siklus produksi setiap piring bisa sampai 2-3 bulan.

Secara lebih rinci (dan secara visual) tentang teknologi produksi prosesor, saya akan memberi tahu Anda, tetapi untuk saat ini, cukup singkat.

Lempeng memang terbuat dari pasir - dalam hal prevalensi di kerak bumi, silikon menempati urutan kedua setelah oksigen. Melalui reaksi kimia, silikon oksida (SiO 2) dimurnikan secara menyeluruh, membuat bersih dari "kotor". Untuk mikroelektronika, silikon kristal tunggal diperlukan - diperoleh dari lelehan. Semuanya dimulai dengan kristal kecil (yang diturunkan menjadi lelehan) - kemudian berubah menjadi "boule" kristal tunggal khusus setinggi seseorang. Selanjutnya, cacat utama dihilangkan dan boule dipotong menjadi cakram dengan benang khusus (dengan bubuk berlian) - setiap cakram diproses dengan hati-hati hingga permukaan yang benar-benar rata dan halus (pada tingkat atom). Ketebalan setiap pelat sekitar 1mm - semata-mata agar tidak pecah atau bengkok, yaitu agar dapat dikerjakan dengan nyaman.

Diameter setiap pelat persis 300mm - beberapa saat kemudian ratusan atau bahkan ribuan prosesor akan "tumbuh" di area ini. Omong-omong, Intel, Samsung, Toshiba, dan TSMC telah mengumumkan bahwa mereka sedang mengembangkan peralatan yang mampu bekerja dengan wafer 450mm (lebih banyak prosesor akan muat di area yang lebih besar, yang berarti bahwa harga masing-masing akan lebih rendah) - transisi ke mereka direncanakan untuk tahun 2012.

Berikut adalah gambar penampang prosesor:

Ada penutup logam pelindung di atasnya, yang selain berfungsi sebagai pelindung, juga berfungsi sebagai penyebar panas - kami mengolesinya dengan pasta termal saat memasang pendingin. Di bawah penyebar panas adalah bagian dari silikon yang melakukan semua tugas pengguna. Bahkan lebih rendah adalah substrat khusus, yang diperlukan untuk kontak kabel (dan menambah luas "kaki") sehingga prosesor dapat dipasang di soket motherboard.

Chip itu sendiri terdiri dari silikon, di mana ada hingga 9 lapisan metalisasi (terbuat dari tembaga) - diperlukan begitu banyak level sehingga, menurut hukum tertentu, dimungkinkan untuk menghubungkan transistor yang terletak di permukaan silikon (karena tidak mungkin melakukan semua ini pada tingkat yang sama). Faktanya, lapisan ini bertindak sebagai kabel penghubung, hanya dalam skala yang jauh lebih kecil; agar "kabel" tidak saling pendek, mereka dipisahkan oleh lapisan oksida (dengan konstanta dielektrik rendah).

Seperti yang saya tulis di atas, sel dasar prosesor adalah transistor efek medan. Produk semikonduktor pertama berasal dari germanium dan transistor pertama dibuat darinya. Tetapi segera setelah transistor efek medan mulai dibuat (di bawah gerbang yang ada lapisan isolasi khusus - film dielektrik tipis yang mengontrol "hidup" dan "mati" transistor), germanium segera "padam" , memberi jalan ke silikon. Selama 40 tahun terakhir, silikon dioksida (SiO 2 ) telah digunakan sebagai bahan dielektrik gerbang utama, karena kemampuan manufakturnya dan kemampuannya untuk secara sistematis meningkatkan karakteristik transistor saat menjadi lebih kecil.

Aturan penskalaan sederhana - dengan mengurangi ukuran transistor, ketebalan dielektrik harus berkurang secara proporsional. Misalnya, dalam chip dengan proses pembuatan 65 nm, ketebalan lapisan dielektrik gerbang SiO2 adalah sekitar 1,2 nm, yang setara dengan lima lapisan atom. Faktanya, ini adalah batas fisik untuk bahan ini, karena sebagai akibat dari pengurangan lebih lanjut dari transistor itu sendiri (dan karenanya pengurangan lapisan silikon dioksida), arus bocor melalui dielektrik gerbang meningkat secara signifikan, yang mengarah ke arus yang signifikan. kerugian dan generasi panas yang berlebihan. Dalam hal ini, lapisan silikon dioksida tidak lagi menjadi penghalang untuk terowongan kuantum elektron, yang membuatnya tidak mungkin untuk mengontrol keadaan transistor. Oleh karena itu, bahkan dengan pembuatan semua transistor yang ideal (jumlahnya dalam prosesor modern mencapai beberapa miliar), operasi yang salah dari setidaknya satu dari mereka berarti operasi yang salah dari seluruh logika prosesor, yang dapat dengan mudah menyebabkan bencana - ini jika kita mempertimbangkan bahwa mikroprosesor mengontrol pengoperasian hampir semua perangkat digital (dari ponsel modern hingga sistem bahan bakar mobil).

Proses miniaturisasi transistor tidak bertentangan dengan hukum fisika, tetapi, seperti yang kita lihat, kemajuan komputer juga tidak berhenti. Ini berarti bahwa masalah dengan dielektrik entah bagaimana terpecahkan. Lagi pula, mereka benar-benar memutuskan - ketika beralih ke 45nm, Intel mulai menggunakan bahan baru, yang disebut dielektrik high-k, yang menggantikan lapisan silikon dioksida yang sangat tipis. Lapisan berbahan dasar hafnium oksida tanah jarang dengan konstanta dielektrik tinggi (20 berbanding 4 untuk SiO 2) k (tinggi-k) menjadi lebih tebal, tetapi ini memungkinkan untuk mengurangi arus bocor lebih dari sepuluh kali, sambil mempertahankan kemampuan untuk mengontrol operasi transistor dengan benar dan stabil. Dielektrik baru ternyata kurang kompatibel dengan gerbang polisilikon, tetapi ini tidak menjadi hambatan - untuk meningkatkan kecepatan, gerbang di transistor baru terbuat dari logam.

Dengan demikian, Intel menjadi perusahaan pertama di dunia yang memproduksi mikroprosesor secara massal menggunakan hafnium. Apalagi sawit masih milik korporasi - sejauh ini tidak ada yang bisa mereproduksi teknologi ini, karena. Sebuah film dielektrik dibuat oleh sputtering atom, dengan bahan disimpan dalam lapisan berturut-turut hanya satu atom tebal.
Menariknya, setelah membaca paragraf ini, apakah Anda memiliki gagasan tentang bagaimana miliaran transistor dirancang, dibuat, dan dipasang di area sekecil itu? Dan bagaimana semuanya bekerja pada akhirnya dan, pada saat yang sama, menghabiskan uang yang cukup masuk akal? Saya menjadi sangat bijaksana, meskipun saya dulu menganggap semua ini jelas dan saya bahkan memiliki hati nurani untuk berpikir “ Hei, mengapa begitu mahal? Untuk satu prosesor saja!»:)

Pada tahun 1965, salah satu pendiri Intel Corporation, Gordon Moore, mencatat pengamatan empiris yang kemudian menjadi hukum terkenal namanya. Setelah mempresentasikan pertumbuhan kinerja chip memori dalam bentuk grafik, ia menemukan pola yang menarik: model baru sirkuit mikro dikembangkan setelah periode waktu yang sama - sekitar 18-24 bulan - setelah kemunculan pendahulunya, dan kapasitas sirkuit mikro kira-kira dua kali lipat setiap kali.

Kemudian, Gordon Moore meramalkan sebuah pola, menunjukkan bahwa jumlah transistor dalam mikroprosesor akan berlipat ganda setiap dua tahun - pada kenyataannya, terus-menerus menciptakan teknologi inovatif, Intel telah memastikan penerapan hukum Moore selama lebih dari 40 tahun.

Jumlah transistor terus bertambah, meskipun dimensi prosesor "keluaran" relatif tidak berubah. Sekali lagi, tidak ada rahasia - menjadi jelas jika Anda melihat ketergantungan berikut.

Seperti yang Anda lihat, setiap dua tahun dimensi topologi berkurang 0,7 kali. Sebagai hasil dari pengurangan ukuran transistor, kecepatan peralihannya lebih tinggi, harganya lebih rendah dan konsumsi dayanya lebih rendah.

Saat ini, Intel merilis prosesor yang menggunakan teknologi 32nm. Perbedaan teknis utama dari teknologi 45nm:
- 9 tingkat metalisasi digunakan
- dielektrik k tinggi generasi baru digunakan (juga hafnium oksida, tetapi dengan aditif khusus - lapisan yang dihasilkan setara dengan 0,9 nm silikon oksida)

Penciptaan proses teknologi baru untuk membuat gerbang logam menyebabkan peningkatan 22% dalam kinerja semua transistor (dibandingkan dengan 45nm), serta kepadatan elemen tertinggi, yang membutuhkan kepadatan arus tertinggi.

Produksi

Intel memproduksi prosesor di tiga negara - Amerika Serikat, Israel dan Irlandia. Saat ini, perusahaan memiliki 4 pabrik untuk produksi massal prosesor menggunakan teknologi 32nm. Ini: D1D dan D1C di Oregon, Hebat 32 di Arizona dan Hebat 11X di Meksiko Baru. Dan dalam penataan tanaman ini dan dalam pekerjaannya ada banyak hal menarik, tetapi saya akan membicarakannya lain kali.

Biaya pabrik semacam itu adalah sekitar $5 miliar, dan jika Anda membuat beberapa pabrik sekaligus, maka jumlah investasi dapat dikalikan dengan aman. Jika kita memperhitungkan bahwa teknologi berubah setiap dua tahun, maka ternyata pabrik tersebut memiliki waktu tepat 4 tahun untuk "menangkap kembali" $5 miliar yang diinvestasikan di dalamnya dan menghasilkan keuntungan. Dari mana kesimpulan yang jelas menunjukkan dirinya sendiri - ekonomi sangat menentukan perkembangan kemajuan teknologi ... tetapi, terlepas dari semua angka yang sangat besar ini, biaya pembuatan satu transistor terus turun - sekarang kurang dari satu miliar dolar.

Jangan berpikir bahwa dengan transisi beberapa pabrik ke 32nm, semuanya akan tiba-tiba diproduksi sesuai dengan proses teknis ini - chipset yang sama dan sirkuit periferal lainnya tidak memerlukan ini - dalam kebanyakan kasus mereka menggunakan 45nm. Tonggak 22nm direncanakan akan tercapai sepenuhnya tahun depan, dan pada tahun 2013 kemungkinan besar akan menjadi 16nm. Setidaknya tahun ini, pelat uji (pada 22nm) telah dibuat, di mana kinerja semua elemen yang diperlukan agar prosesor dapat bekerja ditunjukkan.

*perbaruan dari* Kebutuhan untuk mengurangi ketebalan dielektrik gerbang ditentukan oleh rumus sederhana kapasitor datar:

Area gerbang transistor berkurang, dan agar transistor berfungsi, kapasitansi dielektrik gerbang harus dipertahankan.
Oleh karena itu, perlu untuk mengurangi ketebalannya, dan ketika menjadi tidak mungkin, bahan dengan konstanta dielektrik yang lebih tinggi ditemukan.

Kapan era silikon akan berakhir? Tanggal pastinya masih belum diketahui, tetapi pasti tidak jauh. Dalam teknologi 22nm, itu pasti akan "bertarung", kemungkinan besar akan tetap dalam 16nm ... tetapi kemudian yang paling menarik akan dimulai. Tabel periodik, pada prinsipnya, cukup besar dan ada banyak pilihan) Tetapi kemungkinan besar, semuanya tidak hanya terletak pada kimia. Dimungkinkan untuk mencapai peningkatan efisiensi prosesor baik dengan mengurangi dimensi topologi (mereka melakukan ini sekarang), atau dengan menggunakan senyawa lain dengan mobilitas pembawa yang lebih tinggi - mungkin galium arsenida, mungkin graphene "terkenal" dan menjanjikan (Omong-omong, ia memiliki mobilitas ratusan kali lebih tinggi daripada silikon). Tapi ada masalah di sini juga. Sekarang teknologi dirancang untuk memproses pelat dengan diameter 300 mm - jumlah galium arsenida yang dibutuhkan untuk pelat semacam itu sama sekali tidak ada di alam, dan graphene (Word terus-menerus menyarankan penulisan "decanter") dengan ukuran ini masih sangat sulit untuk manufaktur - mereka belajar bagaimana melakukannya, tetapi ada banyak cacat, masalah reproduksi, doping, dll.

Kemungkinan besar, langkah selanjutnya adalah pengendapan galium arsenida kristal tunggal pada silikon, dan kemudian graphene. Dan, mungkin, pengembangan mikroelektronika tidak hanya akan mengarah pada peningkatan teknologi, tetapi juga di sepanjang jalur pengembangan logika baru yang fundamental - lagi pula, ini juga tidak dapat dikesampingkan. Haruskah kita bertaruh, tuan-tuan? ;)

Secara umum, sekarang ada perebutan teknologi dan mobilitas tinggi. Tapi satu hal yang jelas - tidak ada alasan untuk menghentikan kemajuan.

tik tok

Proses pembuatan prosesor terdiri dari dua "bagian" besar. Untuk yang pertama, Anda harus memiliki teknologi manufaktur itu sendiri, dan untuk yang kedua, Anda memerlukan pemahaman tentang APA yang harus dibuat dan bagaimana - arsitekturnya (bagaimana transistor terhubung). Jika arsitektur baru dan teknologi baru dibuat pada saat yang sama, maka jika terjadi kegagalan, akan sulit untuk menemukan "yang bersalah" - beberapa akan mengatakan bahwa "arsitek" yang harus disalahkan, yang lain bahwa para teknolog. Secara umum, mengikuti strategi seperti itu sangat picik.

Di Intel, pengenalan teknologi dan arsitektur baru diberi jarak waktu - teknologi diperkenalkan dalam satu tahun (dan arsitektur yang sudah terbukti diproduksi sesuai dengan teknologi baru - jika ada yang "salah", maka para teknolog akan menyalahkan); dan ketika teknologi baru berhasil, arsitek akan membuat arsitektur baru untuk itu, dan jika sesuatu tidak berhasil pada teknologi yang telah terbukti, maka arsitek yang harus disalahkan. Strategi ini disebut "tik-tok".
Lebih jelas:

Dengan laju perkembangan teknologi saat ini, jumlah investasi yang fantastis dalam penelitian dan pengembangan diperlukan - setiap tahun Intel menginvestasikan $ 4-5 miliar dalam bisnis ini. Beberapa pekerjaan terjadi di dalam perusahaan, tetapi banyak pekerjaan terjadi di luar perusahaan. Simpan saja seluruh laboratorium di perusahaan seperti Bell Labs(menempa peraih Nobel) di zaman kita hampir tidak mungkin.
Sebagai aturan, ide-ide pertama diletakkan di universitas - agar universitas tahu persis apa yang masuk akal untuk dikerjakan (teknologi apa yang dibutuhkan dan apa yang akan relevan), semua "perusahaan semikonduktor" disatukan menjadi sebuah konsorsium. Setelah itu, mereka memberikan semacam peta jalan - itu berbicara tentang semua masalah yang akan dihadapi industri semikonduktor dalam 3-5-7 tahun ke depan. Secara teori, setiap perusahaan memiliki hak untuk benar-benar pergi ke universitas dan "menggunakan" pengembangan inovatif ini atau itu, tetapi hak mereka, sebagai suatu peraturan, tetap berada di universitas pengembang - pendekatan ini disebut "inovasi terbuka". Intel tidak terkecuali dan secara berkala mendengarkan ide-ide siswa - setelah perlindungan, seleksi di tingkat teknik dan pengujian dalam kondisi nyata, ide tersebut memiliki setiap peluang untuk menjadi teknologi baru.

Berikut adalah daftar pusat penelitian di seluruh dunia yang bekerja sama dengan Intel (tidak termasuk universitas):

Peningkatan produktivitas menyebabkan pabrik lebih mahal, dan ini pada gilirannya menyebabkan seleksi alam. Jadi, misalnya, untuk membayar sendiri dalam 4 tahun, setiap pabrik Intel harus memproduksi setidaknya 100 wafer yang berfungsi per jam. Ada ribuan chip pada setiap wafer... dan jika Anda membuat perhitungan tertentu, akan menjadi jelas bahwa jika Intel tidak memiliki 80% dari pasar prosesor dunia, perusahaan tidak akan dapat menutup biaya. Kesimpulannya adalah bahwa di zaman kita ini cukup mahal untuk memiliki "desain" dan produksi Anda sendiri - setidaknya Anda harus memiliki pasar yang besar. Hasil seleksi alam dapat dilihat di bawah ini - seperti yang Anda lihat, dengan "desain" dan produksinya, semakin sedikit perusahaan yang mengikuti kemajuan teknologi. Semua orang harus beralih ke mode fabless - misalnya, baik Apple, NVIDIA, atau bahkan AMD tidak memiliki pabrik sendiri dan mereka harus menggunakan layanan dari perusahaan lain.

Selain Intel, hanya dua perusahaan di seluruh dunia yang berpotensi siap untuk teknologi 22nm - Samsung dan TSMC, yang menginvestasikan lebih dari $ 1 miliar di pabrik mereka tahun lalu. Selain itu, TSMC tidak memiliki divisi desain sendiri (hanya pengecoran) - pada kenyataannya, itu hanya bengkel berteknologi tinggi yang menerima pesanan dari perusahaan lain dan sering tidak tahu apa yang ditempa.

Seperti yang Anda lihat, seleksi alam berlangsung cukup cepat - hanya dalam 3 tahun. Dari sini, dua kesimpulan dapat ditarik. Yang pertama adalah bahwa tidak mungkin menjadi pemimpin industri tanpa pabrik Anda sendiri; yang kedua - pada kenyataannya, Anda dapat berhasil tanpa pabrik Anda sendiri. Pada umumnya, komputer yang bagus, otak, dan kemampuan untuk "menggambar" sudah cukup - ambang untuk memasuki pasar telah sangat menurun dan karena alasan inilah banyak "startup" muncul. Seseorang datang dengan skema tertentu yang ada atau dibuat secara artifisial untuk pasar tertentu - produsen pemula naik ... KEUNTUNGAN! Tetapi ambang batas ke pasar pengecoran telah meningkat pesat dan hanya akan tumbuh lebih jauh ...

Apa lagi yang berubah dalam beberapa tahun terakhir? Jika Anda ingat, hingga tahun 2004 pernyataan “semakin tinggi frekuensi prosesor, semakin baik” cukup wajar. Mulai dari 2004-2005, frekuensi prosesor hampir berhenti tumbuh, yang dihubungkan dengan mencapai beberapa jenis keterbatasan fisik. Sekarang Anda dapat meningkatkan produktivitas karena multi-core - melakukan tugas secara paralel. Tetapi membuat banyak inti dalam satu chip bukanlah masalah besar - jauh lebih sulit untuk membuatnya bekerja dengan benar di bawah beban. Akibatnya, sejak saat itu, peran perangkat lunak telah meningkat secara dramatis dan pentingnya profesi "programmer" hanya akan mendapatkan momentum dalam waktu dekat.

Secara umum, menyimpulkan hal di atas:
- Hukum Moore masih berlaku
- Biaya pengembangan teknologi dan material baru, serta biaya pemeliharaan pabrik, meningkat
- Produktivitas juga tumbuh. Lompatan diharapkan saat pindah ke pelat 450mm

Hasil dari:
- Pemisahan perusahaan menjadi "fabel" dan "pengecoran"
- Mengalihdayakan inti R&D
- Diferensiasi melalui pengembangan perangkat lunak

Tamat

Apakah Anda menikmati membaca? Harapan. Paling tidak, menarik bagi saya untuk menulis semua ini, dan bahkan lebih menarik untuk mendengarkannya ... meskipun pada awalnya saya juga berpikir, "apa yang akan mereka ceritakan di kuliah ini."

Pekan lalu, kuliah kedua diadakan di Museum Politeknik Moskow, yang