Как делают процессоры

Использование ресурса транзисторов в микросхемах процессоров

Глава 33. О многоядерности процессоров

Использование ресурса транзисторов в микросхемах процессоров

Тот фантастический темп, в котором идет развитие всей микроэлектронной промышленности и компьютерной отрасли, был предсказан почти полвека назад, в 1965 году (всего лишь через шесть лет после изобретения интегральной микросхемы) Гордоном Муром. Мур предсказал, что число транзисторов в одном кристалле будет удваиваться примерно каждые два года.

На рис. 33.1 приведен график изменения технологических процессов изготовления микросхем начиная с 2000 года.

 

Рис. 33.1. График изменения технологических процессов изготовления микросхем

 

В 2014 г. фирма Intel анонсировала выпуск процессоров с использованием 14 нм технологического процесса. Для сравнения: ширина атома углерода составляет 0,34 нанометра. Благодаря свойствам новых технологических процессов удалось преодолеть барьер частоты процессора в 4 гигагерца с учетом допустимой энергоэффективности.

Почему цифровые значения технологических процессов изменяются таким, на первый взгляд, загадочным образом? Если сравнить их, то можно увидеть, что отношения соседних значений это примерно 1,4, т.е. линейные размеры объектов в каждом новом технологическом процессе уменьшаются в 1.4 раза (под объектом часто имеют в виду транзистор). А площадь, занимаемая одним объектом, уменьшается в 2 раза. Отсюда следует, что при использовании нового технологического процесса на той же площади полупроводникового кристалла можно поместить удвоенное количество объектов.

На примере истории развития процессоров для персональных компьютеров фирмы Intel можно кратко рассмотреть, каким образом разработчики процессоров использовали ресурс транзисторов в одном кристалле.

В 1985 г. был выпущен процессор 80386. В микросхеме процессора размещалось примерно 300000 транзисторов. Так как этого количества транзисторов было недостаточно для реализации всех компонентов процессора в одной микросхеме, то процессор состоял из трех основных микросхем: процессора, математического сопроцессора, кэш-памяти.

В 1989 г. был выпущен процессор 80486. В одной микросхеме размещалось около 1.2 млн. транзисторов. Этот ресурс транзисторов использовали следующим образом:

в одной микросхеме расположили все три основных компонента – процессор, математический сопроцессор, кэш-память;

увеличили степень конвейеризации;

увеличили объем кэш-памяти и ряд других усовершенствований.

В 1993 г. был выпущен первый процессор семейства Pentium. В одной микросхеме при этом располагалось около 5 млн.

транзисторов. В этом процессоре появились суперскалярность, увеличенное количество специализированных функциональных устройств, усложненная структура управления и т.п.

В 2000 г. был выпущен процессор Pentium 4. В одной микросхеме располагалось уже несколько десятков миллионов транзисторов. Как же они расходовались? Увеличилась степень конвейеризации, совершенствовалась супескалярность, подсистема кэш-памяти и ее объем, расширен набор SIMD-команд, введены новые форматы данных.

2005 г. В распоряжении разработчиков в одной микросхеме уже имелось свыше 50 млн. транзисторов. Возникает вопрос, а что еще можно реализовать, чтобы увеличить производительность отдельно взятого процессора? Практически все разработанные ранее механизмы увеличения производительности уже реализованы. Дальнейшее увеличение степени конвейеризации, суперскалярности, объемов и структуры кэш-памяти не дают ожидаемого эффекта при существенном усложнении структуры, увеличении затрат и потребляемой энергии.

Увеличение частоты.Одновременно с совершенствованием структуры процессоров и освоением новых технологических процессов увеличивалось быстродействие микросхем и частота работы процессоров. Если бы удалось все задержки в компьютере уменьшить в к раз, то это привело бы к увеличению быстродействия в примерно в такое же число раз.

За последние (20–25) лет были достигнуты огромные успехи в создании быстродействующей элементной базы и соответствующих методов монтажа. Ожидается дальнейший прогресс, основанный на использовании новых технологий и снижения размеров устройств.

Для примера, первый процессор семейства Pentium работал на частоте 100 МГц, а процессор Pentium 4 – на частоте свыше 3 ГГц. Увеличение частоты не менее чем в 30 раз.

В 2000 г. фирма Intel обещала довести к 2010 г. рабочую частоту своих процессоров до 10 ГГц.

Однако эти прогнозы не оправдались из-за ряда ограничений, прежде всего из-за проблемы отвода выделяемого тепла

В настоящее время разработаны и массово производятся процессоры, работающие с частотами в диапазоне (3 – 4) ГГц. Уникальные виды процессоров работают с частотами 5 ГГц. Дальнейшее повышение частоты при использовании существующих технологий нецелесообразно.

 

 

Выводы

1. Начиная с середины 2000-х годов разработчики высокопроизводительных процессоров имеют в своем распоряжении микросхемы с сотнями миллионов транзисторов.

2. Дальнейшее повышение частоты работы процессоров свыше (3-4) ГГц становится нецелесообразным из-за проблем с отводом тепла.

3. В структуре процессоров, реализованных в одной микросхеме, использованы практически все известные методы увеличения производительности.

4. Дальнейшее экстенсивное развитие процессоров (наращивание количественных показателей, типа: ступеней конвейеризации, суперскалярности, количества специализированных функциональных устройств, структуры и объемов кэш-памяти и т.п.) не дают должного эффекта.

5. При переходе на новые технологические процессы в одном процессоре удается повысить производительность на (10-15) % при сохранении частоты работы и потребляемой энергии.

6. Разработчики процессоров столкнулись с парадоксом – в распоряжении появляются реальные ресурсы в виде удвоенного количества транзисторов примерно каждые два года, а вот эффективно их использовать и существенно увеличить производительность одного отдельно взятого процессора не удается.

7. Основная задача, которая ставится при конструировании современных процессоров, — достижение не просто максимально возможной производительности любыми средствами, а высокого уровня производительности при обеспечении энергопотребления на приемлемом уровне.

 

 

12345


Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 400;


ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Производство процессоров

Это базовый компонент, из которого состоит прибрежный песок (кремниевый диоксид); однако в таком виде он не подходит для производства микросхем. Чтобы использовать кремний в качестве материала для изготовления микросхемы, необходим длительный технологический процесс, который начинается с получения кристаллов чистого кремния по методу Жокральски (Czochralski). По этой технологии сырье, в качестве которого используется в основном кварцевая порода, преобразуется в электродуговых печах в металлургический кремний. Затем для удаления примесей полученный кремний плавится, дистиллируется и кристаллизуется в виде полупроводниковых слитков с очень высокой степенью чистоты (99,999 999%). После механической нарезки слитков полученные заготовки загружаются в кварцевые тигли и помещаются в электрические сушильные печи для вытяжки кристаллов, где плавятся при температуре более 2 500° по Фаренгейту. Для того чтобы предотвратить образование примесей, сушильные печи обычно устанавливаются на толстом бетонном основании. Бетонное основание, в свою очередь, устанавливается на амортизаторах, что позволяет значительно уменьшить вибрацию, которая может негативно сказаться на формировании кристалла. Как только заготовка начинает плавиться, в расплавленный кремний помещается небольшой, медленно вращающийся затравочный кристалл (рис. 3.3). По мере удаления затравочного кристалла от поверхности расплава вслед за ним вытягиваются кремниевые нити, которые, затвердевая, образуют кристаллическую структуру. Изменяя скорость перемещения затравочного кристалла (10-40 мм в час) и температуру (примерно 2 500° по Фаренгейту), получаем кристалл кремния малого начального диаметра, который затем наращивается до нужной величины. В зависимости от размеров изготавливаемых микросхем, выращенный кристалл достигает 8-12 дюймов (20-30 мм) в диаметре и 5 футов (около 1,5 м) в длину. Вес выращенного кристалла достигает нескольких сотен фунтов. Кристалл Единичный кремниевый кристалл Кварцевый кристаллизатор Водяная охлаждающая камера Теплозащитный кожух Угольный нагреватель Графитовый кристаллизатор Поддерживающий кристаллизатор Лоток для сбора жидкости Электрод Цилиндрическая кремниевая заготовка создается при большой температуре и высоком давлении Заготовка вставляется в цилиндр диаметром 200 мм (или 300 мм), часто с плоской вырезкой на одной стороне для точности позиционирования и обработки. Затем каждая заготовка разрезается алмазной пилой более чем на тысячу круговых подложек толщиной менее миллиметра (рис. 3.4). После этого подложка полируется до тех пор, пока ее поверхность не станет зеркально гладкой. Защитный кожух Лезвие алмазной пилы При изготовлении процессора заготовка разрезается алмазной пилой более чем на тысячу круговых подложек В производстве микросхем используется процесс, называемый фотолитографией. Технология этого процесса такова: на полупроводник, служащий основой чипа, один за другим наносятся слои разных материалов; таким образом создаются транзисторы, электронные схемы и проводники (дорожки), по которым распространяются сигналы. В точках пересечения специфических схем можно создать транзистор или переключатель (вентиль). Фотолитографический процесс начинается с покрытия подложки слоем полупроводника со специальными добавками, затем этот слой покрывается фоторезистивным химическим составом, а после этого изображение микросхемы проектируется на ставшую теперь светочувствительной поверхность. В результате добавления к кремнию (который, естественно, является диэлектриком) донорных примесей получается полупроводник. Проектор использует специальный фотошаблон (маску), который является, по сути, картой данного конкретного слоя микросхемы. (Микросхема процессора Pentium III содержит пять слоев; другие современные процессоры могут иметь шесть или больше слоев. При разработке нового процессора потребуется спроектировать фотошаблон для каждого слоя микросхемы.) Проходя через первый фотошаблон, свет фокусируется на поверхности подложки, оставляя отпечаток изображения этого слоя. (Каждое изображение на микросхеме называется кристаллом.) Затем специальное устройство несколько перемещает подложку, а тот же фотошаблон (маска) используется для печати следующей микросхемы. После того как микросхемы будут отпечатаны на всей подложке, едкая щелочь смоет те области, где свет воздействовал на фоторезистивное вещество, оставляя отпечатки фотошаблона (маски) конкретного слоя микросхемы и межслойные соединения (соединения между слоями), а также пути прохождения сигналов. После этого на подложку наносится другой слой полупроводника и вновь немного фоторезистивного вещества поверх него, затем используется следующий фотошаблон (маска) для создания очередного слоя микросхемы. Таким способом слои наносятся один поверх другого до тех пор, пока не будет полностью изготовлена микросхема. Финальная маска добавляет так называемый слой металлизации, используемый для соединения всех транзисторов и других компонентов. В большинстве микросхем для этого слоя используют алюминий, но в последнее время стали использовать медь. Первые коммерчески выпускаемые процессоры по 0,18-микронной технологии с медной монтажной схемой произведены компанией AMD на заводе в Дрездене, в то время как “медные” процессоры Pentium 4 с ядром Northwood создавались уже по 0,13-микронной технологии. Медь является лучшим токопроводящим проводником, чем алюминий, и позволяет создавать меньшие по размеру межкомпонентные соединения, обладающие более низким сопротивлением, благодаря чему становится возможной разработка более быстродействующих процессоров с уменьшенным кристаллом. Медь стала применяться лишь сравнительно недавно из-за проблем с коррозией этого металла в производственном цикле, что не характерно для алюминиевых схем. Поскольку было найдено эффективное решение подобных проблем, все больше процессоров создаются на основе медных проводников. Замечание В микросхемах Pentium III и Celeron, содержащих ‘‘медный’’ (coppermine) кристалл (coppermine — кодовое имя 0,18-микронного кристалла), используется алюминиевая, но никак не медная схема соединений, как может показаться из его названия. Оказывается, что название микросхемы никакого отношения к меди не имеет; она была названа в честь реки Coppermine, которая протекает в северо-западной части Канады. Компания Intel испытывает определенную симпатию к рекам (и другим геологическим структурам), расположенным в северо-западной части североамериканского континента, поэтому часто использует их в качестве кодовых имен. Например, предыдущая версия процессора Pentium III (0,25-микронный кристалл) имеет кодовое имя Katmai (одна из рек штата Аляска). Кодовые имена существующих процессоров Intel напоминают дорожные заметки путешественника на плотах: Deerfield, Foster, Northwood, Tualatin, Gallatin, McKinley и Madison — это названия рек штатов Орегон, Калифорния, Аляска, Монтана, Массачусетс и Вермонт. Сегодня все большую популярность приобретает технология SOI (silicon on insulator — кремний на изоляторе). Она приходит на смену классической технологии CMOS. Компания AMD применяет технологию SOI при производстве 90-нанометровых (0,09-микронных) процессоров. Ожидается, что технология SOI, которая обеспечивает большую степень изоляции по сравнению со CMOS, будет становиться все более и более популярной.

Когда обработка круговой подложки завершится, на ней будет фотоспособом отпечатано максимально возможное количество микросхем. Микросхема обычно имеет форму квадрата или прямоугольника, по краям подложки остаются некоторые “свободные” участки, хотя производители стараются использовать каждый квадратный миллиметр поверхности. Промышленность переживает очередной переходный период в производстве микросхем. В последнее время наблюдается тенденция к увеличению диаметра подложки и уменьшению общих размеров кристалла, что выражается в уменьшении габаритов отдельных схем и транзисторов, а также расстояния между ними (рис. 3.5). В конце 2001 и начале 2002 года произошел переход с 0,18- на 0,13-микронную технологию, вместо алюминиевых межкристальных соединений начали использовать медные, при этом диаметр подложки увеличился с 200 мм (8 дюймов) до 300 мм (12 дюймов). Увеличение диаметра подложки до 300 мм позволяет удвоить количество изготавливаемых микросхем. Использование 0,13-микронной технологии дает возможность разместить на кристалле больше транзисторов при сохранении его приемлемых размеров и удовлетворительного процента выхода годных изделий. Это сохраняет тенденцию увеличения объемов кэш-памяти, встраиваемой в кристалл процессора. Предполагается, что к 2010 году количество транзисторов, расположенных в каждой микросхеме, достигнет миллиарда. В качестве примера того, как это может повлиять на параметры определенной микросхемы, рассмотрим процессор Pentium 4. Диаметр стандартной подложки, используемой в полупроводниковой промышленности в течение уже многих лет, равен 200 мм или приблизительно 8 дюймов. Таким образом, площадь подложки достигает 31 416 мм2. Первая версия процессора Pentium 4, изготовленного на 200-миллиметровой подложке, содержала в себе ядро Willamette, созданное на основе 0,18-микронной технологии с алюминиевыми контактными соединениями, расположенными на кристалле площадью около 217 мм2. Процессор содержал 42 млн. транзисторов. На 200-миллиметровой (8-дюймовой) подложке могло разместиться до 145 подобных микросхем. Рис. 3.5. Подложка диаметром 200 мм процессоров Pentium 4, созданных по 0,13-микронной технологии Более современные процессоры Pentium 4 с ядром Northwood, созданные по 0,13-микронной технологии, содержат медную монтажную схему, расположенную на кристалле площадью 131 мм2. Этот процессор содержит уже 55 млн. транзисторов. По сравнению с версией Willamette ядро Northwood имеет удвоенный объем встроенной кэш-памяти второго уровня (512 Кбайт), что объясняет более высокое количество содержащихся транзисторов. Использование 0,13-микронной технологии позволяет уменьшить размеры кристалла примерно на 60%, что дает возможность разместить на той же 200-миллиметровой (8-дюймовой) подложке до 240 микросхем. Как вы помните, на этой подложке могло разместиться только 145 кристаллов Willamette. В начале 2002 года Intel приступила к производству кристаллов Northwood на большей, 300-миллиметровой подложке площадью 70 686 мм2. Площадь этой подложки в 2,25 раза превышает площадь 200-миллиметровой подложки, что позволяет практически удвоить количество микросхем, размещаемых на ней.

Если говорить о процессоре Pentium 4 Northwood, то на 300-миллиметровой подложке можно разместить до 540 микросхем. Использование современной 0,13-микронной технологии в сочетании с подложкой большего диаметра позволило более чем в 3,7 раза увеличить выпуск процессоров Pentium 4. Во многом благодаря этому современные микросхемы зачастую имеют более низкую стоимость, чем микросхемы предыдущих версий.

В 2004 году начался переход к 90-нанометровому (0,09-микронному) технологическому процессу, что позволило создавать более быстродействующие микросхемы меньшего размера. Основная часть процессоров, выпущенных в 2005 году, была произведена именно с использованием данного процесса. В 2006 году подобная тенденция сохранилась. (Уже во втором квартале 2006 года Intel начала поставки процессоров на ядре Presler, выпущенных по 0,065-микронной технологии. — Примеч. ред.) В 2007 году планируется массовый переход к 65-нанометровому технологическому процессу, а в 2010 году ожидается внедрение 45-нанометрового процесса, а значит, возможно появление процессоров, содержащих более одного миллиарда транзисторов! Все эти процессоры создаются с использованием 300-миллиметровых пластин, так как переход к использованию 450-миллиметровых пластин ожидается не ранее 2013 года. Сведения об изменении технологических процессов, применяемых при производстве процессоров. При вводе новой производственной линии не все микросхемы на подложке будут годными. Но по мере совершенствования технологии производства данной микросхемы возрастет и процент годных (работающих) микросхем, который называется выходом годных. В начале выпуска новой продукции выход годных может быть ниже 50%, однако ко времени, когда выпуск продукта данного типа прекращается, он составляет уже 90%. Большинство изготовителей микросхем скрывают реальные цифры выхода годных, поскольку знание фактического отношения годных к бракованным может быть на руку их конкурентам. Если какая-либо компания будет иметь конкретные данные о том, как быстро увеличивается выход годных у конкурентов, она может скорректировать цены на микросхемы или спланировать производство так, чтобы увеличить свою долю рынка в критический момент. По завершении обработки подложки специальное устройство проверяет каждую микросхему на ней и отмечает некачественные, которые позже будут отбракованы. Затем микросхемы вырезаются из подложки с помощью высокопроизводительного лазера или алмазной пилы. Когда кристаллы будут вырезаны из подложек, каждая микросхема испытывается отдельно, упаковывается и снова проходит тест. Процесс упаковки называется соединением: после того как кристалл помещается в корпус, специальная машина соединяет тонюсенькими золотыми проводами выводы кристалла со штырьками (или контактами) на корпусе микросхемы. Затем микросхема упаковывается в специальный пакет — контейнер, который, по существу, предохраняет ее от неблагоприятных воздействий внешней среды. После того как выводы кристалла соединены со штырьками на корпусе микросхемы, а микросхема упакована, выполняется заключительное тестирование, чтобы определить правильность функционирования и номинальное быстродействие. Разные микросхемы одной и той же серии зачастую обладают различным быстродействием. Специальные тестирующие приборы заставляют каждую микросхему работать в различных условиях (при разных давлениях, температурах и тактовых частотах), определяя значения параметров, при которых прекращается корректное функционирование микросхемы. Параллельно определяется максимальное быстродействие; после этого микросхемы сортируются по быстродействию и распределяются по приемникам: микросхемы с близкими параметрами попадают в один и тот же приемник. Например, микросхемы Pentium 4 2,0А, 2,2, 2,26, 2,24 и 2,53 ГГц представляют собой одну и ту же микросхему, т.е. все они были напечатаны с одного и того же фотошаблона, кроме того, сделаны они из одной и той же заготовки, но в конце производственного цикла были отсортированы по быстродействию. Интересно отметить: чем большим опытом в создании процессоров обладает производитель, доводя до совершенства производственную линию сборки микросхем, тем больше выпускается высокоскоростных версий последних. В результате из всех микросхем на одной подложке примерно 75% являются высокоскоростными версиями и лишь 25% работают на меньшей тактовой частоте. Парадокс заключается в том, что компания Intel зачастую продает намного больше дешевых низкоскоростных процессоров за счет блокирования частоты высокопроизводительных микросхем, которые обозначаются как процессоры с низкой частотой. В результате некоторые пользователи обнаружили, что многие процессоры могут работать на гораздо большей тактовой частоте, чем на них указано, что и привело к рождению метода разгона.

Центральный процессор – дома с нуля

Если в последние лет 40 для выполнения задачи нужен микропроцессор – единственный рассматриваемый вариант это купить готовый. Ну или в крайне редких случаях «накатить» стандартное конфигурируемое FPGA ядро (например Nios II) с парой дополнительных инструкций. Многие сейчас даже не могут представить, что процессоры могут получаться каким-то другим путем 🙂 Это всё равно что считать что продукты беруться в магазине, а вырастить их самому – абсолютно невозможно.

С одной стороны, зачем помнить основы технологии если все производится промышленно? На мой взгляд – чтобы быть уверенным, что технология не будет утеряна, что даже если случиться ядерная война компьютеры можно будет собирать из подручных материалов (так же как и с продуктами в начале 90 — многим пришлось возвращаться к технологии 100-летней давности из-за краха инфраструктуры производства и доставки).

Оказывается есть такие люди, которые до сих пор в качестве хобби делают центральные процессоры из дискретных компонент(транзисторов, реле) и микросхем низкой степени интеграции (счетчики, регистры). Единственные применяемые микросхемы – память (оперативная и перепрограммируемая).

В этой статье я хочу рассказать кратко об архитектуре и о нескольких реально работающих процессорах, сделаных в домашних условиях.

Общие архитектурные заметки:

Большинство самодельных процессоров работают (почти как и большинство современных процессоров )– на микрокоде, считываемого из flash/SRAM-памяти – тут обычно и находится самое медленное место: за последние лет 20 прогресс в латентности работы flash памяти остался почти на месте, и для широко доступных микросхем составляет 70нс, следовательно быстрее 14 МГц на процессоре на микрокоде во флеше не разогнаться. Процессоры обычно имеют шину данных 8 или 16 бит, адресную шину 16-20-24 бита (ограничивать себя 65Кб никому не хочется, особенно с нынешними ценами на память). ALU(вычислительное ядро) делается либо однобитным (т.е. для 16-и битной операции надо 16 тактов), либо используется готовое ALU на 2-4 бита (из которых собирается 8-16-и битное ALU). Процессоры на микрокоде обычно и код и данные хранят в одной и той же памяти (архитектура Фон-Неймана). RISC-подобные процессоры без микрокода обычно работают по Гарвардской архитектуре (данные и код отдельно, зачастую программа не может ничего писать в память кода). В абсолютно всех самодельных процессорах длина всех инструкций одинакова – переменная длина инструкций создает трудности даже при разработке «промышленных» процессоров. В качестве памяти используют обычно SRAM – раньше её использовали только для кэша из-за большой цены. От обычной SDR/DDR памяти отличается крайней простотой и неприхотливостью интерфейса, не нужно следить за «обновлением» памяти (в обычной SDR/DDR памяти данные выживают всего 32-64 миллисекунды).

Маленькие хитрости

Несмотря на то, что обычно используются простые микросхемы, есть некоторые хитрости, которые раньше(30 лет назад) были не доступны: готовые ALU (не совсем простая микросхема), SRAM память(например 1Мб SRAM памяти — это около 48млн транзисторов) и использование EEPROM-памяти как ALU (например, на микросхеме памяти 65кб 8бит можно сделать сумматор или мультипликатор, а на 1Мб микросхеме можно «проводить» 16 разных 8-битных операций — FPGA использует тот же принцип для построения произвольных логических схем). Также, сейчас можно использовать намного больше памяти для хранения микрокода и самого программного кода в памяти.

А теперь несколько самых выдающихся реализаций:

BMOW – Big Mess of Wires


http://www.stevechamberlin.com/cpu/bmow1
Собран из простых микросхем. Тактовая частота – 2 МГц.

MyCPU


http://www.mycpu.eu/
Собран из простых микросхем. Тактовая частота – 8 МГц. Развитая переферия – вплоть до доступа к сети. Кстати, сам Web-сайт http://www.mycpu.eu/ обслуживается именно этим самодельным сервером. Конструкция посторяемая, собрано много экземпляров.

Harry Porter’s Relay Computer


http://web.cecs.pdx.edu/~harry/Relay/index.html
Собран на 415 реле, на взгляд около 7Гц 🙂

Magic-1


http://www.homebrewcpu.com/
Собран на ~200 простых микросхемах, рабочая частота до 4МГц. Порт Minux, сам сайт работает на этом самодельном сервере.

Mark-1 Forth computer


http://www.holmea.demon.co.uk/Mk1/Architecture.htm
Собран на простых микросхемах, рабочая частота 1МГц.

Как нетрудно понять из названия, оптимизирован для программ на языке Форт. Микрокод хранится в диодной матрице, вместо «неспортивных» микросхем флеш-памяти.

MT15


http://www.6502.org/users/dieter/
Самое вкусное на последок: 16-и битный процессор, собранный на самых простых низкочастотных биполярных транзисторах (около 3000 штук). Тактовая частота – 500КГц, из микросхем только память и генерация синхросигнала. Производство таких транзисторов на кухне вполне реально наладить уже через год после ядерной войны

Заключение

Надеюсь эта статья подтолкнет кого-то к более глубокому изучению внутренней архитектуры процессоров. Лично я в процессе изучения многочисленных архитектур поменял своё мнение о x86 – раньше мне она казалась громоздкой и страшно неэффективной (ну и конечно «инженеры – идиоты, я один в белом»), сейчас же практически все решения принятые инжеренарми Intel кажуться вполне логичными, если учитывать ограниченность количества транзисторов в начале 80-х (даже 6000 транзисторов i8080-го процессора обходились покупателям в 360-180$).

решил сам сделать водоблок для процессора. с каналами.
если кому интересно вдруг:
http://www.overclockers.ru/lab/print/21361.shtml
то вот на основании этого.

сижу (и скорее всего буду сидеть) на интеле — сейчас коредуо.
решил что водоблок делать "на вырост", т.е. с учетом возросшей площади кристалла и, соответственно, процессорной крышки. (у ай-7 крышка больше)

померять корку то просто. а вот ай7 нету и не ожидается.

полез на сайт интела искать спеки
Intel® Core™ i7 Processor Series and LGA1366 Socket Thermal and Mechanical Design Guide
http://download.intel.com/design/processor/designex/320837.pdf

но что-то как-то не помогло… толи читать не умею, толи неявно как-то.

нашел в инете пару фото (вид сверху) матерей под ай7. уточнил их размеры в мм. ну и высчитал на этой основе размер проца.

но вот что вышло…
35,7 х 32,5 мм
размеры верхней крышки контактирующей с подошвой кулера.

а процы то вроде квадратные…

нет ли у кого возможности лично промерять i7 ?)

dk-☆

Intel: от песка до процессора

Человек научился создавать из песка замки, стекло и… компьютеры. Знаете ли вы, что<мозг>вашего ПК — процессор, — сделан из песка, точнее, его элемента — кремния (лат. silicium, англ. silicon)? Именно в честь него знаменитое место в американском штате Калифорния, где создаются компьютеры и программы, названо Кремниевой долиной (Silicon Valley).

Процессоры — самые сложные устройства на Земле, состоящие из сотен миллионов крошечных первичных элементов — транзисторов. На заводах корпорации Intel — признанного лидера в разработке и производстве микроэлектроники — процессоры изготавливаются в особо чистых помещениях; при этом производство состоит из множества этапов.

Кремний — второй после кислорода наиболее часто встречающийся химический элемент в земной коре. В песке он содержится в больших количествах в виде диоксида кремния (SiO2). Кремний — основа современного полупроводникового производства.

Сначала кремний проходит многоступенчатый процесс очистки:<микроэлектронный>кремний, предназначенный для микросхем, не может содержать больше примесей, чем один чужеродный атом на миллиард. Кремний расплавляют и делают заготовки, каждая из которых весит около 100 кг

Из заготовки, как из куска мрамора при создании скульптуры, можно получить огромное количество крошечных транзисторов — элементарных переключателей, регулирующих прохождение электрического тока. Представьте, что в современной микросхеме размером всего 1-2 квадратных сантиметра корпорация Intel сумела разместить разместить несколько миллиардов транзисторов!

Заготовку нарезают на отдельные кремниевые диски —<подложки>, на каждой из которых будут расположены сотни микропроцессоров.

Подложки полируют до зеркального блеска, чтобы устранить все дефекты поверхности, а затем при вращении наносят фотополимерный слой (так слой получится максимально тонким). Почти такой же фотополимер используют при производстве фотопленки.

Обработанная подобным образом подложка подвергается воздействию ультрафиолетового света и в фотополимерном слое происходит химическая реакция — примерно так же, как на фотопленке в процессе фотографирования: свет проходит через трафарет (<маску>), повторяя рисунок одного слоя микропроцессора. Линза фокусирует свет, из-за чего реальный размер схемы, напечатанной на подложке, как правило, в четыре раза меньше трафарета. Участки, на которые попал свет, становятся растворимыми и вымываются. В итоге мы получаем нужный рисунок, который теперь требуется защитить. Снова наносим фотополимер, еще раз облучаем, и теперь удаляются те участки кремния, которые находились под<высвеченным>веществом. Неэкспонированный фотополимер закроет участки кремния, которые должны остаться нетронутыми, для следующего этапа — ионизации, в процессе которой свободные от полимера участки кремния бомбардируются ионами. В тех областях, куда они попали, изменяются свойства электрической проводимости. Электрическое поле заставляет ионы ударяться о поверхность подложки с огромной скоростью — более 300 000 км/ч.

Оставшийся полимер удаляют, и транзистор почти готов. В его изолирующем слое делаются три отверстия и заполняются медью: они играют роль контактов, через которые транзистор соединяется с другими транзисторами. Для этого подложку погружают в раствор сульфата меди. Под воздействием электрического тока на транзистор выпадают осадки в виде ионов меди: они переходят с положительного электрода (анода) на отрицательный (катод) — подложку.

Для соединения транзисторов создается многоуровневая разводка. То как они должны быть соединены, в корпорации Intel решает архитектор микросхемы. Несмотря на то, что процессоры выглядят плоскими, они могут включать сложнейшую разводку, состоящую из более чем 20 слоев: если рассмотреть их под микроскопом, можно увидеть сложную сеть, напоминающую фантастическую многоуровневую систему скоростных автомагистралей.

В Intel часть готовой подложки проходит первый тест на функциональность. На этом этапе на каждый из выбранных транзисторов подается ток, и его реакция сверяется с<правильным ответом>.

Подложка разрезается на отдельные куски, которые называются кристаллами. Кристаллы, которые дали верный ответ при тестировании, станут основой процессоров, а бракованные выбрасываются.

Перед нами отдельный кристалл, из которого будет сделан процессор Intel. Его помещают между основанием (электрический и механический<соединитель>с материнской платой компьютера) и крышкой-теплоотводом, на которой сверху будет размещено устройство охлаждения.

В ходе окончательного тестирования в Intel процессоры проверяются на соответствие требуемым параметрам (например, выделение тепла, максимальная тактовая частота), затем сортируются, упаковываются и отправляются к производителям компьютеров.

Главная :: Архив статей :: :: Ссылки

Добавить комментарий

Закрыть меню