ΠΟΥ κατασκευάζονται οι επεξεργαστές Intel;

Όπως έγραψα ήδη σε προηγούμενη ανάρτηση, στις αυτή τη στιγμήΗ Intel διαθέτει 4 εργοστάσια με δυνατότητα μαζικής παραγωγής επεξεργαστών που χρησιμοποιούν τεχνολογία 32nm: D1D και D1C στο Όρεγκον, Fab 32 στην Αριζόνα και Fab 11X στο Νέο Μεξικό.
Ας δούμε πώς λειτουργούν

Το ύψος κάθε μονάδας παραγωγής διεργασιών Intel είναι Το sor σε γκοφρέτες πυριτίου 300 mm είναι 21 μέτρο, και η έκταση φτάνει τα 100 χιλιάδες τετραγωνικά μέτρα χαντάκι Στο κτίριο του εργοστασίου υπάρχουν 4 κύρια επίπεδα vnya: Επίπεδο συστήματος εξαερισμού Ο μικροεπεξεργαστής αποτελείται από εκατομμύρια τρανζίστορ - το μικρότερο κομμάτι σκόνης που καταλήγει στο πυρίτιο - στην πλάκα, είναι ικανό να καταστρέψει χιλιάδες τρανζίστορ χαντάκι Ως εκ τούτου, η πιο σημαντική προϋπόθεση για την παραγωγή μικρο- roprocessors είναι η αποστειρωμένη καθαριότητα του δωματίου ny. Το επίπεδο του συστήματος εξαερισμού βρίσκεται στο πάνω μέρος στο πάτωμα - υπάρχουν ειδικά συστήματα εδώ, που πραγματοποιούν 100% καθαρισμό αέρα, έλεγχο ρυθμίζει τη θερμοκρασία και την υγρασία στους χώρους παραγωγής κτίριο. Τα λεγόμενα «Καθαρά δωμάτια» χωρίζονται σε κατηγορίες (ανάλογα με τον αριθμό των σωματιδίων σκόνης ανά μονάδα όγκου) και το καλύτερο (κατηγορία 1) περίπου 1000 φορές πιο καθαρό από ένα χειρουργείο. Για για την εξάλειψη των κραδασμών, βρίσκονται καθαρά δωμάτια στη δική του αντικραδασμική βάση. Καθαρό επίπεδο δωματίου Ο όροφος καλύπτει την περιοχή πολλών γηπέδων ποδοσφαίρου - Εδώ κατασκευάζονται οι μικροεπεξεργαστές. Spe- σιαλ αυτοματοποιημένο σύστημαπραγματοποιεί κίνηση των πλακών από μία παραγωγή σταθμό σε άλλο. Ο καθαρός αέρας παρέχεται μέσω σύστημα εξαερισμού που βρίσκεται στην οροφή και χύνεται μέσω ειδικών οπών που βρίσκονται στο πάτωμα. Εκτός από τις αυξημένες απαιτήσεις για στειρότητα των χώρων, Φυσικά, το άτομο που εργάζεται εκεί πρέπει επίσης να είναι "καθαρό" sonal - μόνο σε αυτό το επίπεδο λειτουργούν οι ειδικοί σε αποστειρωμένα κοστούμια που προστατεύουν (χάρη σε ενσωματωμένο σύστημα φιλτραρίσματος που τροφοδοτείται από μπαταρίες δοχεία) γκοφρέτες πυριτίου από μικροσωματίδια υφασμάτων σκόνη, τρίχες και σωματίδια δέρματος. Χαμηλότερο επίπεδο Σχεδιασμένο για συστήματα που υποστηρίζουν τη λειτουργία του Fa- τούβλα (αντλίες, μετασχηματιστές, ντουλάπια ισχύος κ.λπ.) Μεγάλοι σωλήνες (κανάλια) μεταδίδουν διάφορες τεχνολογίες χημικά αέρια, υγρά και αέρας εξαγωγής. Ειδικός- ρούχα εργαζομένων αυτό το επίπεδοπεριλαμβάνει κράνος, γυαλιά ασφαλείας, γάντια και ειδικά παπούτσια. Μηχανολογικό επίπεδο

Για να κατασκευαστεί ένα εργοστάσιο αυτού του επιπέδου, χρειάζονται περίπου 3 χρόνια και περίπου 5 δισεκατομμύρια - αυτό είναι το ποσό που θα πρέπει να «ανακτήσει» το εργοστάσιο τα επόμενα 4 χρόνια (μέχρι να εμφανιστεί μια νέα τεχνολογική διαδικασία και αρχιτεκτονική, η απαιτούμενη παραγωγικότητα γιατί αυτό είναι περίπου 100 γκοφρέτες πυριτίου που λειτουργούν ανά ώρα). Για να φτιάξετε ένα φυτό θα χρειαστείτε:
— περισσότεροι από 19.000 τόνοι χάλυβα
— περισσότερα από 112.000 κυβικά μέτρα σκυροδέματος
— περισσότερα από 900 χιλιόμετρα καλωδίου

ΠΩΣ κατασκευάζονται οι μικροεπεξεργαστές

Τεχνικά, ένας σύγχρονος μικροεπεξεργαστής κατασκευάζεται με τη μορφή ενός εξαιρετικά μεγάλου ολοκληρωμένου κυκλώματος, που αποτελείται από πολλά δισεκατομμύρια στοιχεία - αυτή είναι μια από τις πιο πολύπλοκες δομές που δημιούργησε ο άνθρωπος. Τα βασικά στοιχεία κάθε μικροεπεξεργαστή είναι οι διακριτοί διακόπτες - τρανζίστορ. Μπλοκάρισμα και διέλευση ηλεκτρικό ρεύμα(on-off), επιτρέπουν στα λογικά κυκλώματα υπολογιστών να λειτουργούν σε δύο καταστάσεις, δηλαδή σε ένα δυαδικό σύστημα. Τα μεγέθη των τρανζίστορ μετρώνται σε νανόμετρα. Ένα νανόμετρο (nm) είναι ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου.

Εν συντομία, η διαδικασία κατασκευής ενός επεξεργαστή μοιάζει με αυτό: ένας κυλινδρικός μονοκρύσταλλος αναπτύσσεται από τηγμένο πυρίτιο χρησιμοποιώντας ειδικό εξοπλισμό. Η προκύπτουσα ράβδος ψύχεται και κόβεται σε "τηγανίτες", η επιφάνεια των οποίων είναι προσεκτικά ισοπεδωμένη και γυαλισμένη ώστε να γυαλίζει καθρέφτη. Στη συνέχεια, στα «καθαρά δωμάτια» των εργοστασίων ημιαγωγών, δημιουργούνται ολοκληρωμένα κυκλώματα σε γκοφρέτες πυριτίου χρησιμοποιώντας φωτολιθογραφία και χάραξη. Μετά τον εκ νέου καθαρισμό των γκοφρετών, οι ειδικοί του εργαστηρίου πραγματοποιούν επιλεκτική δοκιμή των επεξεργαστών κάτω από μικροσκόπιο - εάν όλα είναι "ΟΚ", τότε οι έτοιμες γκοφρέτες κόβονται σε μεμονωμένους επεξεργαστές, οι οποίοι αργότερα περικλείονται σε περιβλήματα.

Ας δούμε την όλη διαδικασία με περισσότερες λεπτομέρειες.

Αρχικά, το SiO2 λαμβάνεται με τη μορφή άμμου, η οποία ανάγεται με οπτάνθρακα σε καμίνους τόξου (σε θερμοκρασία περίπου 1800°C):
SiO2 + 2C = Si + 2CO

Ένα τέτοιο πυρίτιο ονομάζεται «τεχνικό» και έχει καθαρότητα 98-99,9%. Η κατασκευή των επεξεργαστών απαιτεί μια πολύ πιο καθαρή πρώτη ύλη που ονομάζεται «ηλεκτρονικό πυρίτιο», η οποία δεν πρέπει να περιέχει περισσότερο από ένα ξένο άτομο ανά δισεκατομμύριο άτομα πυριτίου. Για να καθαριστεί σε αυτό το επίπεδο, το πυρίτιο κυριολεκτικά «γεννιέται ξανά». Με τη χλωρίωση του τεχνικού πυριτίου, λαμβάνεται τετραχλωριούχο πυρίτιο (SiCl4), το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε τριχλωροσιλάνιο (SiHCl3):
3SiCl4 + 2H2 + Si ↔ 4SiHCl3

Αυτές οι αντιδράσεις, χρησιμοποιώντας την ανακύκλωση των παραπροϊόντων που προκύπτουν που περιέχουν πυρίτιο, μειώνουν το κόστος και εξαλείφουν περιβαλλοντικά προβλήματα:
2SiHCl3 ↔ SiH2Cl2 + SiCl4
2SiH2Cl2 ↔ SiH3Cl + SiHCl3
2SiH3Cl ↔ SiH4 + SiH2Cl2
SiH4 ↔ Si + 2H2

Το υδρογόνο που προκύπτει μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλά μέρη, αλλά το πιο σημαντικό είναι ότι ελήφθη «ηλεκτρονικό» πυρίτιο, καθαρό, πολύ καθαρό (99,9999999%). Λίγο αργότερα, ένας σπόρος («σημείο ανάπτυξης») χαμηλώνεται στο τήγμα τέτοιου πυριτίου, το οποίο σταδιακά τραβιέται έξω από το χωνευτήριο. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα λεγόμενο "boule" - ένας ενιαίος κρύσταλλος τόσο ψηλός όσο ένας ενήλικας. Το βάρος είναι κατάλληλο - στην παραγωγή ένα τέτοιο μπουκάλι ζυγίζει περίπου 100 κιλά.

Η ράβδος τρίβεται με ένα "μηδέν" :) και κόβεται με ένα πριόνι διαμαντιού. Η έξοδος είναι γκοφρέτες (με την κωδική ονομασία "wafer") πάχους περίπου 1 mm και διαμέτρου 300 mm (~12 ίντσες, αυτές είναι αυτές που χρησιμοποιούνται για τη διαδικασία των 32 nm με τεχνολογία HKMG, High-K/Metal Gate).

Τώρα το πιο ενδιαφέρον είναι ότι είναι απαραίτητο να μεταφερθεί η δομή του μελλοντικού επεξεργαστή σε γυαλιστερές γκοφρέτες πυριτίου, δηλαδή να εισαχθούν ακαθαρσίες σε ορισμένες περιοχές του πλακιδίου πυριτίου, οι οποίες τελικά σχηματίζουν τρανζίστορ. Πώς να το κάνετε αυτό;

Το πρόβλημα επιλύεται χρησιμοποιώντας τεχνολογία φωτολιθογραφίας - μια διαδικασία επιλεκτικής χάραξης του επιφανειακού στρώματος με τη χρήση προστατευτικής φωτομάσκας. Η τεχνολογία βασίζεται στην αρχή «φωτός-πρότυπο-φωτοαντίσταση» και προχωρά ως εξής:
— Ένα στρώμα υλικού εφαρμόζεται στο υπόστρωμα πυριτίου από το οποίο πρόκειται να σχηματιστεί ένα σχέδιο. Σε αυτό εφαρμόζεται ένα φωτοανθεκτικό - ένα στρώμα πολυμερούς φωτοευαίσθητου υλικού που αλλάζει τις φυσικές και χημικές του ιδιότητες όταν ακτινοβολείται με φως.
— Η έκθεση πραγματοποιείται (φωτισμός του στρώματος φωτογραφίας για μια ακριβή χρονική περίοδο) μέσω μιας φωτομάσκας
— Αφαίρεση χρησιμοποιημένου φωτοανθεκτικού.
Η επιθυμητή δομή σχεδιάζεται σε μια φωτομάσκα - κατά κανόνα, αυτή είναι μια πλάκα από οπτικό γυαλί στην οποία εφαρμόζονται φωτογραφικά αδιαφανείς περιοχές. Κάθε τέτοιο πρότυπο περιέχει ένα από τα επίπεδα του μελλοντικού επεξεργαστή, επομένως πρέπει να είναι πολύ ακριβές και πρακτικό.

Η γκοφρέτα ακτινοβολείται από ένα ρεύμα ιόντων (θετικά ή αρνητικά φορτισμένα άτομα), τα οποία σε καθορισμένα σημεία διεισδύουν κάτω από την επιφάνεια της γκοφρέτας και αλλάζουν τις αγώγιμες ιδιότητες του πυριτίου (οι πράσινες περιοχές είναι ενσωματωμένα ξένα άτομα).

Στη φωτογραφία, το φως πέρασε μέσα από αρνητικό φιλμ, χτύπησε την επιφάνεια του φωτογραφικού χαρτιού και άλλαξε τις χημικές του ιδιότητες. Στη φωτολιθογραφία, η αρχή είναι παρόμοια: το φως περνά μέσα από μια φωτομάσκα σε ένα φωτοανθεκτικό και σε εκείνα τα σημεία όπου πέρασε μέσα από τη μάσκα, μεμονωμένα τμήματα του φωτοανθεκτικού αλλάζουν ιδιότητες. Η ακτινοβολία φωτός περνά μέσα από τις μάσκες, η οποία εστιάζεται στο υπόστρωμα. Για ακριβή εστίαση, απαιτείται ένα ειδικό σύστημα φακών ή καθρεφτών, το οποίο όχι μόνο μπορεί να μειώσει την εικόνα που κόβεται στη μάσκα στο μέγεθος του τσιπ, αλλά και να την προβάλλει με ακρίβεια στο τεμάχιο εργασίας. Οι τυπωμένες γκοφρέτες είναι συνήθως τέσσερις φορές μικρότερες από τις ίδιες τις μάσκες.

Όλο το χρησιμοποιημένο φωτοανθεκτικό (το οποίο έχει αλλάξει τη διαλυτότητά του υπό την επίδραση της ακτινοβολίας) αφαιρείται με ένα ειδικό χημικό διάλυμα - μαζί με αυτό, διαλύεται και μέρος του υποστρώματος κάτω από το φωτισμένο φωτοανθεκτικό. Το τμήμα του υποστρώματος που προστατεύτηκε από το φως με τη μάσκα δεν θα διαλυθεί. Σχηματίζει έναν αγωγό ή μελλοντικό ενεργό στοιχείο - το αποτέλεσμα αυτής της προσέγγισης είναι διαφορετικά μοτίβα κυκλωμάτων σε κάθε στρώμα του μικροεπεξεργαστή.

Στην πραγματικότητα, όλα τα προηγούμενα βήματα ήταν απαραίτητα προκειμένου να δημιουργηθούν δομές ημιαγωγών στις απαιτούμενες θέσεις με την εισαγωγή μιας ακαθαρσίας δότη (n-type) ή δέκτη (p-type). Ας υποθέσουμε ότι πρέπει να δημιουργήσουμε μια περιοχή συγκέντρωσης φορέων τύπου p στο πυρίτιο, δηλαδή μια ζώνη αγωγιμότητας οπών. Για να γίνει αυτό, η γκοφρέτα επεξεργάζεται χρησιμοποιώντας μια συσκευή που ονομάζεται εμφυτευτής - ιόντα βορίου με τεράστια ενέργεια εκτοξεύονται από έναν επιταχυντή υψηλής τάσης και κατανέμονται ομοιόμορφα σε απροστάτευτες ζώνες που σχηματίζονται κατά τη φωτολιθογραφία.

Όπου έχει αφαιρεθεί το διηλεκτρικό, τα ιόντα διεισδύουν στο στρώμα του απροστάτευτου πυριτίου - διαφορετικά «κολλάνε» στο διηλεκτρικό. Μετά την επόμενη διαδικασία χάραξης, τα υπολείμματα του διηλεκτρικού αφαιρούνται και παραμένουν ζώνες στην πλάκα στις οποίες υπάρχει τοπικό βόριο. Είναι σαφές ότι οι σύγχρονοι επεξεργαστές μπορεί να έχουν πολλά τέτοια στρώματα - σε αυτή την περίπτωση, ένα διηλεκτρικό στρώμα αναπτύσσεται ξανά στην εικόνα που προκύπτει και στη συνέχεια όλα ακολουθούν την καλοδιαπραγματευμένη διαδρομή - ένα άλλο στρώμα φωτοανθεκτικού, η διαδικασία φωτολιθογραφίας (χρησιμοποιώντας μια νέα μάσκα) , χάραξη, εμφύτευση...

Τα λογικά στοιχεία που σχηματίζονται κατά τη διαδικασία της φωτολιθογραφίας πρέπει να συνδέονται μεταξύ τους. Για να γίνει αυτό, οι πλάκες τοποθετούνται σε ένα διάλυμα θειικού χαλκού, στο οποίο, υπό την επίδραση ηλεκτρικού ρεύματος, άτομα μετάλλου «εγκαθίστανται» στις υπόλοιπες «διόδους» - ως αποτέλεσμα αυτής της γαλβανικής διαδικασίας, σχηματίζονται αγώγιμες περιοχές , δημιουργώντας συνδέσεις μεταξύ επιμέρους τμημάτων της «λογικής» του επεξεργαστή. Η υπερβολική αγώγιμη επίστρωση αφαιρείται με γυάλισμα.

Ούρα - το πιο δύσκολο κομμάτι τελείωσε. Το μόνο που μένει είναι ένας πονηρός τρόπος για να συνδέσετε τα «υπολείμματα» των τρανζίστορ - η αρχή και η ακολουθία όλων αυτών των συνδέσεων (διαύλων) ονομάζεται αρχιτεκτονική επεξεργαστή. Αυτές οι συνδέσεις είναι διαφορετικές για κάθε επεξεργαστή - αν και τα κυκλώματα φαίνονται εντελώς επίπεδα, σε ορισμένες περιπτώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν έως και 30 επίπεδα τέτοιων "καλωδίων".

Όταν ολοκληρωθεί η επεξεργασία της γκοφρέτας, οι γκοφρέτες μεταφέρονται από την παραγωγή στο κατάστημα συναρμολόγησης και δοκιμών. Εκεί, οι κρύσταλλοι υποβάλλονται στις πρώτες δοκιμές και όσοι περάσουν τη δοκιμή (και αυτή είναι η συντριπτική πλειοψηφία) κόβονται από το υπόστρωμα με ειδική συσκευή.

Στο επόμενο στάδιο, ο επεξεργαστής συσκευάζεται σε ένα υπόστρωμα (στην εικόνα - ένας επεξεργαστής Intel Core i5, που αποτελείται από μια CPU και ένα τσιπ γραφικών HD).

Το υπόστρωμα, το κρύσταλλο και το κάλυμμα διανομής θερμότητας συνδέονται μεταξύ τους - αυτό είναι το προϊόν που θα εννοούμε όταν λέμε τη λέξη "επεξεργαστής". Το πράσινο υπόστρωμα δημιουργεί μια ηλεκτρική και μηχανική διεπαφή (ο χρυσός χρησιμοποιείται για την ηλεκτρική σύνδεση του τσιπ πυριτίου με το σώμα), χάρη στην οποία θα γίνει πιθανή εγκατάσταση CPU στην υποδοχή μητρική πλακέτα- στην πραγματικότητα, αυτή είναι απλώς μια πλατφόρμα στην οποία δρομολογούνται οι επαφές από ένα μικρό τσιπ. Το κάλυμμα διανομής θερμότητας είναι μια θερμική διεπαφή που ψύχει τον επεξεργαστή κατά τη λειτουργία - σε αυτό το κάλυμμα θα είναι δίπλα το σύστημα ψύξης, είτε είναι ένα ψυχρότερο ψυγείο είτε ένα υγιές μπλοκ νερού.

Τώρα φανταστείτε ότι μια εταιρεία ανακοινώνει, για παράδειγμα, 20 νέους επεξεργαστές. Είναι όλα διαφορετικά μεταξύ τους - ο αριθμός των πυρήνων, οι όγκοι της κρυφής μνήμης, οι υποστηριζόμενες τεχνολογίες... Κάθε μοντέλο επεξεργαστή χρησιμοποιεί έναν ορισμένο αριθμό τρανζίστορ (μετρώντας σε εκατομμύρια, ακόμη και σε δισεκατομμύρια), τη δική του αρχή σύνδεσης στοιχείων... Και όλα αυτό πρέπει να σχεδιαστεί και να δημιουργηθεί / αυτοματοποιηθεί - πρότυπα, φακοί, λιθογραφία, εκατοντάδες παράμετροι για κάθε διαδικασία, δοκιμές... Και όλα αυτά θα πρέπει να λειτουργούν όλο το εικοσιτετράωρο, σε πολλά εργοστάσια ταυτόχρονα... Ως αποτέλεσμα, θα πρέπει να εμφανίζονται συσκευές που δεν έχουν περιθώρια λάθους στη λειτουργία... Και το κόστος αυτών των τεχνολογικών αριστουργημάτων πρέπει να είναι εντός των ορίων της ευπρέπειας...

Σχεδόν όλοι γνωρίζουν ότι το κύριο στοιχείο μεταξύ όλων των «σκληρών» εξαρτημάτων ενός υπολογιστή είναι ο κεντρικός επεξεργαστής. Αλλά ο κύκλος των ανθρώπων που κατανοούν πώς λειτουργεί ένας επεξεργαστής είναι πολύ περιορισμένος. Οι περισσότεροι χρήστες δεν έχουν ιδέα για αυτό. Και ακόμη και όταν το σύστημα αρχίζει ξαφνικά να επιβραδύνεται, πολλοί πιστεύουν ότι ο επεξεργαστής είναι αυτός που δεν λειτουργεί καλά και δεν δίνουν σημασία σε άλλους παράγοντες. Για να κατανοήσουμε πλήρως την κατάσταση, ας δούμε μερικές πτυχές της λειτουργίας της CPU.

Τι είναι μια κεντρική μονάδα επεξεργασίας;

Από τι αποτελείται ο επεξεργαστής;

Αν μιλάμε για το πώς λειτουργεί ένας επεξεργαστής Intel ή ο ανταγωνιστής του AMD, πρέπει να εξετάσετε πώς έχουν σχεδιαστεί αυτά τα τσιπ. Ο πρώτος μικροεπεξεργαστής (παρεμπιπτόντως, ήταν από την Intel, μοντέλο 4040) εμφανίστηκε το 1971. Μπορούσε να εκτελέσει μόνο τις απλούστερες πράξεις πρόσθεσης και αφαίρεσης με επεξεργασία μόνο 4 bit πληροφοριών, δηλαδή είχε αρχιτεκτονική 4 bit.

Οι σύγχρονοι επεξεργαστές, όπως και οι πρωτότοκοι, βασίζονται σε τρανζίστορ και είναι πολύ πιο γρήγοροι. Κατασκευάζονται με φωτολιθογραφία από έναν ορισμένο αριθμό μεμονωμένων πλακών πυριτίου που συνθέτουν έναν μόνο κρύσταλλο στον οποίο είναι αποτυπωμένα τα τρανζίστορ. Το κύκλωμα δημιουργείται σε ειδικό επιταχυντή χρησιμοποιώντας επιταχυνόμενα ιόντα βορίου. Στην εσωτερική δομή των επεξεργαστών, τα κύρια στοιχεία είναι πυρήνες, διαύλους και λειτουργικά σωματίδια που ονομάζονται αναθεωρήσεις.

Κύρια Χαρακτηριστικά

Όπως κάθε άλλη συσκευή, ο επεξεργαστής χαρακτηρίζεται από ορισμένες παραμέτρους, οι οποίες δεν μπορούν να αγνοηθούν όταν απαντάμε στην ερώτηση πώς λειτουργεί ο επεξεργαστής. Πρώτα από όλα αυτό:

• αριθμός πυρήνων?
• αριθμός νημάτων?
• μέγεθος προσωρινής μνήμης (εσωτερική μνήμη).
• συχνότητα ρολογιού?
• ταχύτητα ελαστικού.

Προς το παρόν, ας επικεντρωθούμε στη συχνότητα του ρολογιού. Δεν είναι για τίποτα που ο επεξεργαστής ονομάζεται η καρδιά του υπολογιστή. Όπως η καρδιά, λειτουργεί σε λειτουργία παλμών με συγκεκριμένο αριθμό παλμών ανά δευτερόλεπτο. Η συχνότητα ρολογιού μετριέται σε MHz ή GHz. Όσο υψηλότερο είναι, τόσο περισσότερες λειτουργίες μπορεί να εκτελέσει η συσκευή.

Σε ποια συχνότητα λειτουργεί ο επεξεργαστής, μπορείτε να μάθετε από τα δηλωμένα χαρακτηριστικά του ή να δείτε τις πληροφορίες στο Αλλά κατά την επεξεργασία εντολών, η συχνότητα μπορεί να αλλάξει και κατά το overclocking (overlocking) μπορεί να αυξηθεί σε ακραία όρια. Έτσι, η δηλωμένη τιμή είναι απλώς ένας μέσος δείκτης.

Ο αριθμός των πυρήνων είναι ένας δείκτης που καθορίζει τον αριθμό των κέντρων επεξεργασίας του επεξεργαστή (δεν πρέπει να συγχέεται με τα νήματα - ο αριθμός των πυρήνων και των νημάτων μπορεί να μην είναι ο ίδιος). Λόγω αυτής της κατανομής, είναι δυνατή η ανακατεύθυνση λειτουργιών σε άλλους πυρήνες, αυξάνοντας έτσι τη συνολική απόδοση.

Πώς λειτουργεί ένας επεξεργαστής: επεξεργασία εντολών

Τώρα λίγα για τη δομή των εκτελέσιμων εντολών. Αν κοιτάξετε πώς λειτουργεί ένας επεξεργαστής, πρέπει να καταλάβετε ξεκάθαρα ότι οποιαδήποτε εντολή έχει δύο στοιχεία - ένα λειτουργικό και ένα τελεστή.

Το λειτουργικό μέρος καθορίζει τι πρέπει να κάνει το σύστημα του υπολογιστή τη δεδομένη στιγμή. Επιπλέον, ο πυρήνας του επεξεργαστή μπορεί να περιέχει δύο υπολογιστικά κέντρα (containers, threads), τα οποία χωρίζουν την εκτέλεση μιας εντολής σε διάφορα στάδια:

• παραγωγή;
• αποκρυπτογράφηση?
• εκτέλεση εντολής?
• πρόσβαση στη μνήμη του ίδιου του επεξεργαστή
• σώζοντας το αποτέλεσμα.

Σήμερα, η χωριστή προσωρινή αποθήκευση χρησιμοποιείται με τη μορφή χρήσης δύο επιπέδων κρυφής μνήμης, η οποία αποφεύγει την υποκλοπή από δύο ή περισσότερες εντολές πρόσβασης σε ένα από τα μπλοκ μνήμης.

Ανάλογα με τον τύπο επεξεργασίας εντολών, οι επεξεργαστές χωρίζονται σε γραμμικούς (εκτέλεση εντολών με τη σειρά που γράφτηκαν), κυκλικούς και διακλαδωτικούς (εκτέλεση εντολών μετά την επεξεργασία συνθηκών διακλάδωσης).

Λειτουργίες που πραγματοποιήθηκαν

Ανάμεσα στις κύριες λειτουργίες που έχουν ανατεθεί στον επεξεργαστή, όσον αφορά τις εντολές ή τις εντολές που εκτελούνται, διακρίνονται τρεις κύριες εργασίες:

• μαθηματικές πράξεις που βασίζονται σε μια αριθμητική-λογική συσκευή.
• μετακίνηση δεδομένων (πληροφοριών) από έναν τύπο μνήμης σε άλλον.
• λήψη απόφασης σχετικά με την εκτέλεση μιας εντολής και βάσει αυτής, επιλογή της μετάβασης στην εκτέλεση άλλων συνόλων εντολών.

Αλληλεπίδραση με τη μνήμη (ROM και RAM)

Σε αυτή τη διαδικασία, τα στοιχεία που πρέπει να σημειωθούν είναι ο δίαυλος και το κανάλι ανάγνωσης-εγγραφής, τα οποία συνδέονται με τις συσκευές αποθήκευσης. Η ROM περιέχει ένα σταθερό σύνολο byte. Πρώτα, ο δίαυλος διεύθυνσης ζητά ένα συγκεκριμένο byte από τη ROM, στη συνέχεια το μεταφέρει στο δίαυλο δεδομένων, μετά από το οποίο το κανάλι ανάγνωσης αλλάζει την κατάστασή του και η ROM παρέχει το ζητούμενο byte.

Αλλά οι επεξεργαστές δεν μπορούν μόνο να διαβάσουν δεδομένα από ΕΜΒΟΛΟ, αλλά και να τα γράψετε. Σε αυτήν την περίπτωση, χρησιμοποιείται το κανάλι εγγραφής. Αλλά, αν το κοιτάξετε, σε γενικές γραμμές, οι σύγχρονοι υπολογιστές, καθαρά θεωρητικά, θα μπορούσαν να κάνουν χωρίς καθόλου RAM, αφού σύγχρονους μικροελεγκτέςμπορεί να τοποθετήσει τα απαιτούμενα byte δεδομένων απευθείας στη μνήμη του ίδιου του τσιπ επεξεργαστή. Αλλά δεν υπάρχει τρόπος χωρίς ROM.

Μεταξύ άλλων, το σύστημα ξεκινά από τη λειτουργία δοκιμής υλικού (εντολές BIOS) και μόνο τότε ο έλεγχος μεταφέρεται στο λειτουργικό σύστημα φόρτωσης.

Πώς να ελέγξετε εάν ο επεξεργαστής λειτουργεί;

Τώρα ας δούμε μερικές πτυχές του ελέγχου της απόδοσης του επεξεργαστή. Πρέπει να γίνει ξεκάθαρα κατανοητό ότι εάν ο επεξεργαστής δεν λειτουργούσε, ο υπολογιστής δεν θα μπορούσε να ξεκινήσει καθόλου τη φόρτωση.

Είναι άλλο θέμα όταν πρέπει να κοιτάξετε τον δείκτη της χρήσης των δυνατοτήτων του επεξεργαστή σε μια συγκεκριμένη στιγμή. Αυτό μπορεί να γίνει από τον τυπικό "Task Manager" (απέναντι από οποιαδήποτε διαδικασία υποδεικνύεται πόσο τοις εκατό του φορτίου του επεξεργαστή παρέχει). Για να προσδιορίσετε οπτικά αυτήν την παράμετρο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την καρτέλα απόδοση, όπου οι αλλαγές παρακολουθούνται σε πραγματικό χρόνο. Μπορείτε να δείτε τις προηγμένες επιλογές χρησιμοποιώντας ειδικά προγράμματαπχ CPU-Z.

Επιπλέον, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε πολλούς πυρήνες επεξεργαστή χρησιμοποιώντας (msconfig) και πρόσθετες παραμέτρους εκκίνησης.

Πιθανά προβλήματα

Τέλος, λίγα λόγια για τα προβλήματα. Πολλοί χρήστες ρωτούν συχνά, γιατί ο επεξεργαστής λειτουργεί, αλλά η οθόνη δεν ανάβει; ΝΑ κεντρικός επεξεργαστήςαυτή η κατάσταση δεν έχει καμία σχέση με αυτό. Το γεγονός είναι ότι όταν ενεργοποιείτε οποιονδήποτε υπολογιστή, ελέγχεται πρώτα ο προσαρμογέας γραφικών και μόνο μετά όλα τα άλλα. Ίσως το πρόβλημα να βρίσκεται ακριβώς στον επεξεργαστή του τσιπ γραφικών (όλοι οι σύγχρονοι επιταχυντές βίντεο έχουν τους δικούς τους επεξεργαστές γραφικών).

Αλλά χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της λειτουργίας του ανθρώπινου σώματος, πρέπει να καταλάβετε ότι σε περίπτωση καρδιακής ανακοπής, ολόκληρο το σώμα πεθαίνει. Το ίδιο και με τους υπολογιστές. Ο επεξεργαστής δεν λειτουργεί - ολόκληρο το σύστημα υπολογιστή "πεθαίνει".

Οι σύγχρονοι μικροεπεξεργαστές είναι από τις πιο σύνθετες συσκευές που κατασκευάζονται από τον άνθρωπο. Η παραγωγή ενός κρυστάλλου ημιαγωγών απαιτεί πολύ περισσότερους πόρους από την κατασκευή ενός πολυώροφου κτιρίου ή τη διοργάνωση μιας μεγάλης εκθεσιακής εκδήλωσης. Ωστόσο, χάρη στη μαζική παραγωγή CPU σε νομισματικούς όρους, δεν το παρατηρούμε και σπάνια σκέφτεται κανείς την τεράστια έκταση των στοιχείων που καταλαμβάνουν μια τόσο περίοπτη θέση στο εσωτερικό μονάδα συστήματος. Αποφασίσαμε να μελετήσουμε τις λεπτομέρειες της παραγωγής επεξεργαστή και να μιλήσουμε για αυτές σε αυτό το υλικό. Ευτυχώς, σήμερα υπάρχουν αρκετές πληροφορίες για αυτό το θέμα στο Διαδίκτυο και μια εξειδικευμένη επιλογή παρουσιάσεων και διαφανειών από την Intel Corporation σάς επιτρέπει να ολοκληρώσετε την εργασία όσο το δυνατόν πιο καθαρά. Οι επιχειρήσεις άλλων κολοσσών της βιομηχανίας ημιαγωγών λειτουργούν με την ίδια αρχή, επομένως μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι όλα τα σύγχρονα μικροκυκλώματα περνούν από την ίδια διαδρομή δημιουργίας.

Το πρώτο πράγμα που αξίζει να αναφέρουμε είναι το δομικό υλικό για τους επεξεργαστές. Το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο κοινό στοιχείο στον πλανήτη μετά το οξυγόνο. Είναι φυσικός ημιαγωγός και χρησιμοποιείται ως κύριο υλικό για την παραγωγή τσιπ διαφόρων μικροκυκλωμάτων. Το μεγαλύτερο μέρος του πυριτίου βρίσκεται στη συνηθισμένη άμμο (ιδιαίτερα στον χαλαζία) με τη μορφή διοξειδίου του πυριτίου (SiO2).

Ωστόσο, το πυρίτιο δεν είναι το μόνο υλικό. Ο πλησιέστερος συγγενής και υποκατάστατό του είναι το γερμάνιο, αλλά στη διαδικασία βελτίωσης της παραγωγής, οι επιστήμονες εντοπίζουν καλές ιδιότητες ημιαγωγών σε ενώσεις άλλων στοιχείων και ετοιμάζονται να τις δοκιμάσουν στην πράξη ή το κάνουν ήδη.

1 Το πυρίτιο περνά από μια διαδικασία καθαρισμού πολλαπλών σταδίων: οι πρώτες ύλες για μικροκυκλώματα δεν μπορούν να περιέχουν περισσότερες ακαθαρσίες από ένα ξένο άτομο ανά δισεκατομμύριο.

2 Το πυρίτιο τήκεται σε ειδικό δοχείο και, έχοντας χαμηλώσει μέσα μια περιστρεφόμενη ράβδο που ψύχεται συνεχώς, η ουσία «τυλίγεται» γύρω της χάρη στις δυνάμεις επιφανειακής τάσης.

3 Το αποτέλεσμα είναι διαμήκη ακατέργαστα τεμάχια (μονοί κρύσταλλοι) κυκλικής διατομής, που το καθένα ζυγίζει περίπου 100 κιλά.

4 Το τεμάχιο εργασίας κόβεται σε μεμονωμένους δίσκους πυριτίου - γκοφρέτες, στους οποίους θα βρίσκονται εκατοντάδες μικροεπεξεργαστές. Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται μηχανήματα με δίσκους κοπής διαμαντιών ή εγκαταστάσεις λειαντικών συρμάτων.

5 Τα υποστρώματα γυαλίζονται σε φινίρισμα καθρέφτη για την εξάλειψη όλων των επιφανειακών ελαττωμάτων. Το επόμενο βήμα είναι η εφαρμογή της πιο λεπτής στρώσης φωτοπολυμερούς.

6 Το επεξεργασμένο υπόστρωμα εκτίθεται σε σκληρή υπεριώδη ακτινοβολία. Μια χημική αντίδραση λαμβάνει χώρα στο στρώμα φωτοπολυμερούς: το φως, περνώντας μέσα από πολλά στένσιλ, επαναλαμβάνει τα σχέδια των στρωμάτων της CPU.

7 Πραγματικό μέγεθοςΗ εφαρμοζόμενη εικόνα είναι αρκετές φορές μικρότερη από το ίδιο το στένσιλ.

8 Οι περιοχές που «χαράσσονται» από την ακτινοβολία ξεπλένονται. Λαμβάνεται ένα σχέδιο στο υπόστρωμα πυριτίου, το οποίο στη συνέχεια συγκολλάται.

9 Το επόμενο στάδιο στην κατασκευή ενός στρώματος είναι ο ιονισμός, κατά τον οποίο περιοχές πυριτίου χωρίς πολυμερή βομβαρδίζονται με ιόντα.

10 Στα σημεία που χτυπούν αλλάζουν οι ιδιότητες της ηλεκτρικής αγωγιμότητας.

11 Το υπόλοιπο πολυμερές αφαιρείται και το τρανζίστορ είναι σχεδόν πλήρες. Γίνονται τρύπες στα μονωτικά στρώματα, τα οποία, χάρη σε χημική αντίδρασηγεμάτο με άτομα χαλκού που χρησιμοποιούνται ως επαφές.

12 Η σύνδεση των τρανζίστορ είναι καλωδίωση πολλαπλών επιπέδων. Αν κοιτάξετε μέσα από ένα μικροσκόπιο, μπορείτε να δείτε στον κρύσταλλο πολλούς αγωγούς μετάλλων και άτομα πυριτίου τοποθετημένα ανάμεσά τους ή τα σύγχρονα υποκατάστατά του.

13 Μέρος του τελικού υποστρώματος υποβάλλεται στον πρώτο έλεγχο λειτουργικότητας. Σε αυτό το στάδιο, εφαρμόζεται ρεύμα σε καθένα από τα επιλεγμένα τρανζίστορ και το αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχει τις παραμέτρους λειτουργίας του ημιαγωγού.

14 Το υπόστρωμα κόβεται σε ξεχωριστά μέρη χρησιμοποιώντας τους πιο λεπτούς τροχούς κοπής.

15 Οι χρησιμοποιήσιμοι κρύσταλλοι που λαμβάνονται ως αποτέλεσμα αυτής της λειτουργίας χρησιμοποιούνται στην παραγωγή επεξεργαστών και οι ελαττωματικοί αποστέλλονται στα απόβλητα.

16 Ένα ξεχωριστό τσιπ από το οποίο θα κατασκευαστεί ο επεξεργαστής τοποθετείται μεταξύ της βάσης (υποστρώματος) της CPU και του καλύμματος διανομής θερμότητας και «συσκευάζεται».

17 Κατά τη διάρκεια της τελικής δοκιμής, οι έτοιμοι επεξεργαστές ελέγχονται για συμμόρφωση με τις απαιτούμενες παραμέτρους και μόνο τότε ταξινομούνται. Με βάση τα δεδομένα που λαμβάνονται, ο μικροκώδικας αναβοσβήνει σε αυτά, επιτρέποντας στο σύστημα να αναγνωρίσει σωστά τη CPU.

18 Έτοιμες συσκευέςσυσκευάζονται και αποστέλλονται στην αγορά.

"Silicon Valley" (Silicon Valley, ΗΠΑ, Καλιφόρνια)

Πήρε το όνομά του από το κύριο δομικό στοιχείο που χρησιμοποιείται στην παραγωγή μικροτσίπ.

"Γιατί οι γκοφρέτες επεξεργαστών είναι στρογγυλές;"- μάλλον θα ρωτήσεις.

Για την παραγωγή κρυστάλλων πυριτίου, χρησιμοποιείται μια τεχνολογία που καθιστά δυνατή την απόκτηση μόνο κυλινδρικών τεμαχίων, τα οποία στη συνέχεια κόβονται σε κομμάτια. Μέχρι τώρα, κανείς δεν μπόρεσε να παράγει μια τετράγωνη πλάκα χωρίς ελαττώματα.

Γιατί τα μικροτσίπ είναι τετράγωνα;

Είναι αυτός ο τύπος λιθογραφίας που επιτρέπει τη χρήση της περιοχής γκοφρέτας με μέγιστη απόδοση.

Γιατί οι επεξεργαστές χρειάζονται τόσα πολλά pin/pins;

Εκτός από τις γραμμές σήματος, κάθε επεξεργαστής απαιτεί σταθερή ισχύ για να λειτουργήσει. Με κατανάλωση ισχύος περίπου 100-120 W και χαμηλή τάση, ένα ρεύμα έως και 100 A μπορεί να ρέει μέσα από τις επαφές Ένα σημαντικό μέρος των επαφών της CPU είναι αφιερωμένο ειδικά στο σύστημα τροφοδοσίας και είναι διπλό.

Διάθεση απορριμμάτων παραγωγής

Προηγουμένως, οι ελαττωματικές γκοφρέτες, τα υπολείμματά τους και τα ελαττωματικά μικροτσίπ πήγαν χαμένα. Σήμερα, βρίσκονται σε εξέλιξη εξελίξεις για τη χρήση τους ως βάση για την παραγωγή ηλιακών κυψελών.

"Κοστούμι λαγουδάκι"

Αυτό είναι το όνομα που δίνουν οι λευκές φόρμες που υποχρεούνται να φορούν όλοι οι εργαζόμενοι στις εγκαταστάσεις παραγωγής. Αυτό γίνεται για τη διατήρηση της μέγιστης καθαριότητας και την προστασία από τυχαία είσοδο σωματιδίων σκόνης στις εγκαταστάσεις παραγωγής. Το "κουνελάκι" χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά σε εργοστάσια επεξεργασίας το 1973 και έκτοτε έχει γίνει αποδεκτό πρότυπο.

99,9999%

Μόνο πυρίτιο υψηλής καθαρότητας είναι κατάλληλο για την παραγωγή επεξεργαστών. Τα τεμάχια εργασίας καθαρίζονται με ειδικά χημικά.

300 χλστ

Αυτή είναι η διάμετρος των σύγχρονων πλακών πυριτίου για την παραγωγή επεξεργαστών.

1000 φορές

Αυτό είναι πόσο πιο καθαρός είναι ο αέρας στις εγκαταστάσεις των εργοστασίων τσιπ παρά στο χειρουργείο.

20 στρώσεις

Το τσιπ του επεξεργαστή είναι πολύ λεπτό (λιγότερο από ένα χιλιοστό), αλλά περιέχει περισσότερα από 20 στρώματα πολύπλοκων δομικών συνδυασμών τρανζίστορ που μοιάζουν με αυτοκινητόδρομους πολλαπλών επιπέδων.

2500

Αυτό ακριβώς είναι το πόσα τσιπ του επεξεργαστή Intel Atom (έχουν τη μικρότερη περιοχή μεταξύ των σύγχρονων CPU) τοποθετούνται σε μια γκοφρέτα 300 mm.

10 000 000 000 000 000 000

Εκατό πεντοσεκατομμύρια τρανζίστορ, τα δομικά στοιχεία των μικροτσίπ, αποστέλλονται από τα εργοστάσια κάθε χρόνο. Αυτός είναι περίπου 100 φορές μεγαλύτερος από τον εκτιμώμενο αριθμό μυρμηγκιών στον πλανήτη.

ΕΝΑ

Το κόστος παραγωγής ενός τρανζίστορ σε έναν επεξεργαστή σήμερα είναι ίσο με το κόστος εκτύπωσης ενός γράμματος σε μια εφημερίδα.

Κατά τη διαδικασία προετοιμασίας αυτού του άρθρου, χρησιμοποιήθηκαν υλικά από τον επίσημο ιστότοπο της Intel Corporation, www.intel.ua

Πώς κατασκευάζονται τα μικροκυκλώματα;

Για να κατανοήσουμε ποια είναι η κύρια διαφορά μεταξύ αυτών των δύο τεχνολογιών, είναι απαραίτητο να κάνουμε μια σύντομη εκδρομή στην ίδια την τεχνολογία παραγωγής σύγχρονων επεξεργαστών ή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.

Όπως γνωρίζετε από ένα σχολικό μάθημα φυσικής, στα σύγχρονα ηλεκτρονικά τα κύρια συστατικά των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων είναι οι ημιαγωγοί τύπου p και τύπου n (ανάλογα με τον τύπο αγωγιμότητας). Ημιαγωγός είναι μια ουσία της οποίας η αγωγιμότητα είναι ανώτερη από τα διηλεκτρικά, αλλά κατώτερη από τα μέταλλα. Η βάση και των δύο τύπων ημιαγωγών μπορεί να είναι το πυρίτιο (Si), το οποίο στην καθαρή του μορφή (ο λεγόμενος ενδογενής ημιαγωγός) δεν άγει το ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά η προσθήκη (εισαγωγή) ορισμένης ακαθαρσίας στο πυρίτιο μπορεί να αλλάξει ριζικά τις αγώγιμες ιδιότητες του . Υπάρχουν δύο τύποι ακαθαρσιών: δότης και δέκτης. Η ακαθαρσία του δότη οδηγεί στο σχηματισμό ημιαγωγών τύπου n γ ηλεκτρονικού τύπουαγωγιμότητα, και ο δέκτης οδηγεί στο σχηματισμό ημιαγωγών τύπου p με αγωγιμότητα τύπου οπής.

Οι επαφές των ημιαγωγών p- και n καθιστούν δυνατό τον σχηματισμό τρανζίστορ - τα κύρια δομικά στοιχεία των σύγχρονων μικροκυκλωμάτων. Αυτά τα τρανζίστορ, που ονομάζονται τρανζίστορ CMOS, μπορούν να υπάρχουν σε δύο βασικές καταστάσεις: ανοιχτό, όταν αγώγουν ηλεκτρισμό και εκτός λειτουργίας, όταν δεν αγώγουν ηλεκτρισμό. Δεδομένου ότι τα τρανζίστορ CMOS είναι τα κύρια στοιχεία των σύγχρονων μικροκυκλωμάτων, ας μιλήσουμε για αυτά με περισσότερες λεπτομέρειες.

Πώς λειτουργεί ένα τρανζίστορ CMOS; Το απλούστερο τρανζίστορ CMOS τύπου n έχει τρία ηλεκτρόδια: πηγή, πύλη και αποστράγγιση.Το ίδιο το τρανζίστορ είναι κατασκευασμένο από ημιαγωγό τύπου p με αγωγιμότητα οπών και ημιαγωγοί τύπου n με ηλεκτρονική αγωγιμότητα σχηματίζονται στις περιοχές αποστράγγισης και πηγής.

Ωστόσο, εάν εφαρμοστεί ένα θετικό δυναμικό στην πύλη (Εικ. 1), η κατάσταση θα αλλάξει ριζικά. Υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου της πύλης, οπές ωθούνται βαθιά στον ημιαγωγό p και τα ηλεκτρόνια, αντίθετα, έλκονται στην περιοχή κάτω από την πύλη, σχηματίζοντας ένα κανάλι πλούσιο σε ηλεκτρόνια μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης. Εάν εφαρμοστεί θετική τάση στην πύλη, αυτά τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να μετακινούνται από την πηγή στην αποστράγγιση. Σε αυτή την περίπτωση, το τρανζίστορ φέρνει ρεύμα το τρανζίστορ λέγεται ότι «ανοίγει». Εάν αφαιρεθεί η τάση από την πύλη, τα ηλεκτρόνια σταματούν να έλκονται στην περιοχή μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης, το αγώγιμο κανάλι καταστρέφεται και το τρανζίστορ σταματά να διέρχεται ρεύμα, δηλαδή «σβήνει». Έτσι, αλλάζοντας την τάση στην πύλη, μπορείτε να ανοίξετε ή να κλείσετε το τρανζίστορ, όπως μπορείτε να ενεργοποιήσετε ή να απενεργοποιήσετε έναν κανονικό διακόπτη εναλλαγής, ελέγχοντας τη ροή του ρεύματος μέσω του κυκλώματος. Αυτός είναι ο λόγος που τα τρανζίστορ ονομάζονται μερικές φορές ηλεκτρονικοί διακόπτες.

Ωστόσο, σε αντίθεση με τους συμβατικούς μηχανικούς διακόπτες, τα τρανζίστορ CMOS είναι ουσιαστικά χωρίς αδράνεια και είναι ικανά να αλλάζουν από το on στο off τρισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο! Αυτό το χαρακτηριστικό, δηλαδή η δυνατότητα στιγμιαίας εναλλαγής, είναι που καθορίζει τελικά την απόδοση του επεξεργαστή, ο οποίος αποτελείται από δεκάδες εκατομμύρια τέτοια απλά τρανζίστορ.

Έτσι, ένα σύγχρονο ολοκληρωμένο κύκλωμα αποτελείται από δεκάδες εκατομμύρια απλά τρανζίστορ CMOS. Ας σταθούμε αναλυτικότερα στη διαδικασία κατασκευής μικροκυκλωμάτων, το πρώτο στάδιο της οποίας είναι η παραγωγή υποστρωμάτων πυριτίου.

Βήμα 1. Μεγαλώνοντας κενά

Όταν σχηματίζονται πλακίδια από μονοκρυστάλλους πυριτίου, λαμβάνεται υπόψη το γεγονός ότι για τις ιδανικές κρυσταλλικές δομές οι φυσικές ιδιότητες εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την επιλεγμένη κατεύθυνση (ιδιότητα ανισοτροπίας). Για παράδειγμα, η αντίσταση ενός υποστρώματος πυριτίου θα είναι διαφορετική στη διαμήκη και εγκάρσια κατεύθυνση. Ομοίως, ανάλογα με τον προσανατολισμό του κρυσταλλικού πλέγματος, ο κρύσταλλος πυριτίου θα αντιδράσει διαφορετικά σε οποιεσδήποτε εξωτερικές επιρροές που σχετίζονται με την περαιτέρω επεξεργασία του (για παράδειγμα, χάραξη, ψεκασμός κ.λπ.).

Επομένως, η πλάκα πρέπει να κοπεί από έναν μόνο κρύσταλλο με τέτοιο τρόπο ώστε ο προσανατολισμός του κρυσταλλικού πλέγματος σε σχέση με την επιφάνεια να διατηρείται αυστηρά σε μια ορισμένη κατεύθυνση. Όπως έχει ήδη σημειωθεί, η διάμετρος του τεμαχίου επεξεργασίας μονού κρυστάλλου πυριτίου είναι είτε 200 είτε 300 mm. Επιπλέον, η διάμετρος των 300 mm είναι μια σχετικά νέα τεχνολογία, την οποία θα συζητήσουμε παρακάτω. Είναι σαφές ότι μια πλάκα αυτής της διαμέτρου μπορεί να φιλοξενήσει περισσότερα από ένα μικροκυκλώματα, ακόμα κι αν μιλάμε γιαΕπεξεργαστής Intel

Pentium 4. Πράγματι, πολλές δεκάδες μικροκυκλώματα (επεξεργαστές) σχηματίζονται σε μια τέτοια πλάκα υποστρώματος, αλλά για λόγους απλότητας θα εξετάσουμε μόνο τις διεργασίες που συμβαίνουν σε μια μικρή περιοχή ενός μελλοντικού μικροεπεξεργαστή.

Βήμα 2. Εφαρμογή προστατευτικής μεμβράνης διηλεκτρικού (SiO2)

Μετά το σχηματισμό του υποστρώματος πυριτίου ξεκινά το στάδιο της δημιουργίας μιας πολύπλοκης δομής ημιαγωγών.

Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να εισαχθούν στο πυρίτιο οι λεγόμενες ακαθαρσίες δότη και δέκτη. Ωστόσο, τίθεται το ερώτημα: πώς να εισάγουμε ακαθαρσίες σύμφωνα με ένα ακριβώς καθορισμένο μοτίβο; Για να γίνει αυτό δυνατό, οι περιοχές όπου δεν χρειάζεται να εισαχθούν ακαθαρσίες προστατεύονται με ένα ειδικό φιλμ διοξειδίου του πυριτίου, αφήνοντας εκτεθειμένες μόνο εκείνες τις περιοχές που υπόκεινται σε περαιτέρω επεξεργασία (Εικ. 2). Η διαδικασία σχηματισμού μιας τέτοιας προστατευτικής μεμβράνης του επιθυμητού σχεδίου αποτελείται από διάφορα στάδια.(από 900 έως 1100 °C) και πίεση, λαμβάνει χώρα διάχυση οξυγόνου στα επιφανειακά στρώματα της γκοφρέτας, οδηγώντας σε οξείδωση του πυριτίου και σχηματισμό επιφανειακής μεμβράνης διοξειδίου του πυριτίου. Προκειμένου η μεμβράνη διοξειδίου του πυριτίου να έχει ένα επακριβώς καθορισμένο πάχος και να μην έχει ελαττώματα, είναι απαραίτητο να διατηρείται αυστηρά μια σταθερή θερμοκρασία σε όλα τα σημεία του πλακιδίου κατά τη διάρκεια της διαδικασίας οξείδωσης. Εάν δεν πρόκειται να καλυφθεί ολόκληρη η γκοφρέτα με μια μεμβράνη διοξειδίου του πυριτίου, τότε μια μάσκα Si3N4 εφαρμόζεται πρώτα στο υπόστρωμα πυριτίου για να αποφευχθεί η ανεπιθύμητη οξείδωση.

Βήμα 3. Εφαρμογή φωτοαντίστασης

Αφού επικαλυφθεί το υπόστρωμα πυριτίου προστατευτική μεμβράνηδιοξείδιο του πυριτίου, είναι απαραίτητο να αφαιρέσετε αυτό το φιλμ από εκείνα τα μέρη που θα υποβληθούν σε περαιτέρω επεξεργασία. Η μεμβράνη αφαιρείται με χάραξη και για να προστατευθούν οι υπόλοιπες περιοχές από τη χάραξη, εφαρμόζεται ένα στρώμα αποκαλούμενου φωτοανθεκτικού στην επιφάνεια της γκοφρέτας. Ο όρος «φωτοανθεκτικά» αναφέρεται σε ενώσεις που είναι φωτοευαίσθητες και ανθεκτικές σε επιθετικούς παράγοντες. Οι συνθέσεις που χρησιμοποιούνται πρέπει να έχουν, αφενός, ορισμένες φωτογραφικές ιδιότητες (υπό την επίδραση του υπεριώδους φωτός γίνονται διαλυτές και ξεπλένονται κατά τη διαδικασία χάραξης) και, αφετέρου, ανθεκτικές, επιτρέποντάς τους να αντέχουν στη χάραξη σε οξέα και αλκάλια , θέρμανση κ.λπ. Ο κύριος σκοπός των φωτοανθεκτικών είναι να δημιουργήσουν ένα προστατευτικό ανάγλυφο της επιθυμητής διαμόρφωσης.

Η διαδικασία εφαρμογής φωτοανθεκτικού και περαιτέρω ακτινοβόλησής του με υπεριώδες φως σύμφωνα με ένα δεδομένο σχέδιο ονομάζεται φωτολιθογραφία και περιλαμβάνει τις ακόλουθες βασικές λειτουργίες: σχηματισμός στρώματος φωτοανθεκτικού (επεξεργασία υποστρώματος, εφαρμογή, ξήρανση), σχηματισμός προστατευτικού ανάγλυφου (έκθεση, ανάπτυξη, ξήρανση) και μεταφορά της εικόνας στο υπόστρωμα (χαρακτική, ψεκασμός κ.λπ.).

Πριν από την εφαρμογή μιας στρώσης φωτοανθεκτικού (Εικ. 3) στο υπόστρωμα, το τελευταίο υποβάλλεται σε προεπεξεργασία, με αποτέλεσμα να βελτιώνεται η πρόσφυσή του στο στρώμα φωτοανθεκτικού. Για την εφαρμογή ενός ομοιόμορφου στρώματος φωτοανθεκτικού, χρησιμοποιείται η μέθοδος φυγοκέντρησης. Το υπόστρωμα τοποθετείται σε έναν περιστρεφόμενο δίσκο (φυγόκεντρο) και υπό την επίδραση φυγόκεντρων δυνάμεων, το φωτοανθεκτικό κατανέμεται στην επιφάνεια του υποστρώματος σε ένα σχεδόν ομοιόμορφο στρώμα. (Όταν μιλάμε για σχεδόν ομοιόμορφο στρώμα, λαμβάνουμε υπόψη το γεγονός ότι υπό την επίδραση φυγόκεντρων δυνάμεων, το πάχος της προκύπτουσας μεμβράνης αυξάνεται από το κέντρο προς τις άκρες, ωστόσο, αυτή η μέθοδος εφαρμογής φωτοαντίστασης μπορεί να αντέξει τις διακυμάνσεις στο στρώμα πάχος εντός ±10%).

Βήμα 4. Λιθογραφία

Μετά την εφαρμογή και ξήρανση της φωτοανθεκτικής στρώσης ξεκινά το στάδιο σχηματισμού του απαραίτητου προστατευτικού ανάγλυφου. Το ανάγλυφο σχηματίζεται ως αποτέλεσμα του γεγονότος ότι υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας που πέφτει σε ορισμένες περιοχές του στρώματος φωτοανθεκτικού, το τελευταίο αλλάζει τις ιδιότητες διαλυτότητας, για παράδειγμα, οι φωτισμένες περιοχές παύουν να διαλύονται στον διαλύτη, που αφαιρεί περιοχές το στρώμα που δεν ήταν εκτεθειμένο σε φωτισμό, ή το αντίστροφο - οι φωτισμένες περιοχές διαλύονται. Με βάση τη μέθοδο σχηματισμού ανακούφισης, τα φωτοανθεκτικά διακρίνονται σε αρνητικά και θετικά. Τα αρνητικά φωτοανθεκτικά, όταν εκτίθενται στην υπεριώδη ακτινοβολία, σχηματίζουν προστατευτικές περιοχές ανακούφισης. Τα θετικά φωτοανθεκτικά, αντίθετα, υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας αποκτούν ιδιότητες ρευστότητας και ξεπλένονται από τον διαλύτη. Κατά συνέπεια, σχηματίζεται ένα προστατευτικό στρώμα σε εκείνες τις περιοχές που δεν εκτίθενται στην υπεριώδη ακτινοβολία.

Για να φωτιστούν οι επιθυμητές περιοχές του στρώματος φωτοανθεκτικού, χρησιμοποιείται ένα ειδικό πρότυπο μάσκας.

Τις περισσότερες φορές, για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται οπτικές γυάλινες πλάκες με αδιαφανή στοιχεία που λαμβάνονται φωτογραφικά ή με άλλο τρόπο. Στην πραγματικότητα, ένα τέτοιο πρότυπο περιέχει ένα σχέδιο ενός από τα στρώματα του μελλοντικού μικροκυκλώματος (μπορεί να υπάρχουν αρκετές εκατοντάδες τέτοια στρώματα συνολικά). Εφόσον αυτό το πρότυπο αποτελεί αναφορά, πρέπει να γίνει με μεγάλη ακρίβεια. Επιπλέον, λαμβανομένου υπόψη του γεγονότος ότι πολλές πλάκες φωτογραφιών θα κατασκευαστούν από μία φωτομάσκα, θα πρέπει να είναι ανθεκτική και ανθεκτική στη φθορά. Από αυτό είναι σαφές ότι μια φωτομάσκα είναι ένα πολύ ακριβό πράγμα: ανάλογα με την πολυπλοκότητα του μικροκυκλώματος, μπορεί να κοστίσει δεκάδες χιλιάδες δολάρια.

Παρά τη φαινομενική απλότητα της φωτολιθογραφικής διαδικασίας, αυτό το στάδιο παραγωγής μικροκυκλώματος είναι το πιο περίπλοκο. Το γεγονός είναι ότι, σύμφωνα με την πρόβλεψη του Moore, ο αριθμός των τρανζίστορ σε ένα τσιπ αυξάνεται εκθετικά (διπλασιάζεται κάθε δύο χρόνια). Μια τέτοια αύξηση στον αριθμό των τρανζίστορ είναι δυνατή μόνο λόγω της μείωσης του μεγέθους τους, αλλά είναι ακριβώς η μείωση που «στηρίζεται» στη διαδικασία της λιθογραφίας. Για να γίνουν τα τρανζίστορ μικρότερα, είναι απαραίτητο να μειωθούν οι γεωμετρικές διαστάσεις των γραμμών που εφαρμόζονται στο στρώμα φωτοανθεκτικού. Αλλά υπάρχει ένα όριο σε όλα η εστίαση μιας ακτίνας λέιζερ σε ένα σημείο δεν είναι τόσο εύκολη.

Το γεγονός είναι ότι, σύμφωνα με τους νόμους της οπτικής κυμάτων, το ελάχιστο μέγεθος του σημείου στο οποίο εστιάζεται η δέσμη λέιζερ (στην πραγματικότητα, δεν είναι απλώς ένα σημείο, αλλά ένα σχέδιο περίθλασης) προσδιορίζεται, μεταξύ άλλων παραγόντων, από το μήκος κύματος του φωτός. Η ανάπτυξη της λιθογραφικής τεχνολογίας από την εφεύρεσή της στις αρχές της δεκαετίας του '70 ήταν προς την κατεύθυνση της μείωσης του μήκους κύματος του φωτός. Αυτό κατέστησε δυνατή τη μείωση του μεγέθους των στοιχείων ολοκληρωμένου κυκλώματος. Από τα μέσα της δεκαετίας του '80, η φωτολιθογραφία άρχισε να χρησιμοποιεί υπεριώδη ακτινοβολία που παράγεται από λέιζερ.

Η ιδέα είναι απλή: το μήκος κύματος της υπεριώδους ακτινοβολίας είναι μικρότερο από το μήκος κύματος του ορατού φωτός, επομένως είναι δυνατό να ληφθούν λεπτότερες γραμμές στην επιφάνεια του φωτοανθεκτικού. Μέχρι πρόσφατα, η λιθογραφία χρησιμοποιούσε βαθιά υπεριώδη ακτινοβολία (Deep Ultra Violet, DUV) με μήκος κύματος 248 nm. Ωστόσο, όταν η φωτολιθογραφία ξεπέρασε τα 200 nm, προέκυψαν σοβαρά προβλήματα που για πρώτη φορά έθεσαν αμφιβολίες για τη συνέχιση της χρήσης αυτής της τεχνολογίας. Για παράδειγμα, σε μήκη κύματος μικρότερα από 200 μικρά, απορροφάται πολύ φως από το φωτοευαίσθητο στρώμα, περιπλέκοντας και επιβραδύνοντας έτσι τη διαδικασία μεταφοράς του προτύπου κυκλώματος στον επεξεργαστή. Προβλήματα όπως αυτά ωθούν τους ερευνητές και τους κατασκευαστές να αναζητήσουν εναλλακτικές λύσεις στην παραδοσιακή τεχνολογία λιθογραφίας.

Η τρέχουσα τεχνολογία λιθογραφίας επιτρέπει ένα μοτίβο με ελάχιστο πλάτος αγωγού 100 nm, ενώ η λιθογραφία EUV καθιστά δυνατή την εκτύπωση γραμμών πολύ μικρότερου πλάτους - έως 30 nm. Ο έλεγχος της υπερμικρής ακτινοβολίας δεν είναι τόσο εύκολος όσο φαίνεται. Δεδομένου ότι η ακτινοβολία EUV απορροφάται καλά από το γυαλί, η νέα τεχνολογία περιλαμβάνει τη χρήση μιας σειράς τεσσάρων ειδικών κυρτών κατόπτρων που μειώνουν και εστιάζουν την εικόνα που λαμβάνεται μετά την εφαρμογή της μάσκας (Εικ. 5, ,).

Κάθε τέτοιος καθρέφτης περιέχει 80 επιμέρους μεταλλικά στρώματα πάχους περίπου 12 ατόμων.

Βήμα 5: Χαλκογραφία

Μετά την έκθεση του φωτοανθεκτικού στρώματος, το στάδιο χάραξης αρχίζει να αφαιρεί το φιλμ διοξειδίου του πυριτίου (Εικ. 8).

Η διαδικασία χάραξης συνδέεται συχνά με όξινα λουτρά. Αυτή η μέθοδος χάραξης με οξύ είναι πολύ γνωστή στους ραδιοερασιτέχνες που έχουν φτιάξει τις δικές τους πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων. Για να γίνει αυτό, εφαρμόζεται ένα σχέδιο τροχιών για τη μελλοντική σανίδα στο επικαλυμμένο με φύλλο PCB με βερνίκι, το οποίο λειτουργεί ως προστατευτικό στρώμα και στη συνέχεια η πλάκα χαμηλώνεται σε ένα λουτρό νιτρικού οξέος. Τα περιττά τμήματα του φύλλου είναι χαραγμένα, εκθέτοντας καθαρό PCB.

Αυτή η μέθοδος έχει μια σειρά από μειονεκτήματα, το κυριότερο από τα οποία είναι η αδυναμία ελέγχου με ακρίβεια της διαδικασίας αφαίρεσης του στρώματος, καθώς πάρα πολλοί παράγοντες επηρεάζουν τη διαδικασία χάραξης: συγκέντρωση οξέος, θερμοκρασία, συναγωγή κ.λπ. Επιπλέον, το οξύ αλληλεπιδρά με το υλικό προς όλες τις κατευθύνσεις και σταδιακά διεισδύει κάτω από την άκρη της μάσκας φωτοανθεκτικού, δηλαδή καταστρέφει τα στρώματα που καλύπτονται με το φωτοανθεκτικό από το πλάι. Ως εκ τούτου, στην παραγωγή επεξεργαστών, χρησιμοποιείται η μέθοδος ξηρής χάραξης, που ονομάζεται επίσης πλάσμα. Αυτή η μέθοδος σάς επιτρέπει να ελέγχετε με ακρίβεια τη διαδικασία χάραξης και η καταστροφή του χαραγμένου στρώματος συμβαίνει αυστηρά στην κατακόρυφη κατεύθυνση.

Η ξηρή χάραξη χρησιμοποιεί ένα ιονισμένο αέριο (πλάσμα) για να αφαιρέσει το διοξείδιο του πυριτίου από την επιφάνεια του πλακιδίου, το οποίο αντιδρά με την επιφάνεια του διοξειδίου του πυριτίου για να παράγει πτητικά υποπροϊόντα.

Ας υπενθυμίσουμε ότι η προηγούμενη διαδικασία διαμόρφωσης του απαιτούμενου σχεδίου σε ένα υπόστρωμα πυριτίου απαιτήθηκε για να δημιουργηθούν δομές ημιαγωγών στις σωστές θέσεις με την εισαγωγή μιας ακαθαρσίας δότη ή δέκτη. Η διαδικασία εισαγωγής ακαθαρσιών πραγματοποιείται μέσω διάχυσης (Εικ. 9) ομοιόμορφης εισαγωγής ατόμων ακαθαρσίας στο κρυσταλλικό πλέγμα πυριτίου. Για να ληφθεί ημιαγωγός τύπου n, συνήθως χρησιμοποιείται αντιμόνιο, αρσενικό ή φώσφορος.

Για να ληφθεί ημιαγωγός τύπου p, χρησιμοποιούνται βόριο, γάλλιο ή αλουμίνιο ως ακαθαρσίες.

Η εμφύτευση ιόντων χρησιμοποιείται για τη διαδικασία διάχυσης προσμείξεων. Η διαδικασία εμφύτευσης αποτελείται από ιόντα της επιθυμητής ακαθαρσίας που «εκτοξεύονται» από έναν επιταχυντή υψηλής τάσης και, έχοντας επαρκή ενέργεια, διεισδύουν στα επιφανειακά στρώματα του πυριτίου.

Έτσι, στο τέλος του σταδίου εμφύτευσης ιόντων, έχει δημιουργηθεί το απαραίτητο στρώμα της δομής του ημιαγωγού. Ωστόσο, στους μικροεπεξεργαστές μπορεί να υπάρχουν πολλά τέτοια στρώματα. Για να δημιουργηθεί το επόμενο στρώμα στο μοτίβο κυκλώματος που προκύπτει, αναπτύσσεται ένα επιπλέον λεπτό στρώμα διοξειδίου του πυριτίου. Μετά από αυτό, εναποτίθεται ένα στρώμα πολυκρυσταλλικού πυριτίου και ένα άλλο στρώμα φωτοανθεκτικού. Η υπεριώδης ακτινοβολία διέρχεται από τη δεύτερη μάσκα και τονίζει το αντίστοιχο σχέδιο στο στρώμα φωτογραφίας. Στη συνέχεια ακολουθούν και πάλι τα στάδια της διάλυσης της φωτοστιβάδας, της χάραξης και της εμφύτευσης ιόντων.

Βήμα 7. Ψεκασμός και εναπόθεση

Η εφαρμογή νέων στρωμάτων πραγματοποιείται πολλές φορές, ενώ για τις ενδιάμεσες συνδέσεις αφήνονται «παράθυρα» στα στρώματα, τα οποία είναι γεμάτα με άτομα μετάλλου.

Ως αποτέλεσμα, δημιουργούνται μεταλλικές λωρίδες αγώγιμες περιοχές στον κρύσταλλο.

Στο τέλος του κύκλου σχηματισμού, όλοι οι επεξεργαστές ελέγχονται διεξοδικά. Στη συνέχεια, συγκεκριμένοι κρύσταλλοι που έχουν ήδη περάσει τη δοκιμή αποκόπτονται από την πλάκα υποστρώματος χρησιμοποιώντας μια ειδική συσκευή (Εικ. 10).

Κάθε μικροεπεξεργαστής είναι ενσωματωμένος σε ένα προστατευτικό περίβλημα, το οποίο παρέχει επίσης ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ του τσιπ μικροεπεξεργαστή και εξωτερικών συσκευών.

Ο τύπος του περιβλήματος εξαρτάται από τον τύπο και την προβλεπόμενη εφαρμογή του μικροεπεξεργαστή.

Μετά τη σφράγιση στη θήκη, κάθε μικροεπεξεργαστής δοκιμάζεται ξανά. Οι ελαττωματικοί επεξεργαστές απορρίπτονται και οι εργαζόμενοι υποβάλλονται σε δοκιμές φορτίου. Στη συνέχεια, οι επεξεργαστές ταξινομούνται με βάση τη συμπεριφορά τους σε διαφορετικές ταχύτητες ρολογιού και τάσεις τροφοδοσίας.

Υποσχόμενες τεχνολογίες

Εξετάσαμε την τεχνολογική διαδικασία παραγωγής μικροκυκλωμάτων (ιδίως επεξεργαστών) με πολύ απλοποιημένο τρόπο. Αλλά ακόμη και μια τέτοια επιφανειακή παρουσίαση μας επιτρέπει να κατανοήσουμε τις τεχνολογικές δυσκολίες που συναντάμε κατά τη μείωση του μεγέθους των τρανζίστορ. Ωστόσο, προτού εξετάσουμε νέες υποσχόμενες τεχνολογίες, θα απαντήσουμε στο ερώτημα που τέθηκε στην αρχή του άρθρου: ποιο είναι το πρότυπο σχεδιασμού της τεχνολογικής διαδικασίας και πώς, στην πραγματικότητα, το πρότυπο σχεδιασμού των 130 nm διαφέρει από το πρότυπο των 180 nm;Τα 130 nm ή 180 nm είναι τυπικά

ελάχιστη απόσταση

Μαζί με την αύξηση της πυκνότητας των τρανζίστορ στο τσιπ του επεξεργαστή, η τεχνολογία 0,13 micron, η οποία αντικατέστησε την τεχνολογία 0,18 micron, έχει και άλλες καινοτομίες. Πρώτον, χρησιμοποιεί χάλκινες συνδέσεις μεταξύ μεμονωμένων τρανζίστορ (στην τεχνολογία 0,18 micron οι συνδέσεις ήταν αλουμινίου). Δεύτερον, η τεχνολογία 0,13 micron παρέχει χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας. Για κινητό εξοπλισμό, για παράδειγμα, αυτό σημαίνει ότι η κατανάλωση ενέργειας των μικροεπεξεργαστών μειώνεται και ο χρόνος λειτουργίας από μπαταρίαπερισσότερο.

Λοιπόν, η τελευταία καινοτομία που εφαρμόστηκε κατά τη μετάβαση σε μια τεχνολογική διαδικασία 0,13 micron είναι η χρήση πλακών πυριτίου (wafer) με διάμετρο 300 mm. Ας θυμηθούμε ότι πριν από αυτό, οι περισσότεροι επεξεργαστές και μικροκυκλώματα κατασκευάζονταν με βάση γκοφρέτες 200 mm.

Η αύξηση της διαμέτρου της γκοφρέτας καθιστά δυνατή τη μείωση του κόστους κάθε επεξεργαστή και την αύξηση της απόδοσης προϊόντων επαρκούς ποιότητας. Πράγματι, η περιοχή μιας γκοφρέτας με διάμετρο 300 mm είναι 2,25 φορές μεγαλύτερη από την περιοχή μιας γκοφρέτας με διάμετρο 200 mm, και κατά συνέπεια, ο αριθμός των επεξεργαστών που λαμβάνεται από μια γκοφρέτα με διάμετρο 300 mm είναι περισσότερο από δύο φορές μεγαλύτερο.

Το 2003, αναμένεται να εισαχθεί μια νέα τεχνολογική διαδικασία με ακόμη μικρότερο πρότυπο σχεδιασμού, δηλαδή τα 90 νανόμετρα. Η νέα διαδικασία με την οποία η Intel θα κατασκευάσει τα περισσότερα από τα προϊόντα της, συμπεριλαμβανομένων των επεξεργαστών, των chipset και του εξοπλισμού επικοινωνίας, αναπτύχθηκε στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας πλακιδίων D1C 300 mm της Intel στο Hillsboro του Όρεγκον.

Στις 23 Οκτωβρίου 2002, η Intel ανακοίνωσε το άνοιγμα μιας νέας εγκατάστασης 2 δισεκατομμυρίων δολαρίων στο Rio Rancho του Νέου Μεξικού. Το νέο εργοστάσιο, που ονομάζεται F11X, θα χρησιμοποιηθεί σύγχρονη τεχνολογία, η οποία θα παράγει επεξεργαστές σε γκοφρέτες 300 mm χρησιμοποιώντας τεχνολογία διεργασίας με πρότυπο σχεδιασμού 0,13 microns. Το 2003, η μονάδα θα μεταφερθεί σε μια τεχνολογική διαδικασία με πρότυπο σχεδιασμού 90 nm.

Επιπλέον, η Intel έχει ήδη ανακοινώσει την επανέναρξη της κατασκευής μιας άλλης μονάδας παραγωγής στο Fab 24 στο Leixlip (Ιρλανδία), η οποία έχει σχεδιαστεί για την παραγωγή εξαρτημάτων ημιαγωγών σε γκοφρέτες πυριτίου 300 mm με πρότυπο σχεδιασμού 90 nm. Μια νέα επιχείρηση με συνολική έκταση άνω του 1 εκατομμυρίου τετραγωνικών μέτρων. πόδια με ιδιαίτερα καθαρά δωμάτια με έκταση 160 χιλιάδων τετραγωνικών μέτρων. ft. αναμένεται να λειτουργήσει το πρώτο εξάμηνο του 2004 και θα απασχολεί περισσότερους από χίλιους υπαλλήλους. Το κόστος της εγκατάστασης είναι περίπου 2 δισεκατομμύρια δολάρια.

Η διαδικασία των 90nm χρησιμοποιεί μια σειρά προηγμένων τεχνολογιών. Αυτά είναι τα μικρότερα τρανζίστορ CMOS μαζικής παραγωγής στον κόσμο με μήκος πύλης 50 nm (Εικ. 11), το οποίο παρέχει αυξημένη απόδοση ενώ μειώνει την κατανάλωση ενέργειας και το λεπτότερο στρώμα οξειδίου πύλης από οποιοδήποτε τρανζίστορ που έχει παραχθεί ποτέ - μόνο 1,2 nm (Εικ. 12), ή λιγότερα από 5 ατομικά στρώματα και η πρώτη εφαρμογή της βιομηχανίας τεχνολογίας τεταμένου πυριτίου υψηλής απόδοσης.

Από τα αναφερόμενα χαρακτηριστικά, ίσως μόνο η έννοια του «υποφορτισμένου πυριτίου» χρειάζεται σχολιασμό (Εικ. 13). Σε τέτοιο πυρίτιο, η απόσταση μεταξύ των ατόμων είναι μεγαλύτερη από ότι σε έναν συμβατικό ημιαγωγό. Αυτό, με τη σειρά του, επιτρέπει στο ρεύμα να ρέει πιο ελεύθερα, παρόμοιο με τον τρόπο με τον οποίο η κυκλοφορία κινείται πιο ελεύθερα και πιο γρήγορα σε δρόμο με ευρύτερες λωρίδες.

Ως αποτέλεσμα όλων των καινοτομιών, οι εργαζόμενοι βελτιώνονται κατά 10-20%. χαρακτηριστικά τρανζίστορ, με αύξηση του κόστους παραγωγής μόλις 2%.

Επιπλέον, η διαδικασία των 90 nm χρησιμοποιεί επτά στρώματα ανά τσιπ (Εικόνα 14), ένα στρώμα περισσότερο από τη διαδικασία των 130 nm, και χρησιμοποιεί επίσης χάλκινες διασυνδέσεις.

Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά, σε συνδυασμό με γκοφρέτες σιλικόνης 300mm, παρέχουν στην Intel πλεονεκτήματα σε απόδοση, όγκο παραγωγής και κόστος. Οι καταναλωτές επωφελούνται επίσης, καθώς η νέα τεχνολογία διεργασιών της Intel επιτρέπει στη βιομηχανία να συνεχίσει να εξελίσσεται σύμφωνα με το νόμο του Moore, αυξάνοντας την απόδοση του επεξεργαστή ξανά και ξανά.

Από όσο θυμάμαι τον εαυτό μου, πάντα ονειρευόμουν να φτιάξω έναν επεξεργαστή. Τελικά χθες τα κατάφερα. Ο Θεός δεν ξέρει τι: 8 bit, RISC, η τρέχουσα συχνότητα λειτουργίας είναι 4 kHz, αλλά λειτουργεί. Μέχρι στιγμής στο πρόγραμμα για τη μοντελοποίηση λογικών κυκλωμάτων, αλλά όλοι γνωρίζουμε: "σήμερα - στο μοντέλο, αύριο - στην πραγματικότητα!"

Κάτω από την περικοπή υπάρχουν διάφορα κινούμενα σχέδια, μια σύντομη εισαγωγή στη δυαδική λογική για τα μικρά, μια σύντομη ιστορία για τα κύρια λογικά τσιπ του επεξεργαστή και, στην πραγματικότητα, το διάγραμμα κυκλώματος.

Δυαδική λογική

Το δυαδικό σύστημα αριθμών (για όσους δεν το γνωρίζουν) είναι ένα σύστημα αριθμών στο οποίο δεν υπάρχουν ψηφία μεγαλύτερα από ένα. Αυτός ο ορισμός μπερδεύει πολλούς μέχρι να θυμηθούν ότι στο δεκαδικό σύστημα αριθμών δεν υπάρχουν αριθμοί μεγαλύτεροι του εννέα.

Το δυαδικό σύστημα χρησιμοποιείται σε υπολογιστές επειδή οι αριθμοί σε αυτό είναι εύκολο να κωδικοποιηθούν με τάση: υπάρχει τάση, που σημαίνει μία. καμία τάση σημαίνει μηδέν. Επιπλέον, το "μηδέν" και το "ένα" μπορούν εύκολα να γίνουν κατανοητά ως "ψευδές" και "αληθινές". Επιπλέον, οι περισσότερες συσκευές που λειτουργούν στο δυαδικό σύστημα αριθμών αντιμετωπίζουν συνήθως τους αριθμούς ως μια σειρά από «αλήθειες» και «ψευδείς», δηλαδή λειτουργούν με αριθμούς ως λογικά μεγέθη. Για τους μικρούς και όσους δεν γνωρίζουν, θα πω και θα δείξω πώς λειτουργούν τα πιο απλά στοιχεία της δυαδικής λογικής.

Στοιχείο buffer

Φανταστείτε ότι κάθεστε στο δωμάτιό σας και ο φίλος σας είναι στην κουζίνα. Του φωνάζεις: «Φίλε, πες μου, είναι αναμμένο το φως στο διάδρομο;» Ο φίλος απαντά: «Ναι, φλέγεται!» ή "Όχι, δεν είναι ενεργοποιημένο". Ο φίλος σας είναι ένα buffer μεταξύ της πηγής σήματος (η λάμπα στο διάδρομο) και του δέκτη (εσείς). Επιπλέον, ο φίλος σας δεν είναι απλώς ένα συνηθισμένο buffer, αλλά ένα διαχειριζόμενο buffer. Θα ήταν ένας συνηθισμένος ρυθμιστής αν φώναζε συνεχώς: «Η λάμπα είναι αναμμένη» ή «Η λάμπα δεν είναι αναμμένη».

Στοιχείο "Όχι" - ΟΧΙ

Τώρα φανταστείτε ότι ο φίλος σας είναι ένας πλακατζής που λέει πάντα ψέματα. Και αν το φως στο διάδρομο είναι αναμμένο, τότε θα σας πει, «Όχι, είναι πολύ, πολύ σκοτάδι στον διάδρομο» και αν δεν είναι αναμμένο, τότε «Ναι, το φως είναι αναμμένο στο διάδρομο». Εάν έχετε πραγματικά έναν τέτοιο φίλο, τότε είναι η ενσάρκωση του στοιχείου "Όχι".

Στοιχείο "Ή" - Ή

Δυστυχώς, ένας λαμπτήρας και ένας φίλος δεν αρκούν για να εξηγήσουν την ουσία του στοιχείου «Ή». Χρειάζεστε δύο λαμπτήρες. Έτσι, έχετε δύο λαμπτήρες στο διάδρομο - ένα φωτιστικό δαπέδου, για παράδειγμα, και έναν πολυέλαιο. Φωνάζεις: «Φίλε, πες μου, λάμπει τουλάχιστον μια λάμπα στο διάδρομο;» και ο φίλος σου απαντά «Ναι» ή «Όχι». Προφανώς, για να απαντήσετε "Όχι" πρέπει να σβήσετε όλα τα φώτα.

Στοιχείο "AND" - AND

Το ίδιο διαμέρισμα, εσύ, ένας φίλος στην κουζίνα, ένα φωτιστικό δαπέδου και ένας πολυέλαιος στο διάδρομο. Στην ερώτησή σας «Είναι αναμμένα και τα δύο φώτα στο διάδρομο;» λαμβάνετε μια απάντηση «Ναι» ή «Όχι». Συγχαρητήρια, ο φίλος σας είναι πλέον το στοιχείο «εγώ».

Exclusive Or Element - XOR

Ας επαναλάβουμε το πείραμα ξανά για το στοιχείο «Ή», αλλά επαναδιατυπώσουμε την ερώτησή μας σε έναν φίλο: «Φίλε, πες μου, υπάρχει μόνο ένας λαμπτήρας στο διάδρομο;» Ένας ειλικρινής φίλος θα απαντήσει σε μια τέτοια ερώτηση "Ναι" μόνο εάν υπάρχει πραγματικά μόνο ένας λαμπτήρας στο διάδρομο.

Προσθετές

Αθροιστής τετάρτου

Το στοιχείο "Αποκλειστικό Ή" ονομάζεται αθροιστής τετάρτου. Γιατί; Ας το καταλάβουμε.
Ας δημιουργήσουμε έναν πίνακα πρόσθεσης για δύο αριθμούς στο δυαδικό σύστημα αριθμών:
0+0= 0
0+1= 1
1+0= 1
1+1= 10

Τώρα ας γράψουμε τον πίνακα αλήθειας του στοιχείου "Αποκλειστικό Ή". Για να το κάνουμε αυτό, συμβολίζουμε τον λαμπτήρα που ανάβει ως 1, τον σβησμένο λαμπτήρα ως 0 και τις απαντήσεις του φίλου «Ναι»/«Όχι» ως 1 και 0, αντίστοιχα.
0 XOR 0 = 0
0 XOR 1 = 1
1 XOR 0 = 1
1 XOR 1 = 0

Πολύ παρόμοια, έτσι δεν είναι; Ο πίνακας πρόσθεσης και ο πίνακας αλήθειας του «Αποκλειστικό Ή» συμπίπτουν πλήρως, εκτός από μία περίπτωση. Και αυτή η υπόθεση λέγεται «Υπερχείλιση».

Ημιαθροϊστής

Όταν συμβαίνει υπερχείλιση, το αποτέλεσμα της προσθήκης δεν τοποθετείται πλέον στον ίδιο αριθμό ψηφίων με τους όρους που τοποθετήθηκαν. Οι όροι είναι δύο μονοψήφιοι αριθμοί (ένας σημαντικός αριθμός, καταλαβαίνετε;) και το άθροισμα είναι ήδη διψήφιος αριθμός (δύο σημαντικά στοιχεία). Δεν είναι πλέον δυνατή η μεταφορά δύο αριθμών με μία λάμπα ("On"/"Off"). Χρειάζεστε δύο λαμπτήρες. Το χρειαζόμαστε - θα το κάνουμε!

Εκτός από το XOR, χρειαζόμαστε ένα στοιχείο AND για τον αθροιστή.
0 XOR 0 = 0 0 ΚΑΙ 0 = 0
0 XOR 1 = 1 0 ΚΑΙ 1 = 0
1 XOR 0 = 1 1 ΚΑΙ 0 = 0
1 XOR 1 = 0 1 ΚΑΙ 1 = 1

Tadam!
0+0= 00
0+1= 01
1+0= 01
1+1= 10

Ο μισοαθροιστής wunderwaffle μας λειτουργεί. Μπορεί να θεωρηθεί ο απλούστερος εξειδικευμένος επεξεργαστής που προσθέτει δύο αριθμούς. Ένας ημιαθροιστής ονομάζεται μισοαθροιστής επειδή δεν μπορεί να λάβει υπόψη τη μεταφορά (το αποτέλεσμα άλλου αθροιστή), δηλαδή είναι αδύνατο να προστεθούν τρία μονοσήμαντα δυαδικούς αριθμούς. Από αυτή την άποψη, είναι αδύνατο να γίνει ένας μισός αθροιστής πολλών bit από πολλούς μισοαθροιστές ενός bit.

Δεν θα μπω σε λεπτομέρειες σχετικά με το πώς λειτουργούν οι αθροιστές πλήρους και πολλών bit, ελπίζω απλώς να έχετε τη βασική ιδέα.

Πιο πολύπλοκα στοιχεία

Πολυπλέκτης

Προτείνω να χρησιμοποιήσετε ξανά τη φαντασία σας. Φανταστείτε λοιπόν αυτό. Ζείτε σε μια ιδιωτική μονοκατοικία, κοντά στην πόρτα αυτού του σπιτιού υπάρχει η δική σας γραμματοκιβώτιο. Καθώς πηγαίνετε για μια βόλτα, παρατηρείτε έναν περίεργο ταχυδρόμο να στέκεται κοντά σε αυτό ακριβώς το γραμματοκιβώτιο. Και αυτό κάνει: βγάζει ένα σωρό γράμματα από την τσάντα του, διαβάζει τον αριθμό στο γραμματοκιβώτιο και, ανάλογα με τον αριθμό στο γραμματοκιβώτιο, ρίχνει ένα ή το άλλο γράμμα σε αυτό. Ο ταχυδρόμος εργάζεται ως πολυπλέκτης. Καθορίζει με έναν ορισμένο τρόπο (τον αριθμό στο φάκελο) ποιο σήμα (γράμμα) θα σταλεί κατά μήκος της γραμμής σήματος (γραμματοκιβώτιο).

Οι πολυπλέκτης συνήθως αποτελούνται μόνο από συνδυασμούς στοιχείων "And", "Or" και "Not". Ένας πολυπλέκτης ενός bit έχει μία είσοδο που ονομάζεται "επιλογή διεύθυνσης", δύο εισόδους με το γενικό όνομα "σήμα εισόδου" και μία έξοδο, η οποία ονομάζεται "σήμα εξόδου".

Όταν εφαρμόζεται το 0 στο "επιλογή διεύθυνσης", το "σήμα εξόδου" γίνεται το ίδιο με το πρώτο "σήμα εισόδου". Αντίστοιχα, όταν εφαρμόζεται ένα 1 στην "επιλογή", το "σήμα εξόδου" γίνεται ίσο με το δεύτερο "σήμα εισόδου".

Αποπολυπλέκτης

Αλλά αυτό το πράγμα λειτουργεί ακριβώς το αντίθετο. Για "επιλογή διεύθυνσης" δίνουμε τη διεύθυνση, για "εισαγωγή δεδομένων" δίνουμε τα δεδομένα, στην έξοδο με τον αριθμό "διεύθυνση" έχουμε τα δεδομένα από την είσοδο.

Μετρητής

Για να καταλάβετε πώς λειτουργεί ο μετρητής, θα χρειαστείτε ξανά τον φίλο σας. Κάλεσέ τον από την κουζίνα (ελπίζω να μην βαρέθηκε πολύ εκεί και, το πιο σημαντικό, δεν έφαγε όλο σου το φαγητό) και ζητήστε του να το κάνει: αφήστε τον να θυμάται τον αριθμό 0. Κάθε φορά που τον αγγίζετε , θα πρέπει να προσθέσει ένα στον αριθμό που θυμάστε, να πει το αποτέλεσμα και να το θυμηθεί. Όταν το αποτέλεσμα είναι (ας πούμε) 3, θα πρέπει να φωνάξει "Abracadabra!" και απαντήστε την επόμενη φορά που θα αγγίξει ότι τώρα θυμάται τον αριθμό 0. Λίγο δύσκολο; Βλέπω:

Αγγίζεις έναν φίλο. Ο φίλος λέει "Ένα".
Αγγίζεις έναν φίλο. Ο φίλος λέει "Δύο".
Αγγίζεις έναν φίλο. Ο φίλος λέει "Τρία". Ένας φίλος φωνάζει " Habrahabr!" Κρίσιμη επίθεση! Είστε προσωρινά παράλυτος και δεν μπορείτε να κινηθείτε.
Αγγίζεις έναν φίλο. Ο φίλος λέει "Μηδέν".

Λοιπόν, και ούτω καθεξής. Πολύ απλό, σωστά;
Εσύ, φυσικά, συνειδητοποίησες ότι ο φίλος σου είναι πλέον πάγκος. Το άγγιγμα ενός φίλου μπορεί να θεωρηθεί «σήμα χρονισμού» ή, με απλά λόγια, σήμα για να συνεχίσετε να μετράτε. Η κραυγή "Abracadabra" υποδεικνύει ότι η αποθηκευμένη τιμή στον μετρητή είναι η μέγιστη και ότι το επόμενο σήμα ρολογιού θα μηδενίσει τον μετρητή. Υπάρχουν δύο διαφορές μεταξύ του δυαδικού μετρητή και του φίλου σας. Πρώτον, ένας αληθινός δυαδικός μετρητής εξάγει την αποθηκευμένη τιμή σε δυαδική μορφή. Δεύτερον: κάνει πάντα μόνο αυτό που του λέτε να κάνει και ποτέ δεν σκύβει σε ανόητα αστεία που θα μπορούσαν να διαταράξουν τη λειτουργία ολόκληρου του συστήματος επεξεργαστή.

Μνήμη

Σκανδάλη

Ας συνεχίσουμε να κοροϊδεύουμε τον δύστυχο (ίσως και φανταστικό) φίλο σας. Ας θυμηθεί τώρα τον αριθμό μηδέν. Όταν αγγίζετε το αριστερό του χέρι, θα πρέπει να θυμάται τον αριθμό μηδέν και όταν αγγίζετε το δεξί του χέρι, θα πρέπει να θυμάται τον αριθμό ένα. Όταν ρωτήθηκε "Τι αριθμό θυμάστε;" ένας φίλος πρέπει πάντα να απαντά με τον αριθμό που θυμήθηκε - μηδέν ή ένα.
Το απλούστερο κελί μνήμης είναι ένα flip-flop RS («σκανδάλη» σημαίνει «διακόπτης»). Ένα flip-flop RS μπορεί να αποθηκεύσει ένα bit δεδομένων («μηδέν»/«ένα») και έχει δύο εισόδους. Η είσοδος Set (όπως και το αριστερό χέρι του φίλου σας) γράφει "one" στη σκανδάλη και η είσοδος Reset (αντίστοιχα, το δεξί χέρι) γράφει "zero".

Μητρώο

Το μητρώο είναι λίγο πιο περίπλοκο. Ο φίλος σας μετατρέπεται σε μητρώο όταν του ζητάτε να θυμηθεί κάτι και μετά λέτε, "Γεια, υπενθύμισε μου τι σου είπα να θυμηθείς;"

Ένας καταχωρητής μπορεί συνήθως να αποθηκεύσει λίγο περισσότερα από ένα bit. Απαραίτητα έχει μια είσοδο δεδομένων, μια έξοδο δεδομένων και μια είσοδο με δυνατότητα εγγραφής. Από την έξοδο δεδομένων μπορείτε να διαβάσετε ό,τι είναι γραμμένο σε αυτό το μητρώο ανά πάσα στιγμή. Μπορείτε να δώσετε τα δεδομένα εισαγωγής που θέλετε να γράψετε σε αυτό το μητρώο. Μπορείτε να υποβάλετε δεδομένα μέχρι να βαρεθείτε. Τίποτα δεν θα γραφτεί στο μητρώο ούτως ή άλλως μέχρι να εφαρμοστεί ένα στην είσοδο άδειας εγγραφής, δηλαδή μια "λογική".

Καταχωρητής μετατόπισης

Σταθήκατε ποτέ στην ουρά; Μάλλον ήταν. Μπορείτε λοιπόν να φανταστείτε πώς είναι να είσαι δεδομένα σε έναν καταχωρητή μετατόπισης. Ο κόσμος έρχεται και στέκεται στο τέλος της γραμμής. Ο πρώτος στη σειρά μπαίνει στο γραφείο της μεγάλης βολής. Αυτός που ήταν δεύτερος στη σειρά γίνεται πρώτος και αυτός που ήταν τρίτος είναι τώρα δεύτερος κ.ο.κ. Η ουρά είναι τόσο δύσκολη μητρώο βάρδιας, από τα οποία τα «δεδομένα» (καλά, δηλαδή οι άνθρωποι) μπορούν να ξεφύγουν για δουλειές, έχοντας προειδοποιήσει προηγουμένως τους γείτονές τους με τη σειρά τους. Σε έναν πραγματικό καταχωρητή μετατόπισης, φυσικά, τα «δεδομένα» δεν μπορούν να ξεφύγουν από την ουρά.

Έτσι, ένας καταχωρητής shift έχει μια είσοδο δεδομένων (μέσω της οποίας τα δεδομένα εισέρχονται στην "ουρά") και μια έξοδο δεδομένων (από την οποία μπορεί να διαβαστεί η πρώτη εγγραφή στην "ουρά"). Ο καταχωρητής μετατόπισης έχει επίσης μια είσοδο "καταχωρητής μετατόπισης". Μόλις φτάσει ένα "λογικό" σε αυτήν την είσοδο, ολόκληρη η ουρά μετατοπίζεται.

Υπάρχει μια σημαντική διαφορά μεταξύ μιας ουράς και ενός καταχωρητή μετατόπισης. Εάν ο καταχωρητής μετατόπισης έχει σχεδιαστεί για τέσσερις εγγραφές (για παράδειγμα, τέσσερα byte), τότε η πρώτη καταχώρηση στην ουρά θα φτάσει στην έξοδο από τον καταχωρητή μόνο μετά από τέσσερα σήματα στην είσοδο «καταχωρητή μετατόπισης».

ΕΜΒΟΛΟ

Εάν πολλά, πολλά flip-flops συνδυάζονται σε καταχωρητές και πολλοί, πολλοί καταχωρητές συνδυάζονται σε ένα τσιπ, λαμβάνετε ένα τσιπ RAM. Ένα τσιπ μνήμης έχει συνήθως μια είσοδο διεύθυνσης, μια αμφίδρομη είσοδο δεδομένων (δηλαδή, αυτή η είσοδος μπορεί να γραφτεί και να διαβαστεί από) και μια είσοδο ενεργοποίησης εγγραφής. Παρέχουμε κάποιο αριθμό στην είσοδο διεύθυνσης και αυτός ο αριθμός θα επιλέξει ένα συγκεκριμένο κελί μνήμης. Μετά από αυτό, στην είσοδο/έξοδο δεδομένων μπορούμε να διαβάσουμε τι είναι γραμμένο σε αυτό ακριβώς το κελί.
Τώρα θα εφαρμόσουμε ταυτόχρονα στην είσοδο/έξοδο δεδομένων αυτό που θέλουμε να γράψουμε σε αυτό το κελί και στην είσοδο άδειας εγγραφής - μια "λογική". Το αποτέλεσμα είναι λίγο προβλέψιμο, έτσι δεν είναι;

CPU

BitBitJump

Οι επεξεργαστές μερικές φορές χωρίζονται σε CISC - αυτούς που μπορούν να εκτελέσουν πολλές διαφορετικές εντολές, και RISC - εκείνους που μπορούν να εκτελέσουν λίγες εντολές, αλλά τις εκτελούν καλά. Ένα ωραίο απόγευμα σκέφτηκα: θα ήταν υπέροχο αν ήταν δυνατό να φτιάξω έναν ολοκληρωμένο επεξεργαστή που να μπορεί να εκτελέσει μόνο μία εντολή. Σύντομα έμαθα ότι υπάρχει μια ολόκληρη κατηγορία επεξεργαστών μίας εντολής - OISC, πιο συχνά χρησιμοποιούν το Subleq (αφαίρεση, και αν είναι μικρότερο ή ίσο με μηδέν, τότε πηγαίνετε) ή Subeq (αφαίρεση και αν ισούται με μηδέν, τότε πηγαίνω) οδηγία. Ενώ μελετούσα διάφορες επιλογές για επεξεργαστές OISC, βρήκα τον ιστότοπο του Oleg Mazonka, ο οποίος ανέπτυξε την απλούστερη γλώσσα μιας εντολής BitBitJump. Η μόνη εντολή σε αυτή τη γλώσσα ονομάζεται BitBitJump (αντιγράψτε λίγο και μεταβείτε στη διεύθυνση). Αυτή η σίγουρα εσωτερική γλώσσα είναι πλήρης του Turing—δηλαδή, οποιοσδήποτε αλγόριθμος υπολογιστή μπορεί να εφαρμοστεί σε αυτήν.

Αναλυτική ΠεριγραφήΤο BitBitJump και το assembler για αυτήν τη γλώσσα βρίσκονται στον ιστότοπο του προγραμματιστή. Για να περιγράψουμε τον αλγόριθμο λειτουργίας του επεξεργαστή, αρκεί να γνωρίζουμε τα εξής:

1. Όταν ο επεξεργαστής είναι ενεργοποιημένος, γράφεται 0 στους καταχωρητές Η/Υ, Α και Β
2. Διαβάστε το κελί μνήμης με τη διεύθυνση υπολογιστή και αποθηκεύστε ό,τι διαβάσαμε στον καταχωρητή Α
3. Αύξηση Η/Υ
4. Διαβάστε το κελί μνήμης με τη διεύθυνση Η/Υ και αποθηκεύστε όσα διαβάσαμε στον καταχωρητή Β
5. Αύξηση Η/Υ
6. Γράφουμε τα περιεχόμενα του bit με διεύθυνση Α στο κελί με τη διεύθυνση γραμμένη στον καταχωρητή Β.
7. Διαβάστε το κελί μνήμης με τη διεύθυνση Η/Υ και αποθηκεύστε όσα διαβάσαμε στον καταχωρητή Β
8. Γράψτε τα περιεχόμενα του καταχωρητή Β στον καταχωρητή Η/Υ
9. Ας περάσουμε στο σημείο 2 του σχεδίου μας
10. ΚΕΡΔΟΣ!!!

Δυστυχώς, ο αλγόριθμος είναι ατελείωτος και επομένως το ΚΕΡΔΟΣ δεν θα επιτευχθεί.

Στην πραγματικότητα, το σχέδιο

Το σχέδιο χτίστηκε αυθόρμητα, οπότε ο φόβος, η φρίκη και το χάος κυριαρχούν. Ωστόσο, λειτουργεί και λειτουργεί καλά. Για να ενεργοποιήσετε τον επεξεργαστή, πρέπει:

1. Εισαγάγετε το πρόγραμμα στη μνήμη RAM
2. Πατήστε το διακόπτη
3. Ρυθμίστε τον μετρητή στη θέση 4 (αυτό μπορεί να γίνει σε υλικό, αλλά το κύκλωμα θα γίνει ακόμα πιο δυσκίνητο)
4. Ενεργοποιήστε τη γεννήτρια ρολογιού

Όπως μπορείτε να δείτε, χρησιμοποιούνται ένας καταχωρητής, ένας καταχωρητής μετατόπισης, ένα τσιπ RAM, δύο δυαδικοί μετρητές, ένας αποπολυπλέκτης (που αντιπροσωπεύεται από συγκριτές), δύο πολυπλέκτης και κάποια καθαρή λογική.