CPU được sản xuất như thế nào?

Chúng ta sử dụng máy tính hàng ngày và một cơ quan không thể thiếu đó là CPU, tuy vậy đã lúc nào bạn thắc mắc CPU được tạo ra như làm sao không. Bài viết này sẽ giới thiệu cho những bạn quy trình Intel làm ra một CPU cho máy tính.

CPU có xuất xứ từ cát

Cát được tạo nên từ 25% Silic, chỉ đứng sau Oxy, nó là nguyên tố hóa học phong phú thứ 2 trong lớp vỏ trái đất. Cát, nhất là thạch anh, có tỷ suất Silic cao ở dạng silicon dioxide (SiO2) và là phần tử cơ bản cho công nghiệp sản xuất chất bán dẫn.

Tinh chế và phát triển

Sau khi mua cát thô và tách Silic, vật liệu dư thừa sẽ có xử lý và Silic được tinh chế theo nhiều bước để cuối cùng đạt được chất lượng sản xuất chất bán dẫn, được gọi là Silic điện tử. Độ thuần khiết sau khi tinh chế tuyệt đến mức Silic ở cấp bậc điện tử chỉ có 1 nguyên tử lạ cho mỗi một tỷ nguyên tử Silic. Sau qui trình tinh chế, Intel thực hiện nóng chảy Silic. Kết quả cho ra một khối tinh thể đơn (mono-crystal).

Khối tinh thể đơn

Khối tinh thể đơn được sản xuất từ Silic ở cấp độ điện tử. Khối này nặng sấp xỉ 100 kg (hoặc 220 pound) và có tính thuần khiết đạt đến 99,9999%.

Cắt khối tinh thể đơn

Sau đó, khối tinh thể đơn này sẽ có đem đi cắt mỏng thành các đĩa bán dẫn hoặc xem là tấm bán dẫn Silic (wafer). Một số khối sẽ có cắt với độ dày trên 5 feet vì kích thước đường kính khối khác nhau lệ thuộc vào kích thước tấm wafer yêu cầu. Ngày nay, các CPU thường được tạo từ những tấm wafer có đường kính 300mm.

Đánh bóng tấm wafer

Sau thời kì cắt, các tấm wafer này sẽ được đánh bóng cho tới khi chúng có bề mặt trơn nhẵn, mịn màng. Intel không tự sản xuất khối tinh thể và tấm wafer, họ sẽ mua từ những dịch vụ khác. Quá trình 45 nm High-K/Metal Gate tiên tiến của Intel sử dụng tấm wafer với đường kính 300mm (hoặc 12 inch). Khi Intel lần thứ nhất tiên sản xuất chip, họ đã in các mạch trên các tấm 50 mm (2 inch). Ngày nay, Intel sử dụng tấm bán dẫn 300 mm, vấn đề này đã làm giảm kinh phí sản xuất cho mỗi con chip.

Sử dụng chất cản quang (Photoresist)

Chất lỏng màu xanh như hình dưới là chất cản quang giống như chất được dùng trong film của máy ảnh. Ở bước này, các tấm wafer sẽ được quay để chất cản quang cũng có thể phủ đều, mượt và mỏng lên đó.

Phơi sáng bằng tia cực tím

Ở thời kì này, lớp hoàn thiện chống cản quang sẽ có phơi sáng bằng tia cực tím (UV). Phản ứng hóa học kích hoạt bởi tia cực tím tựa như như những gì diễn ra với vật liệu film trong một máy ảnh ngay khi bạn bấm nút chụp.

Các vùng có chất cản quang trên tấm wafer đã được tiếp xúc với ánh sáng UV sẽ trở nên hòa tan. Intel sẽ sử dụng mặt nạ như các khuôn mẫu cùng với ánh sáng cực tím để tạo ra các mẫu mạch không giống nhau trên tấm wafer. Việc tạo một CPU chủ yếu lặp lại qui trình này liên tiếp cho tới khi nhiều lớp được xếp chồng lên nhau.

Một ống kính (giữa) làm giảm hình ảnh của mặt nạ tới một tiêu điểm nhỏ. Kết quả “in” trên tấm wafer thường nhỏ hơn 4 lần so với mẫu của mặt nạ.

Thực hiện phơi sáng nhiều hơn

Hình ảnh dưới đây cho thấy một bóng bán dẫn (transistor) trông như làm sao lúc nhìn bằng mắt thường. Bóng bán dẫn được nghĩ là công tắc điện tử, kiểm soát dòng điện trong 1 chip máy tính. Các nhà nghiên cứu của Intel đã phát triển các bóng bán dẫn nhỏ đến nỗi họ nghĩ rằng 30 triệu bóng bán dẫn có thể vừa trong một đầu của pin.

Rửa sạch chất cản quang

Sau khi chạm với tia cực tím, các vùng có chất cản quang màu xanh đã được phơi sáng sẽ được tẩy rửa tận gốc bằng dung môi. Điều này sẽ làm lòi ra các dòng hình chất cản quang được thực hiện bởi mặt nạ.

Khắc

Lớp cản quang sẽ bảo vệ vật liệu bán dẫn chưa được làm sạch. Các khu vực bị phơi sáng sẽ có khắc bằng hóa chất.

Loại bỏ chất cản quang

Sau khi khắc, chất cản quang sẽ bị loại bỏ và bạn cũng đều có thể nhìn thấy hình dạng mong muốn.

Sử dụng nhiều chất cản quang hơn

Ở thời kì này, Intel lại sử dụng nhiều chất cản quang hơn (màu xanh dương) và sau đó lại đem phơi sáng với tia cực tím. Sau đó chất cản quang được phơi sáng sẽ có rửa sạch trước lúc chuyển sang bước tiếp theo. Đây là bước mà các hạt ion được tiếp xúc với nước, làm thay đổi thuộc tính hóa học của Silic để CPU kiểm soát dòng điện.

Ion Doping (Hóa khắc ion)

Thông qua một quá trình được xem là cấy ion (một dạng của qui trình doping) các vùng phơi sáng của tấm Silic wafer được khắc với ion. Các ion được cấy vào tấm wafer sẽ khiến thay đổi cách Silic trong các khu vực này dẫn điện. Ion được đưa lên mặt bề mặt của wafer với vận tốc rất cao, một trường điện gia tốc các ion với tốc độ trên 300.000 km/giờ (khoảng 185.000 mph).

Rửa sạch chất cản quang

Sau khi cấy ion, chất cản quang sẽ có loại bỏ và vật liệu cần được khắc (xanh lá cây) bây giờ có các nguyên tử lạ được cấy vào.

Bóng bán dẫn

Bóng bán dẫn gần như sắp hoàn thành. Ba lỗ đã được khắc vào lớp cách điện (màu hồng sẫm) phía trên bóng bán dẫn. Ba lỗ này sẽ có đổ đầy bằng đồng, hình thành các kết nối với bóng bán dẫn khác.

Kỹ thuật mạ điện wafer

Các tấm wafer được dẫn vào dung dịch đồng sunfat ở thời kì này. Các ion đồng được lắng đọng vào bóng bán dẫn qua một công đoạn coi là mạ điện. Các ion đồng đi từ cực dương (anode) đến cực âm (cực âm).

Sắp xếp ion

Các ion đồng sẽ được sắp xếp thành một lớp mỏng trên bề mặt wafer.

Đánh bóng chất dôi thừa

Các chất thừa được đánh bóng để lại một lớp đồng mỏng.

Tạo lớp

Nhiều lớp kim loại được tạo ra để kết nối giữa các bóng bán dẫn khác nhau. Nhóm thiết kế và thành lập cấu trúc Intel định vị cách các kết nối này được nối với nhau theo chức năng của bộ vi xử lý tương ứng (ví dụ, bộ giải quyết Core i7 của Intel). Mặc dù các chip máy tính trông rất là phẳng nhưng chúng có thể chứa đến hơn 20 lớp để tạo thành các mạch phức tạp. Nếu phòng to một chip, bạn sẽ thấy một mạng lưới phức tạp dây mạch và bóng bán dẫn trông giống như một hệ thống đường cao tốc đa tầng.

Kiểm tra tấm wafer

Một phần nhỏ này của tấm wafer hoàn thiện sẽ có đưa vào kiểm tra chức năng đầu tiên. Trong giai đoạn này, mẫu kiểm tra sẽ có dẫn vào mỗi chip đơn và theo dõi, so sánh phản ứng từ mỗi chip.

Cắt wafer thành die

Sau khi kiểm tra xác định rằng wafer có công suất tốt trong những thiết bị xử lý, nó sẽ được bổ thành từng mảng được gọi là die.

Kiểm tra các die

Các die phản ứng đúng với những mẫu khiển tra sẽ có chuyển sang bước kế đến (đóng gói), các die xấu sẽ bị loại bỏ.

Die

Đây là một die riêng biệt đã cắt từ bước trước (cắt wafer). Die trong hình này thuộc một bộ vi xử lý Intel Core i7.

Đóng gói CPU

Các chất nền, die và bộ trao đổi nhiệt được kết hợp cùng nhau để tạo thành một bộ giải quyết hoàn chỉnh. Các chất nền màu xanh lá cây tạo giao diện điện và cơ học cho bộ xử lý để tương tác với phần còn lại của hệ thống máy tính. Bộ trao đổi nhiệt màu bạc là một giao diện nhiệt, được sử dụng cho những biện pháp làm mát. Điều này sẽ làm cho chip giải quyết mát mẻ trong suốt qui trình hoạt động.

• 5 cách hạ nhiệt, làm mát, tản nhiệt laptop đơn giản, hiệu quả

Một CPU hoàn thiện

Bộ vi xử lý là sản phẩm được sản xuất phức tạp nhất. Trên thực tế, phải mất hàng trăm bước và tại đây chỉ đưa ra các bước quan trọng nhất.

Thử nghiệm CPU

Trong thí nghiệm cuối cùng này, bộ vi xử lý sẽ có kiểm tra các đặc tính chính (trong số các đặc tính được kiểm tra là mức tiêu tán công suất và tần số tối đa).

Phân loại CPU

Dựa trên kết quả kiểm tra phân loại, các chip xử lý có cùng khả năng sẽ được đưa vào và một khay vận chuyển. Quá trình này được xem là binning (phân loại), chắc hẳn đã quá quen thuộc với độc giả phần cứng của Tom. Binning xác định năng suất hoạt động nhiều nhất của 1 bộ xử lý, được chia theo lô và bán theo các thông số kỹ thuật ổn định.

Phân phối CPU

Các bộ giải quyết được sản xuất và thử nghiệm hoặc đi tới các hãng sản xuất hệ thống hoặc vào các dịch vụ bán lẻ.

Bạn cũng có thể xem video này để hiểu rõ hơn về qui trình sản xuất CPU.

Xem thêm:

• Tìm hiểu về phong thái làm việc của CPU
• Cách chọn lựa CPU laptop phù hợp nhu cầu (phần 1)
• CPU nào nhanh hơn: cũ nhưng “chất” hay “bình dân” nhưng mới?

Cách tạo CPU,cách chế tạo cpu,quy trình sản xuất cpu,cpu intel,bộ vi xử lý,cách làm ra cpu,bộ xử lý trung tâm,cấu tạo cpu,quá trình sản xuất cpu,cpu được sản xuất như thế nào

Nội dung CPU được sản xuất như thế nào? được tổng hợp sưu tầm biên tập bởi: Tin Học Trường Tín. Mọi ý kiến vui lòng gửi Liên Hệ cho truongtin.top để điều chỉnh. truongtin.top tks.