El procesador es el cerebro de toda computadora y Showmetech ha preparado un artículo que explica cómo se fabrican estas importantes y complejas partes.
Encapsulación y definición del modelo
La importancia de los procesadores en la mayoría de los dispositivos electrónicos que usamos en nuestra vida diaria es bien conocida y, aunque todos hemos escuchado el nombre de la pieza, a menudo sabemos muy poco sobre su desarrollo y uso instalado en el dispositivo superior.
Con eso en mente, Somi Technology ha preparado este espectáculo especial que explica cómo se producen los procesadores, desde su función hasta su proceso de creación y fabricación. Controlar:
¿Cuál es el papel del procesador?
Responda objetivamente, o Un procesador es el componente de una computadora que ejecuta las instrucciones y tareas que hacen que el dispositivo funcione Es responsable de procesar datos y ejecutar instrucciones de software, como computar, almacenar y recuperar información.
En otras palabras, el procesador es el cerebro de la computadora, realiza algunas funciones computacionales básicas y permite que ocurran múltiples actividades simultáneamente. Esta parte se encarga de procesar los datos recibidos en formato binario 0 y 1 e interpretarlos según las instrucciones almacenadas en su memoria interna.
En el pasado, los procesadores tenían un solo núcleo. Hoy, sin embargo, pueden tener múltiples núcleos para procesar de manera más eficiente múltiples entradas simultáneamente. Por ejemplo, existen procesadores de doble núcleo (2 núcleos), de cuatro núcleos (4 núcleos) e incluso procesadores como el AMD Ryzen Threadripper 3970X de 32 núcleos en equipos de alto rendimiento.
Por lo tanto, una computadora puede realizar múltiples tareas al mismo tiempo, por ejemplo, puede editar texto en un programa, escuchar música y navegar por Internet en otro programa. Este concepto también se aplica a los videojuegos modernos, que manejan no solo el juego en sí, sino también la interfaz del menú de la consola, las transmisiones y otros recursos.
La importancia del silicio
Seguro que has oído hablar de Silicon Valley y sabes que los materiales son importantes para varios componentes en el mundo tecnológico, pero ¿te has parado a pensar por qué? El silicio se utiliza como componente principal de la silicona, el vidrio, el cemento, la cerámica, y la razón de su uso masivo en varios campos es precisamente su alta disponibilidad, ya que se considera el segundo elemento más encontrado en la superficie terrestre, después del oxígeno. .
La razón por la que el silicio es tan importante en la industria tecnológica tiene que ver con los transistores, que amplifican o impiden el flujo de electricidad, dependiendo de cómo estén configurados en un circuito.
Toda la base de nuestra tecnología moderna nació en 1947 con John Bardeen y Walter House Brittain en Bell Telephone , que a su vez se fabricó con silicio.
Además de sus propiedades y disponibilidad, el silicio se considera un elemento fácil de usar, y los científicos han encontrado formas de convertirlo en cristales perfectamente ordenados, produciendo cristales de silicio casi perfectos que se pueden cortar en pequeñas cuchillas. Conocido como un oblea , es la base para hacer chips de computadora.
Fabricación de procesadores
Como se mencionó anteriormente, la oblea de silicio es muy importante: es el componente básico para crear cualquier chip de procesador. Además, la producción en una ubicación totalmente controlada es muy importante, ya que debe estar compuesta por un 99,9999 % de silicio puro y requiere un proceso costoso y complejo para su fabricación, con un costo de más de $20 por oblea de 30 cm Intel .
A continuación, se mostrará la fabricación de transistores individuales, ya que no es posible mostrar pedagógicamente la construcción de todos los procesos al mismo tiempo. Sin embargo, la tecnología para construir el procesador Core 2 Duo implica construir 29.100 millones de estos transistores.
La primera parte del proceso consiste en oxidar la oblea (1), convirtiéndola en dióxido de silicio (2), por lo que esta superficie se convierte en la base para construir los transistores que componen el procesador. A continuación, se aplica una capa de material fotosensible (3) y un proceso fotolitográfico consiste en emitir luz ultravioleta en ciertas áreas de la superficie; el patrón será diferente para cada procesador debido a los diferentes diseños.
Después de la exposición en fotolitografía, la pieza se transforma en una sustancia similar a un gel, que se elimina mediante un baño químico, dejando el área expuesta con una capa de dióxido de silicio y otras áreas aún cubiertas por la capa fotosensible restante (4). El siguiente paso es un nuevo baño químico de diferentes compuestos para eliminar la parte desprotegida del dióxido de silicio, dejando solo la capa fotolitográfica superior (5), y finalmente se elimina el resto de la parte fotosensible, quedando solo la parte que se diseñó en el estructura capa de dióxido de silicio requerida.
Hasta ahora, la capa de transistores ha sido fabricada. Sin embargo, por lo general, un transistor tiene múltiples capas dependiendo de su complejidad, así que comience a construir su segunda capa (7), nuevamente cubierta por dióxido de silicio y mantenga el diseño anterior debajo. El procesado de las imágenes de los textos 8, 9, 10 y 11 repite el proceso anterior, aplicando la capa fotosensible y retirándola mediante un baño químico, dejando la sílice necesaria.
En medio del proceso, hay un paso de introducción de impurezas (12), que son iones. Será necesario que el silicio de la oblea se convierta en un material conductor, y estos iones se pegarán solo en las capas que estuvieron expuestas a la capa de dióxido de silicio en el proceso anterior. El siguiente paso es aplicar una tercera capa utilizando el mismo concepto anterior en las imágenes 13, 14, 15 y 16.
Al final, el proceso casi completa una estructura bien diseñada después de la tercera capa. A continuación, se aplica una fina capa metálica (17) de tan solo 3 átomos de espesor mediante técnicas avanzadas y, por último, se vuelve a realizar un proceso de fotolitografía para eliminar las partes no deseadas al final del proceso (18).
Todos estos complejos procesos se realizan simultáneamente para los miles de transistores que conformarán la estructura interna de nuestros procesadores, y en producción real, las máscaras utilizadas contienen todos los componentes del procesador y su estructura de capas, y en la tarea final, el procesamiento El implementador se hará cargo de toda su complejidad.
Miniaturización
Gracias a la nanotecnología, la industria tecnológica ha logrado aumentar la capacidad de los procesadores sin aumentar su tamaño físico. La nanotecnología es una rama de la ciencia que se enfoca en objetos de tamaño nanométrico. Un nanómetro es una millonésima de milímetro y una micra es una milésima de milímetro.
Con la nanotecnología, los transistores de un chip se pueden hacer cada vez más pequeños. Por ejemplo, el procesador Intel 486 tiene unos 10.000 transistores de aproximadamente 1 micrón de tamaño. Los últimos procesadores, como el Intel Core 2 Duo, tienen aproximadamente 29.100 millones de transistores y se fabrican en 0,045 micras (45 nanómetros).
La industria de la tecnología se enfrentará a límites físicos que harán imposible reducir aún más los transistores ya formados a partir de unos pocos átomos. Sin embargo, ya se están realizando investigaciones para encontrar una solución a este problema. Uno de ellos es la computación cuántica, que no solo supera las limitaciones físicas de los procesadores clásicos, sino que podría revolucionar la informática en su conjunto.
Encapsulación y definición del modelo
Una vez que se completa la litografía y la construcción del procesador, cada parte se prueba utilizando sondas eléctricas que encienden cada núcleo. Luego, la oblea se empacará en un proceso llamado " corte en cubitos " para empaquetar cada procesador con una etiqueta y un modelo y serie diferente.
Es curioso que, en general, fabricantes como AMD e Intel mantengan una línea de producción para cada procesador y se refieran a la diferencia entre ellos como Core Duo 2.4 GHz y Core Duo 2.96 GHz debido a posibles variaciones en la línea de producción. Luego, se realiza un proceso de identificación de estas diferencias para adaptar cada procesador a una identidad con su propia especificación.
De esta manera, el procesador finalmente se completa. ¿Encontraste divertido el proceso? ¡Dinos en los comentarios!