Bagaimana CPU Sebenarnya Dibuat? (Sejarahnya Lengkap)

CPU dibuat menggunakan miliaran transistor kecil, gerbang listrik yang berubah-ubah untuk mengaktifkan perhitungan. Mereka mengambil energi untuk melakukan itu, dan semakin kecil transistor, semakin sedikit energi yang dibutuhkan. “7nm” dan “10nm” adalah ukuran skala transistor-transistor itu – “nm” menjadi nanometer, ukuran sangat kecil – dan merupakan metrik yang membantu untuk meningkatkan efektif CPU tertentu.

Untuk referensi, “10nm” adalah program manufaktur baru Intel, yang akan memulai debutnya pada musim gugur 2019 ini, dan “7nm” sering diganti pada kursus TSMC, yang menjadi dasar utama CPU baru AMD dan chip A12X Apple.

Jadi Mengapa Proses Baru Ini Sangat Diperlukan?

Hukum Moore, transistor keluaran transistor pada chip berlipat dua setiap tahun dengan harga dibelah dua, ditentukan untuk waktu yang sangat lama namun melambat baru-baru ini. Sekali lagi pada akhir 90-an dan awal 2000-an, transistor mengurangi dalam dua tahun, menghasilkan peningkatan besar pada jadwal sehari-hari.

Namun penyusutan tambahan semakin sulit, dan kami belum melihat transistor penyusut dari Intel sejak 2014. Proses-proses baru ini merupakan penyusutan utama dalam waktu yang sangat lama, terutama dari Intel, dan mengkarakterisasi penyegelan kembali cepat undang-undang Moore.

Dengan Intel ketinggalan, bahkan unit sel memiliki peluang untuk mengejar ketinggalan, dengan chip A12X Apple sedang diterima pada kursus 7nm TSMC, dan Samsung memiliki program 10nm mereka sendiri. Dan dengan CPU AMD berikutnya pada kursus 7nm TSMC, ini estimasi peluang bagi mereka untuk keluaran Intel sebelumnya dalam efisiensi, dan menghasilkan beberapa penilaian sehat untuk monopoli Intel yang tersedia di pasar – minimum untuk chip 10nm “Sunny Cove” Intel mulai menghantam lemari., Versi Penulispro.id

Apa artinya “nm” Sebenarnya

CPU dibuat menggunakan photolithography, tempat gambar CPU terukir pada sedikit silikon. Teknik yang tepat tentang bagaimana hal itu dilakukan dikenal sebagai jalan dan perlu transistor produsen.

Karena transistor yang lebih kecil ramah lingkungan dengan energi ekstra, mereka akan melakukan perhitungan ekstra tanpa terlalu mendesis, yang lebih sering menjadi masalah yang memerlukan efisiensi CPU. Ini juga memungkinkan untuk ukuran yang lebih kecil, yang mengurangi harga dan dapat meningkatkan ukuran pada yang sama, dan ini menyiratkan inti tambahan per chip. 7nm berhasil dua kali lipat lebih banyak karena perubahan 14nm sebelumnya, yang memungkinkan perusahaan seperti AMD untuk meluncurkan server chip 64-core, Peningkatan besar pada 32 core sebelumnya (dan Intel 28).

Perlu dipertimbangkan bahwa Intel masih menunggu pada 14nm dan AMD siap untuk meluncurkan prosesor 7nm mereka dengan sangat cepat, ini tidak berarti bahwa AMD mungkin dua kali lebih cepat. Efisiensi tidak sesuai dengan ukuran transistor, dan pada skala sekecil itu, angka-angka ini tidak lagi tepat. Cara terbaik setiap melakukan pengecoran semikonduktor dapat lebih dari yang satu ke yang lain, jadi yang terbaik adalah mengambil yang sebagai frasa iklan yang digunakan untuk fase barang dagangan untuk mengatur energi atau pengukuran yang tepat. Misalnya, simpul 10nm Intel yang akan diperkirakan akan bersaing dengan simpul 7nm TSMC, terlepas dari angka yang tidak cocok.

 

Penyusutan sebagian besar tidak efisien; itu juga memiliki implikasi besar untuk sel daya rendah dan chip komputer laptop. Dengan 7 nm (dibandingkan dengan 14 nm), Anda mungkin mendapatkan efisiensi ekstra 25% di bawah energi yang sama, atau Anda mungkin mendapatkan efisiensi yang sama dengan setengah kemampuan. Ini menyiratkan masa pakai baterai yang lebih lama dengan efisiensi yang identik dan chip yang lebih efektif untuk unit yang lebih kecil karena Anda mungkin dapat berhasil mencocokkan efisiensi dua kali lebih banyak ke dalam target energi terbatas. Kami telah melihat chip A12X dari Apple menghancurkan beberapa chip Intel yang lebih tua di benchmark, terlepas dari hanya didinginkan dan dikemas secara penuh di dalam smartphone, dan itu menggunakan chip 7nm utama yang digunakan di pasaran.

Penyusutan perubahan selalu merupakan berita yang luar biasa, karena chip ramah lingkungan yang lebih cepat dan ekstra energi memiliki efek pada setiap sisi teknologi dunia. 2019 mungkin menjadi tahun yang mendebarkan untuk teknologi dengan node-node terbaru ini, dan bagus untuk melihat undang-undang Moore tidak cukup berguna tetapi.

Sementara cara kerja CPU mungkin tampak seperti sulap, itu adalah hasil dari rekayasa yang cerdas selama beberapa dekade. Ketika transistor — blok pembangun microchip — menyusut ke skala mikroskopis, cara mereka diproduksi tumbuh semakin rumit.

Fotolitografi

Transistor sekarang sangat kecil sehingga produsen tidak dapat membangunnya menggunakan metode normal. Sementara mesin bubut presisi dan bahkan printer 3D dapat membuat kreasi yang sangat rumit, mereka biasanya unggul pada tingkat presisi mikrometer (sekitar satu tiga puluh ribu inci) dan tidak cocok untuk skala nanometer tempat chip saat ini dibuat.

Photolithography memecahkan masalah ini dengan menghilangkan kebutuhan untuk memindahkan mesin-mesin rumit dengan sangat tepat. Alih-alih, ia menggunakan cahaya untuk mengetsa gambar ke dalam chip — seperti proyektor overhead vintage yang mungkin Anda temukan di ruang kelas, tetapi secara terbalik, memperbesar stensil ke presisi yang diinginkan.

Gambar diproyeksikan ke wafer silikon, yang dikerjakan dengan presisi sangat tinggi di laboratorium terkontrol, karena setitik debu pada wafer bisa berarti kehilangan ribuan dolar. Wafer dilapisi dengan bahan yang disebut photoresist, yang merespons cahaya dan hanyut, meninggalkan etsa CPU yang dapat diisi dengan tembaga atau diolah untuk membentuk transistor. Proses ini kemudian diulang berkali-kali, membangun CPU seperti printer 3D akan membangun lapisan plastik.

Masalah Dengan Nano-Scale Photolithography

Tidak masalah jika Anda dapat membuat transistor lebih kecil jika mereka tidak benar-benar berfungsi, dan teknologi skala nano mengalami banyak masalah dengan fisika. Transistor seharusnya menghentikan aliran listrik ketika mereka mati, tetapi mereka menjadi sangat kecil sehingga elektron dapat mengalir menembusnya. Ini disebut kuantum tunneling dan merupakan masalah besar bagi para insinyur silikon.

Cacat adalah masalah lain. Bahkan photolithography memiliki batas pada ketelitiannya. Ini analog dengan gambar buram dari proyektor; itu tidak begitu jelas ketika diledakkan atau menyusut. Saat ini, pengecoran berusaha mengurangi efek ini dengan menggunakan sinar ultraviolet “ekstrem”, gelombang yang jauh lebih tinggi daripada yang dapat dirasakan manusia, menggunakan laser di ruang hampa udara. Tapi masalahnya akan tetap ada karena ukurannya semakin kecil.

Kerusakan terkadang dapat dikurangi dengan proses yang disebut binning — jika cacat mengenai inti CPU, inti itu dinonaktifkan, dan chip dijual sebagai bagian ujung bawah. Bahkan, sebagian besar jajaran CPU diproduksi menggunakan cetak biru yang sama, tetapi core dinonaktifkan dan dijual dengan harga lebih rendah.

Jika cacat mencapai cache atau komponen penting lainnya, chip itu mungkin harus dibuang, menghasilkan hasil yang lebih rendah dan harga lebih mahal. Node proses yang lebih baru, seperti 7nm dan 10nm, akan memiliki tingkat cacat yang lebih tinggi dan sebagai hasilnya akan lebih mahal.

TERKAIT: Apa Arti “7nm” dan “10nm” untuk CPU, dan Mengapa Mereka Penting?

Mengemasnya
MchlSkhrv / Shutterstock

Pengemasan CPU untuk penggunaan konsumen lebih dari sekadar memasukkannya ke dalam kotak dengan beberapa styrofoam. Ketika CPU selesai, itu masih sia-sia kecuali bisa terhubung ke seluruh sistem. Proses “pengemasan” mengacu pada metode di mana silikon halus yang melekat melekat pada PCB yang oleh kebanyakan orang dianggap sebagai “CPU.”

Proses ini membutuhkan banyak presisi, tetapi tidak sebanyak langkah sebelumnya. Die CPU dipasang ke papan silikon, dan sambungan listrik dijalankan ke semua pin yang melakukan kontak dengan motherboard. CPU modern dapat memiliki ribuan pin, dengan AMD Threadripper kelas atas memiliki 4.094 pin.

Karena CPU menghasilkan banyak panas, dan juga harus dilindungi dari depan, “penyebar panas terintegrasi” dipasang ke atas. Ini membuat kontak dengan cetakan dan mentransfer panas ke pendingin yang dipasang di atas. Untuk beberapa penggemar, pasta termal yang digunakan untuk membuat koneksi ini tidak cukup baik, yang mengakibatkan orang delidding prosesor mereka untuk menerapkan solusi yang lebih premium.

Setelah semuanya disatukan, itu dapat dikemas ke dalam kotak yang sebenarnya, siap untuk dipajang dan ditempatkan di komputer masa depan Anda. Dengan betapa rumitnya pembuatannya, sungguh mengherankan sebagian besar CPU hanya beberapa ratus dolar.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *