كيف يتم إنتاج المعالجات؟

سمعنا الكثير عن أهمية المعالجات في معظم المعدات الإلكترونية التي نستخدمها في حياتنا اليومية - وبقدر ما سمعنا جميعًا باسم هذه القطعة ، فمن الشائع أن لدينا القليل من المعرفة حول كيفية تطويرها و مثبتة على الأجهزة.

بالتفكير في الأمر ، فإن شوميتيك أعد هذا خاصًا يشرح كيفية إنتاج المعالجات - موضحًا من وظائفها إلى عملية الإنشاء والتصنيع. الدفع:

شاهد الفيديو على قناة Showmetech:

ما هي وظيفة المعالج؟

في إجابة موضوعية ، o المعالج هو أحد مكونات الكمبيوتر الذي ينفذ التعليمات والمهام التي تجعل الجهاز يعمل. وهي مسؤولة عن معالجة البيانات وتنفيذ تعليمات البرامج ، مثل حساب المعلومات وتخزينها وجلبها.

بمعنى آخر ، المعالج هو المكافئ للدماغ البشري في الكمبيوتر ، حيث سيؤدي عدة وظائف أساسية للعملية ويسمح للعديد من الأنشطة بالحدوث في وقت واحد. الجزء مسؤول عن معالجة البيانات الواردة في التنسيق الثنائي 0 و 1 ، ويفسرها بناءً على التعليمات المخزنة في ذاكرته الداخلية.

في الماضي ، كان للمعالجات نواة واحدة فقط. اليوم ، ومع ذلك ، يمكن أن يكون لديهم نوى متعددة للتعامل بشكل أكثر كفاءة مع واردة متعددة في وقت واحد. على سبيل المثال ، هناك معالجات ثنائي النواة (2 النوى) ، رباعية النوى (4 مراكز) ، وحتى المعالجات التي تحتوي على 32 مركزًا مثل AMD Ryzen Threadripper 3970X على أجهزة الكمبيوتر عالية الأداء.

وبالتالي ، يمكن للكمبيوتر أداء عدة مهام في نفس الوقت ، مما يسمح لك ، على سبيل المثال ، بتحرير نص في أحد البرامج ، والاستماع إلى الموسيقى في برنامج آخر ، وتصفح الإنترنت. ينطبق المفهوم أيضًا على ألعاب الفيديو الحديثة ، التي لا تعالج اللعبة نفسها فحسب ، بل تعالج أيضًا واجهات قائمة وحدات التحكم ، متدفق وغيرها من الموارد.

أهمية السيليكون

لقد سمعت بالتأكيد عن وادي السيليكون وأنت تعلم أن المادة مهمة للعديد من المكونات في عالم التكنولوجيا ، لكن هل توقفت عن التفكير في السبب؟ يستخدم السيليكون كعنصر رئيسي في السيليكون والزجاج والأسمنت والسيراميك ، والسبب في كثرة استخدامه في عدة مجالات هو على وجه التحديد توافره العالي ، حيث يعتبر ثاني أكثر العناصر الموجودة على سطح الأرض ، بعد الأكسجين فقط.

في صناعة التكنولوجيا ، يرتبط سبب أهمية السيليكون بالترانزستورات ، وهي قطعة لها وظيفة تضخيم التيار الكهربائي أو إعاقة مروره ، اعتمادًا على تكوينه في الدائرة.

وُلد الأساس الكامل لتقنيتنا الحديثة في مفهوم الترانزستور الذي ابتكره جون باردين ووالتر هاوس بريتان في عام 1947 في مختبرات هاتف بيل وهذا الجهاز بدوره مصنوع من السيليكون.

بالإضافة إلى خصائصه وتوافره ، يعتبر السيليكون عنصرًا سهلًا للعمل معه ، وقد اكتشف العلماء طرقًا لتنميته إلى بلورات مرتبة تمامًا ، مع إنتاج بلورات السيليكون المثالية تقريبًا ، مقطعة إلى شفرات صغيرة تعرف باسم رقائق، كونها أساسية لتصنيع رقائق الكمبيوتر.

تصنيع المعالجات

كما ذكر أعلاه ، فإن رقاقة السيليكون مهم للغاية - فهو المكون الأساسي لإنشاء أي شريحة معالج. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم للغاية أن يتم إنتاجه في مكان يتم التحكم فيه تمامًا ، حيث يجب أن يتكون من 99,9999٪ من السيليكون النقي ، مما يتطلب عملية مكلفة ومعقدة - مع كل منها رقاقة 30 سنتمتراً بتكلفة تزيد عن 20 ألف دولار أمريكي لشركات مثل إنتل.

بعد ذلك ، سيتم تمثيل عملية تصنيع الترانزستور الفردي ، لأنه من المستحيل تمثيل بناء جميع الإجراءات في وقت واحد بشكل تعليمي. ومع ذلك ، فإن تقنية بناء المعالج 2 كور ديو يتضمن بناء 291 مليون من هذه الترانزستورات.

يتكون الجزء الأول من العملية من أكسدة الطبقة العليا من رقاقة (1) ، وتحويله إلى ثاني أكسيد السيليكون (2) ، ومن هنا ، سيكون هذا السطح هو الأساس لبناء الترانزستور الذي سيؤلف المعالج. بعد ذلك ، سيتم تطبيق طبقة من المواد الحساسة للضوء (3) وسيتم تنفيذ عملية الطباعة الحجرية ، والتي تتكون من إصدار ضوء فوق بنفسجي في بعض مناطق السطح - يختلف هذا النمط لكل معالج بسبب التصميم الذي يمكن الحصول عليها.

بعد التعرض للضوء في الطباعة الحجرية ، ستتحول الأجزاء إلى مادة هلامية سيتم إزالتها بواسطة حمام كيميائي ، وتبقى طبقات المناطق المكشوفة من ثاني أكسيد السيليكون والأجزاء الأخرى التي تظل مغطاة بالطبقة الحساسة للضوء المتبقية (4). الخطوة التالية هي حمام كيميائي جديد لمركبات مختلفة لإزالة الأجزاء غير المحمية من ثاني أكسيد السيليكون ، تاركًا فقط ما يحتوي على الطبقة التي مرت بالطباعة الحجرية في الأعلى (5) ، وأخيرًا ، تتم إزالة الجزء الحساس المتبقي ، ويبقى فقط الجزء الحساس للضوء. طبقة من ثاني أكسيد السيليكون لازمة في تصميم الهيكل.

في هذه العملية حتى الآن ، تم صنع طبقة ترانزستور. ومع ذلك ، عادةً ما يحتوي الترانزستور على عدة طبقات اعتمادًا على مدى تعقيده ، لذلك يبدأ بناء الطبقة الثانية (7) ، حيث يتم تغطيتها مرة أخرى بثاني أكسيد السيليكون والحفاظ على التصميم الذي تم إنشاؤه سابقًا تحتها. تتكرر العملية السابقة لعمليات الصور في النص في 8 و 9 و 10 و 11 مع تطبيق الطبقة الحساسة للضوء والإزالة بالحمام الكيميائي ، مع بقاء ثاني أكسيد السيليكون اللازم.

في منتصف هذه العملية ، هناك خطوة لإدخال الشوائب (12) ، وهي الأيونات. سيكون هذا ضروريًا لـ رقاقة من السيليكون يصبح مادة موصلة وهذه الأيونات سوف تلتصق فقط في الطبقة المعرضة في العملية السابقة لطبقات ثاني أكسيد السيليكون. الخطوة التالية هي تطبيق طبقة ثالثة باستخدام نفس المفاهيم السابقة في الصور 13 و 14 و 15 و 16.

أخيرًا ، تنتهي العملية تقريبًا بعد الطبقة الثالثة ببنية معقدة. ثم يتم تطبيق طبقة رقيقة من المعدن بتقنية متقدمة بسمك 3 ذرات فقط (17) ، وختامًا ، تتم عملية الطباعة الحجرية مرة أخرى لإزالة الأجزاء غير المرغوب فيها في نهاية العملية (18).

يتم تنفيذ كل هذه العملية المعقدة في وقت واحد لآلاف الترانزستورات التي ستؤلف الهيكل الداخلي لمعالجنا ، وفي الإنتاج الحقيقي ، يتم استخدام الأقنعة التي تحتوي على جميع مكونات المعالج مع بناء طبقاتها ، وفي نهاية المهمة ، سيكون المعالج كاملًا بكل تعقيداته.

تصغير

تمكنت صناعة التكنولوجيا من زيادة قدرة المعالجات دون زيادة حجمها المادي ، وذلك بفضل تقنية النانو. تقنية النانو هي فرع من فروع العلم يركز على العناصر ذات الحجم النانوي. النانومتر يساوي واحدًا من المليون من المليمتر ، في حين أن أ ميكرون يساوي واحدًا من الألف من المليمتر.

بمساعدة تقنية النانو ، يمكن جعل الترانزستورات الموجودة على الرقائق أصغر وأصغر. على سبيل المثال ، المعالج إنتل 486 كان حجمها حوالي مليون ترانزستور حوالي 1 ميكرون. أحدث المعالجات مثل إنتل كور ديو 2، لديها ما يقرب من 291 مليون ترانزستور مع تكنولوجيا تصنيع 0,045 ميكرون (45 نانومتر).

ستواجه صناعة التكنولوجيا حدًا ماديًا ، حيث سيكون من المستحيل زيادة تقليل الترانزستورات ، والتي سيتم تشكيلها بالفعل من قبل عدد قليل من الذرات. ومع ذلك ، هناك بالفعل بحث يتم إجراؤه لإيجاد حل لهذه المشكلة. إحداها هي الحوسبة الكمومية ، التي لا تتغلب فقط على الحدود المادية للمعالجات الكلاسيكية ، بل يمكنها أيضًا إحداث ثورة في الحوسبة ككل.

تغليف وتعريف النماذج

بمجرد اكتمال عملية الطباعة الحجرية وبناء المعالج ، سيتم اختبار كل جزء باستخدام مجسات كهربائية ، مما يسمح بتنشيط كل نواة. ا رقاقة ثم سيتم قطعه في عملية تعرف باسم "لعب النرد"أن يتم تغليف كل معالج بملصق ونماذج وعائلات مختلفة.

الفضول هو أنه بشكل عام ، مثل الشركات المصنعة AMD e إنتل الحفاظ على خط إنتاج لكل معالج واختلافاتهم بينهم كملف ثنائي النواة 2.4 جيجا هرتز و a ثنائي النواة 2.96 جيجاهرتز يرجع إلى الاختلافات التي يمكن أن تحدث في خط الإنتاج. بعد ذلك ، يتم تنفيذ عملية تحديد هذه الاختلافات لتكييف كل معالج مع تعريف بمواصفاته الخاصة.

وبهذا يكون المعالج قد انتهى أخيرًا. هل وجدت العملية ممتعة؟ قل لنا في التعليقات!

تدقيق النص بواسطة: داسيو كاستيلو برانكو

انظر أيضا

كيفية تتبع نشاط الاتصال على WhatsApp

مصدر: أجهزة التبخير, أشباه الموصلات: الأساسيات والتقنيات والتطبيقات e تنظيم الكمبيوتر وتصميمه: واجهة الأجهزة / البرامج.