پردازنده چگونه ساخته می‌شود؟

پردازنده (CPU) چگونه ساخته می‌شود، این سوالی است که شاید خیلی ها از خودشان بپرسند. اما آنها باید بدانند که اگرچه نحوه کار پردازنده مرکزی یا همان CPU به نظر جادویی می‌رسد، اما نتیجه دهه‌ها مهندسی هوشمندانه است. همانطور که ترانزیستورها (عناصر سازنده هر ریز تراشه) در مقیاس‌های میکروسکوپی کوچک می‌شوند، نحوه تولید آنها هم پیچیده‌تر می‌شود.

فوتولیتوگرافی

ترانزیستورها اکنون به قدری کوچک هستند که تولیدکنندگان نمی‌توانند آنها را با استفاده از روش‌های معمولی بسازند. گرچه دستگاه‌های تراش دقیق و حتی چاپگرهای سه بعدی می‌توانند خلاقیت‌های فوق العاده پیچیده‌ای ایجاد کنند. اما آنها معمولاً در حد میکرومتر دقت بالایی دارند (این میزان برابر با دقت یک سی هزارم اینچ است) و برای مقیاس‌های نانومتری که تراشه‌های امروزی در آن ساخته می‌شوند، مناسب نیستند.

فوتولیتوگرافی با رفع نیاز به حرکت دقیق ماشین آلات پیچیده، این مسئله را حل می‌کند. در این روش از نور برای حک کردن تصویر بر روی تراشه استفاده می‌کنند. آنها مانند یک پروژکتور سقفی قدیمی، اما برعکس عمل می‌کنند و شابلون یا طرح مورد نظر را با اندازه دقت دلخواه کوچک می‌کند.

این تصویر بر روی یک قطعه سیلیکونی که با دقت بسیار بالایی که در آزمایشگاه‌های کنترل شده تولید می شود (زیرا هر لکه گرد و غبار موجود در قطعه سیلیکونی می‌تواند به معنای از دست دادن هزاران دلار می‌باشد) انداخته می‌شود. قطعه سیلیکونی با ماده‌ای که مقاوم در برابر نور است پوشانده می‌شود. بعد از انجام عملیات چاپ طرح بر روی قطعه سیلیکونی،قطعه شسته می‌شود و در نتیجه یک قسمت حکاکی شده از CPU ایجاد می‌شود که می تواند با مس پر شود یا اینکه آماده برای تشکیل ترانزیستور شود. این فرایند بارها تکرار می‌شود. ساخت پردازنده (CPU) دقیقاً مانند روش ساخت یک چاپگر سه بعدی در لایه‌های پلاستیکی است.

بسته‌بندی پردازنده (CPU)

بسته‌بندی CPU جهت استفاده مصرف کننده چیزی فراتر از قرار دادن آن در یک جعبه با مقداری پلی استر است. وقتی مراحل تولید پردازنده به پایان رسید، هنوز بی مصرف است مگر اینکه بتواند به بقیه سیستم متصل شود. فرآیند بسته‌بندی به روشی اطلاق می‌شود که قالب سیلیکونی ظریف به PCB متصل شود که بیشتر مردم آن را CPU تصور می‌کنند.

این فرایند به دقت زیادی نیاز دارد‌، اما به اندازه مراحل قبلی نیست. قالب پردازنده به یک صفحه سیلیکونی نصب می‌شود. سپس اتصالات الکتریکی به تمام پایه‌هایی که با مادربرد تماس دارند، متصل می‌شوند. پردازنده‌های مدرن می‌توانند هزاران پین داشته باشند مانند پردازنده پیشرفته AMD Threadripper که دارای 4094 پین است.

از آنجا که CPU گرمای زیادی تولید می‌کند، یک “پخش کننده گرما یکپارچه” در قسمت بالای آن نصب می‌شود. این موضوع باعث تماس پردازنده با قالب می‌شود و گرما را به یک خنک کننده که در قسمت بالا نصب شده منتقل می‌کند. برای برخی از علاقه‌مندان، خمیر حرارتی که برای ایجاد این اتصال استفاده می‌شود به اندازه کافی خوب نیست. به همین دلیل مردم ترغیب به استفاده از یک راه حل برتر ‌می‌شوند.

هنگامی که همه چیز با هم سرهم شد، می‌توان آن را در جعبه‌های واقعی بسته‌بندی کرد. سپس آن را در قفسه‌ها برای فروش قرار داد و بعد آنها را بر روی رایانه‌های شخصی جهت استفاده از آنها مونتاژ کرد. با این حد از پیچیدگی در ساخت، جای تعجب است که بیشتر پردازنده‌های مرکزی فقط چند صد دلار قیمت دارند.