Como as CPUs são realmente feitas?

Embora o funcionamento das CPUs possa parecer mágica, é o resultado de décadas de engenharia inteligente. Como os transistores - os blocos de construção de qualquer microchip - encolhem em escalas microscópicas, a maneira como são produzidos torna-se cada vez mais complicada.

Fotolitografia

]

Os transistores são agora tão impossivelmente pequenos que os fabricantes não podem construí-los usando métodos normais. Embora os tornos de precisão e até as impressoras 3D possam criar criações incrivelmente complexas, eles geralmente atingem níveis de micrômetro precisos (cerca de um milionésimo de polegada) e não são adequados para as escalas nanométricas nas quais os chips de hoje são fabricados. / p>

A fotolitografia resolve esse problema removendo a necessidade de mover máquinas complicadas de forma muito precisa. Em vez disso, ele usa a luz para gravar uma imagem no chip - como um retroprojetor vintage que você pode encontrar nas salas de aula, mas ao contrário, dimensionando o estêncil com a precisão desejada.

A imagem é projetada em um wafer de silício, que é usinada com precisão muito alta em laboratórios controlados, pois qualquer partícula de poeira no wafer pode significar a perda de milhares de dólares. A bolacha é revestida com um material chamado fotorresistente, que responde à luz e é lavado, deixando uma gravação da CPU que pode ser preenchida com cobre ou dopada para formar transistores. Este processo é então repetido muitas vezes, construindo a CPU da mesma forma que uma impressora 3D cria camadas de plástico.

Os problemas com a fotolitografia de nano-escala

Não importa se você pode tornar os transistores menores se eles não funcionarem, e a tecnologia nanoescala se depara com muitos problemas com a física. Os transistores devem interromper o fluxo de eletricidade quando estão desligados, mas estão ficando tão pequenos que os elétrons podem fluir através deles. Isso é chamado de tunelamento quântico e é um grande problema para os engenheiros de silício.

Os defeitos são outro problema. Até mesmo a fotolitografia tem um limite em sua precisão. É análogo a uma imagem borrada do projetor; não é tão claro quando explodido ou encolhido. Atualmente, as fundições estão tentando mitigar esse efeito usando a luz ultravioleta “extrema”, um comprimento de onda muito maior do que os humanos podem perceber, usando lasers em uma câmara de vácuo. Mas o problema persistirá quando o tamanho ficar menor.

Os defeitos podem às vezes ser mitigados com um processo chamado binning - se o defeito atinge um núcleo da CPU, esse núcleo é desabilitado, e o chip é vendido como um menor parte final. Na verdade, a maioria dos lineups de CPUs é fabricada usando o mesmo blueprint, mas os núcleos desativados e vendidos a um preço menor. Se o defeito atingir o cache ou outro componente essencial, esse chip pode ter que ser descartado, resultando em um rendimento menor e em preços mais caros. Nós de processos mais novos, como 7nm e 10nm, terão taxas de defeitos mais altas e serão mais caros como resultado.

RELACIONADO: O que significam “7nm” e “10nm” para CPUs, e por que eles são importantes? ?

Empacotando para cima

Embalar a CPU para uso do consumidor é mais do que apenas colocá-la em uma caixa com algum isopor. Quando uma CPU é concluída, ela ainda é inútil, a menos que possa se conectar ao restante do sistema. O processo de “embalagem” refere-se ao método em que a delicada matriz de silicone é anexada ao PCB que a maioria das pessoas considera como “CPU”.

Este processo requer muita precisão, mas não tanto quanto o etapas anteriores. A matriz da CPU é montada em uma placa de silício e as conexões elétricas são executadas em todos os pinos que fazem contato com a placa-mãe. CPUs modernas podem ter milhares de pinos, com o topo de linha AMD Threadripper tendo 4094 delas.

Como a CPU produz muito calor, e também deve ser protegida pela frente, um “dissipador de calor integrado É montado no topo. Isso faz contato com a matriz e transfere calor para um cooler que é montado no topo. Para alguns entusiastas, a pasta térmica usada para fazer essa conexão não é boa o suficiente, o que resulta em pessoas desmembrando seus processadores a aplicarem uma solução mais premium.

Uma vez que tudo está junto, ele pode ser empacotado caixas reais, prontas para chegar às prateleiras e ser encaixadas no seu futuro computador. Com a complexidade da fabricação, é de se admirar que a maioria das CPUs tenha apenas algumas centenas de dólares.

---

Se você estiver curioso para saber mais informações técnicas sobre como as CPUs são produzidas, confira as explicações do Wikichip sobre os processos e microarquiteturas de litografia.

Via: How to Geek