MISSÄ Intel-prosessorit valmistetaan?

Kuten jo kirjoitin edellisessä viestissä, on Tämä hetki Intelillä on 4 tehdasta, jotka pystyvät valmistamaan prosessorien massatuotantoa 32 nm:n teknologialla: D1D ja D1C Oregonissa, Fab 32 Arizonassa ja Fab 11X New Mexicossa.
Katsotaan kuinka ne toimivat

Jokaisen Intelin prosessitehtaan korkeus on sor 300 mm piikiekoissa on 21 metri, ja pinta-ala on 100 tuhatta neliömetriä oja Tehdasrakennuksessa on 4 päätasoa vnya: Ilmanvaihtojärjestelmän taso Mikroprosessori koostuu miljoonista transistoreista - pienin pölypilkku, joka päätyy piin päälle - levyllä, pystyy tuhoamaan tuhansia transistoreita oja Siksi tärkein edellytys mikro- roprocessors on huoneen steriili puhtaus ny. Ilmanvaihtojärjestelmän taso sijaitsee yläosassa lattialla - täällä on erityisiä järjestelmiä, jotka suorittavat 100 % ilmanpuhdistuksen, hallinnan säätää lämpötilaa ja kosteutta tuotantoalueilla tiloissa. Niin kutsutut "puhtaat huoneet" on jaettu luokkiin (riippuen pölyhiukkasten lukumäärästä tilavuusyksikköä kohti) ja suurin (luokka 1) suunnilleen 1000 kertaa puhtaampi kuin leikkaussali. varten tärinän poistamiseksi sijoitetaan puhtaat huoneet omalla tärinää kestävällä alustallaan. Puhdas huonetaso Lattia kattaa alueen useilta jalkapallokentiltä - Täällä tehdään mikroprosessoreita. Spe- cial automatisoitu järjestelmä suorittaa levyjen siirto yhdestä tuotannosta asemalta toiselle. Puhdistettu ilma syötetään läpi kattoon sijoitettu ilmanvaihtojärjestelmä, ja kaadetaan erityisten reikien läpi lattialla. Tilojen steriiliyden kohonneiden vaatimusten lisäksi mielestämme siellä työskentelevän tulee myös olla "puhdas" sonal - vain tällä tasolla asiantuntijat työskentelevät steriileissä puvuissa, jotka suojaavat (kiitos sisäänrakennettu suodatusjärjestelmä, joka toimii paristoilla säiliöt) piikiekot tekstiilien mikrohiukkasista pölyä, hiuksia ja ihohiukkasia. Alempi taso Suunniteltu järjestelmiin, jotka tukevat fa- tiilet (pumput, muuntajat, tehokaapit jne.) Suuret putket (kanavat) välittävät erilaisia ​​tekniikoita kemialliset kaasut, nesteet ja poistoilma. asiantuntija- työntekijöiden vaatteet tämä taso sisältää kypärän, suojalasit, käsineet ja erikoiskengät. Tekninen taso

Tämän tason tehtaan rakentaminen kestää noin 3 vuotta ja noin 5 miljardia - tämä on määrä, jonka tehtaan on "valtava takaisin" seuraavien 4 vuoden aikana (kun uusi teknologinen prosessi ja arkkitehtuuri ilmestyy, vaaditaan tuottavuutta tämä on noin 100 toimivaa piikiekkoa tunnissa). Kasvin rakentamiseen tarvitset:
— yli 19 000 tonnia terästä
— yli 112 000 kuutiometriä betonia
— yli 900 kilometriä kaapelia

MITEN mikroprosessorit valmistetaan

Teknisesti moderni mikroprosessori on valmistettu yhdestä erittäin suuresta integroidusta piiristä, joka koostuu useista miljardeista elementeistä - tämä on yksi monimutkaisimmista ihmisen luomista rakenteista. Minkä tahansa mikroprosessorin avainelementit ovat erilliset kytkimet - transistorit. Estää ja päästää läpi sähköä(on-off), ne mahdollistavat tietokoneen logiikkapiirien toiminnan kahdessa tilassa, eli binäärijärjestelmässä. Transistorien koot mitataan nanometreinä. Yksi nanometri (nm) on metrin miljardisosa.

Lyhyesti sanottuna prosessorin valmistusprosessi näyttää tältä: sylinterimäinen yksikiteinen kasvatetaan sulasta piistä erityisillä laitteilla. Tuloksena oleva harkko jäähdytetään ja leikataan "pannukakkuiksi", joiden pinta tasoitetaan huolellisesti ja kiillotetaan peilikiiltoon. Sitten puolijohdetehtaiden "puhtaissa huoneissa" piikiekkoille luodaan integroituja piirejä fotolitografiaa ja syövytystä käyttäen. Kiekkojen uudelleenpuhdistuksen jälkeen laboratorioasiantuntijat suorittavat prosessorien valikoivan testauksen mikroskoopilla - jos kaikki on "OK", valmiit kiekot leikataan yksittäisiksi prosessoreiksi, jotka suljetaan myöhemmin koteloihin.

Katsotaanpa koko prosessia tarkemmin.

Aluksi SiO2 otetaan hiekan muodossa, joka pelkistetään koksilla kaariuuneissa (lämpötilassa noin 1800 °C):
Si02 + 2C = Si + 2CO

Tällaista piitä kutsutaan "tekniseksi" ja sen puhtaus on 98-99,9%. Valmistusprosessorit vaativat paljon puhtaamman raaka-aineen nimeltä "elektroninen pii", joka ei saa sisältää enempää kuin yksi vieras atomi miljardia piiatomia kohden. Puhdistaakseen tälle tasolle pii kirjaimellisesti "syntyy uudelleen". Klooraamalla teknistä piitä saadaan piitetrakloridia (SiCl4), joka muunnetaan sittemmin trikloorisilaaniksi (SiHCl3):
3SiCl4 + 2H2 + Si ↔ 4SiHCl3

Nämä reaktiot, joissa käytetään syntyneiden piitä sisältävien sivutuotteiden kierrätystä, vähentävät kustannuksia ja eliminoivat ympäristöongelmia:
2SiHCl3 ↔ SiH2Cl2 + SiCl4
2SiH2Cl2 ↔ SiH3Cl + SiHCl3
2SiH3Cl ↔ SiH4 + SiH2Cl2
SiH4 ↔ Si + 2H2

Syntynyttä vetyä voidaan käyttää monessa paikassa, mutta tärkeintä on, että saatiin "elektroninen" pii, puhdasta, erittäin puhdasta (99,9999999%). Hieman myöhemmin siemen ("kasvupiste") lasketaan tällaisen piin sulaan, joka vedetään vähitellen ulos upokkaasta. Tämän seurauksena muodostuu niin kutsuttu "boule" - yksittäinen kide, joka on yhtä korkea kuin aikuisella. Paino on sopiva - tuotannossa tällainen petankki painaa noin 100 kg.

Harkko hiotaan "nollalla" :) ja leikataan timanttisahalla. Tulosteena on kiekkoja (koodinimeltään "kiekko"), joiden paksuus on noin 1 mm ja halkaisija 300 mm (~12 tuumaa; näitä käytetään 32 nm:n prosessissa HKMG, High-K/Metal Gate -teknologialla).

Nyt mielenkiintoisin asia on, että tulevan prosessorin rakenne on tarpeen siirtää kiillotettuihin piikiekoihin, eli tuoda epäpuhtaudet tietyille piikiekon alueille, jotka lopulta muodostavat transistoreita. Kuinka tehdä se?

Ongelma ratkaistaan ​​käyttämällä fotolitografiatekniikkaa - pintakerroksen selektiivistä etsausta käyttämällä suojaavaa valonaamiota. Tekniikka on rakennettu "light-template-photoresist" -periaatteelle ja etenee seuraavasti:
— Piisubstraatille levitetään materiaalikerros, josta kuvio muodostetaan. Siihen levitetään fotoresisti - kerros polymeeristä valoherkkää materiaalia, joka muuttaa sen fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, kun sitä säteilytetään valolla.
— Valotus suoritetaan (valokuvakerroksen valaistus tarkasti asetetun ajan) valokuvanaamion kautta
— Kuluneen fotoresistin poistaminen.
Haluttu rakenne piirretään valokuvanaamioon - yleensä tämä on optista lasia oleva levy, jolle peitetään valokuvaavia alueita. Jokainen tällainen malli sisältää yhden tulevan prosessorin kerroksista, joten sen on oltava erittäin tarkka ja käytännöllinen.

Kiekkoa säteilytetään ionivirralla (positiivisesti tai negatiivisesti varautuneita atomeja), jotka tunkeutuvat kiekon pinnan alle tietyissä kohdissa ja muuttavat piin johtavia ominaisuuksia (vihreät alueet ovat upotettuja vieraita atomeja).

Valokuvauksessa valo kulki negatiivifilmin läpi, osui valokuvapaperin pintaan ja muutti sen kemiallisia ominaisuuksia. Fotolitografiassa periaate on samanlainen: valo johdetaan fotomaskin läpi fotoresistille, ja niissä paikoissa, joissa se kulki maskin läpi, fotoresistin yksittäiset osat muuttavat ominaisuuksia. Maskien läpi välittyy valosäteily, joka kohdistuu substraattiin. Tarkkaa tarkennusta varten tarvitaan erityinen linssi- tai peilijärjestelmä, joka ei vain voi pienentää maskista leikattua kuvaa sirun kokoon, vaan myös projisoida sen tarkasti työkappaleeseen. Painetut kiekot ovat tyypillisesti neljä kertaa pienempiä kuin itse maskit.

Kaikki käytetty fotoresist (joka on muuttanut liukoisuuttaan säteilytyksen vaikutuksesta) poistetaan erityisellä kemiallisella liuoksella - sen mukana myös osa valaistun fotoresistin alla olevasta substraatista liukenee. Se osa substraatista, jota maski suojasi valolta, ei liukene. Se muodostaa johtimen tai tulevan aktiivisen elementin - tämän lähestymistavan tuloksena on erilaiset piirikuviot mikroprosessorin jokaisessa kerroksessa.

Itse asiassa kaikki aiemmat vaiheet olivat välttämättömiä puolijohderakenteiden luomiseksi tarvittaviin paikkoihin lisäämällä luovuttaja (n-tyyppi) tai vastaanottaja (p-tyyppi) epäpuhtaus. Oletetaan, että meidän on luotava p-tyypin kantajien keskittymisalue piissä, toisin sanoen aukkojohtavuusvyöhyke. Tätä varten kiekko käsitellään implantteri-nimisellä laitteella - valtavan energian boori-ionit laukeavat korkeajännitekiihdyttimestä ja ne jakautuvat tasaisesti fotolitografian aikana muodostuneille suojaamattomille vyöhykkeille.

Kun eriste on poistettu, ionit tunkeutuvat suojaamattoman piikerrokseen - muuten ne "jumiutuvat" dielektriseen aineeseen. Seuraavan etsausprosessin jälkeen jäljellä oleva eriste poistetaan ja levylle jää vyöhykkeitä, joissa on paikallista booria. On selvää, että nykyaikaisissa prosessoreissa voi olla useita tällaisia ​​kerroksia - tässä tapauksessa tuloksena olevalle kuvalle kasvatetaan taas dielektrinen kerros ja sitten kaikki seuraa hyvin kuljettua polkua - toinen kerros fotoresistiä, fotolitografiaprosessi (uusi maskia käyttämällä) , etsaus, istutus...

Fotolitografiaprosessin aikana muodostuvat loogiset elementit on kytkettävä toisiinsa. Tätä varten levyt asetetaan kuparisulfaattiliuokseen, jossa sähkövirran vaikutuksesta metalliatomit "laskeutuvat" jäljellä oleviin "käytäviin" - tämän galvaanisen prosessin seurauksena muodostuu johtavia alueita , luo yhteyksiä prosessorin "logiikan" yksittäisten osien välille. Ylimääräinen johtava pinnoite poistetaan kiillottamalla.

Hurraa - vaikein osa on ohi. Jäljelle jää vain ovela tapa yhdistää transistorien "jäännökset" - kaikkien näiden kytkentöjen (väylöiden) periaatetta ja järjestystä kutsutaan prosessoriarkkitehtuuriksi. Nämä liitännät ovat erilaisia ​​kullekin prosessorille - vaikka piirit näyttävät täysin litteiltä, ​​joissakin tapauksissa voidaan käyttää jopa 30 tasoa tällaisia ​​"johtoja".

Kun kiekkojen käsittely on valmis, kiekot siirretään tuotannosta kokoonpano- ja testauspajaan. Siellä kiteet käyvät läpi ensimmäiset testit, ja ne, jotka läpäisevät testin (ja tämä on suurin osa), leikataan alustasta erityisellä laitteella.

Seuraavassa vaiheessa prosessori pakataan alustalle (kuvassa - Intel Core i5 -prosessori, joka koostuu suorittimesta ja HD-grafiikkasirun).

Substraatti, kristalli ja lämmönjakokansi on yhdistetty toisiinsa - tätä tuotetta tarkoitamme sanoessamme sanan "prosessori". Vihreä substraatti luo sähköisen ja mekaanisen rajapinnan (kultaa käytetään piisirun sähköiseen liittämiseen koteloon), minkä ansiosta siitä tulee mahdollinen asennus CPU pistorasiaan emolevy- Itse asiassa tämä on vain alusta, jolle pienen sirun kontaktit reititetään. Lämmönjakokansi on lämpöliitäntä, joka jäähdyttää prosessoria käytön aikana - tähän kanteen kiinnitetään jäähdytysjärjestelmä, olipa kyseessä sitten jäähdytin tai terve vesilohko.

Kuvittele nyt, että yritys ilmoittaa esimerkiksi 20 uudesta prosessorista. Ne ovat kaikki erilaisia ​​- ytimien määrä, välimuistin koot, tuetut tekniikat... Jokainen prosessorimalli käyttää tiettyä määrää transistoreita (miljooniin ja jopa miljardeihin laskettuna), omaa elementtien yhdistämisperiaatetta... Ja kaiken tämän täytyy olla suunniteltu ja luotu/automatisoitu - mallit, linssit, litografia, satoja parametreja jokaiselle prosessille, testaus... Ja kaiken tämän pitäisi toimia kellon ympäri, useissa tehtaissa kerralla... Tuloksena pitäisi ilmaantua laitteita, joissa ei ole toiminnassa on tilaa virheille... Ja näiden teknisten mestariteosten kustannusten pitäisi olla säädyllisyyden rajoissa...

Melkein kaikki tietävät, että tietokoneessa pääelementti kaikkien "laitteistojen" joukossa on keskusprosessori. Mutta niiden ihmisten joukko, jotka ymmärtävät prosessorin toiminnan, on hyvin rajallinen. Useimmat käyttäjät eivät tiedä tästä. Ja vaikka järjestelmä yhtäkkiä alkaa hidastua, monet uskovat, että prosessori ei toimi hyvin, eivätkä pidä muita tekijöitä tärkeänä. Ymmärtääksemme tilanteen täysin, katsotaanpa joitain prosessorin näkökohtia.

Mikä on keskusyksikkö?

Mistä prosessori koostuu?

Jos puhumme Intel-prosessorin tai sen kilpailijan AMD:n toiminnasta, sinun on tarkasteltava näiden sirujen suunnittelua. Ensimmäinen mikroprosessori (muuten, se oli Inteliltä, ​​malli 4040) ilmestyi vuonna 1971. Se pystyi suorittamaan vain yksinkertaisimmat yhteen- ja vähennysoperaatiot käsittelemällä vain 4 bittiä tietoa, eli sillä oli 4-bittinen arkkitehtuuri.

Nykyaikaiset prosessorit, kuten esikoiset, perustuvat transistoreihin ja ovat paljon nopeampia. Ne valmistetaan fotolitografialla tietystä määrästä yksittäisiä piikiekkoja, jotka muodostavat yhden kiteen, johon transistorit on painettu. Piiri luodaan erityisellä kiihdyttimellä käyttämällä kiihdytettyjä boori-ioneja. Prosessorien sisäisessä rakenteessa pääkomponentit ovat ytimet, väylät ja toiminnalliset hiukkaset, joita kutsutaan versioiksi.

Pääasialliset tunnusmerkit

Kuten kaikille muille laitteille, prosessorille on ominaista tietyt parametrit, joita ei voida jättää huomiotta, kun vastataan kysymykseen prosessorin toiminnasta. Ensinnäkin tämä:

• ytimien lukumäärä;
• lankojen määrä;
• välimuistin koko (sisäinen muisti);
• kellotaajuus;
• renkaan nopeus.

Keskitytään nyt kellotaajuuteen. Ei ole turhaa, että prosessoria kutsutaan tietokoneen sydämeksi. Kuten sydän, se toimii pulsaatiotilassa tietyllä määrällä lyöntejä sekunnissa. Kellotaajuus mitataan MHz tai GHz. Mitä korkeampi se on, sitä enemmän toimintoja laite voi suorittaa.

Millä taajuudella prosessori toimii, voit selvittää sen ilmoitetuista ominaisuuksista tai katsoa tietoja kohdasta Mutta käskyjä käsitellessä taajuus voi muuttua ja ylikellotuksen (ylilukitus) aikana se voi nousta äärirajoihin. Näin ollen ilmoitettu arvo on vain keskimääräinen indikaattori.

Ytimen määrä on indikaattori, joka määrittää prosessorin käsittelykeskusten määrän (ei pidä sekoittaa säikeisiin - ytimien ja säikeiden määrä ei välttämättä ole sama). Tämän jakelun ansiosta on mahdollista ohjata toimintaa muihin ytimiin, mikä lisää yleistä suorituskykyä.

Kuinka prosessori toimii: komentokäsittely

Nyt hieman suoritettavien komentojen rakenteesta. Jos tarkastelet prosessorin toimintaa, sinun on ymmärrettävä selvästi, että jokaisessa komennossa on kaksi komponenttia - toiminnallinen ja operandi.

Käyttöosa määrittelee, mitä tietokonejärjestelmän tulee tehdä tällä hetkellä. Operandi määrittää, mitä prosessorin tulee työstää. Lisäksi prosessorin ydin voi sisältää kaksi laskentakeskusta (säiliöt, säikeet), jotka jakavat komennon suorittamisen useisiin vaiheisiin:

• tuotanto;
• salauksen purku;
• komennon suorittaminen;
• käyttää itse prosessorin muistia
• tallentaa tulosta.

Nykyään käytetään erillistä välimuistia, jossa käytetään kahta välimuistitasoa, mikä välttää kahden tai useamman komennon sieppaamisen yhteen muistilohkoista.

Komentokäsittelyn tyypin perusteella prosessorit jaetaan lineaarisiin (komentojen suorittaminen siinä järjestyksessä, jossa ne on kirjoitettu), syklisiin ja haarautuviin (käskyjen suorittaminen haaraehtojen käsittelyn jälkeen).

Toimenpiteet suoritettu

Prosessorille osoitettujen päätoimintojen joukossa, suoritettavien komentojen tai käskyjen suhteen, erotetaan kolme päätehtävää:

• aritmeettis-loogiseen laitteeseen perustuvat matemaattiset operaatiot;
• tiedon (informaation) siirtäminen yhden tyyppisestä muistista toiseen;
• päätöksen tekeminen komennon suorittamisesta ja sen perusteella siirtyminen muiden komentosarjojen suorittamiseen.

Vuorovaikutus muistin kanssa (ROM ja RAM)

Tässä prosessissa huomioitavia komponentteja ovat väylä ja luku-kirjoituskanava, jotka on kytketty tallennuslaitteisiin. ROM sisältää vakion tavujoukon. Ensin osoiteväylä pyytää tietyn tavun ROM:lta, sitten siirtää sen dataväylään, minkä jälkeen lukukanava muuttaa tilaansa ja ROM antaa pyydetyn tavun.

Mutta prosessorit eivät voi vain lukea tietoja RAM-muisti, mutta myös kirjoita ne muistiin. Tässä tapauksessa käytetään tallennuskanavaa. Mutta jos tarkastellaan sitä, suurelta osin nykyaikaiset tietokoneet voisivat puhtaasti teoreettisesti pärjätä ilman RAM-muistia ollenkaan, koska nykyaikaiset mikro-ohjaimet pystyy sijoittamaan tarvittavat tavut dataa suoraan itse suoritinsirun muistiin. Mutta ilman ROM:ia ei tule toimeen.

Järjestelmä käynnistyy muun muassa laitteiston testaustilasta (BIOS-komennot), ja vasta sitten ohjaus siirtyy ladattavalle käyttöjärjestelmälle.

Kuinka tarkistaa, toimiiko prosessori?

Katsotaan nyt joitain prosessorin suorituskyvyn tarkistamisen näkökohtia. On ymmärrettävä selvästi, että jos prosessori ei toimisi, tietokone ei pystyisi lataamaan ollenkaan.

Se on toinen asia, kun sinun on katsottava prosessorin ominaisuuksien käytön indikaattoria tietyllä hetkellä. Tämä voidaan tehdä tavallisesta "Task Managerista" (prosesseja vastapäätä ilmoitetaan, kuinka monta prosenttia prosessorin kuormituksesta se tarjoaa). Määrittääksesi tämän parametrin visuaalisesti, voit käyttää Suorituskyky-välilehteä, jossa muutoksia seurataan reaaliajassa. Lisäasetukset voidaan nähdä käyttämällä erityisiä ohjelmia esim CPU-Z.

Lisäksi voit käyttää useita prosessoriytimiä käyttämällä (msconfig) ja muita käynnistysparametreja.

Mahdolliset ongelmat

Lopuksi muutama sana ongelmista. Monet käyttäjät kysyvät usein, miksi prosessori toimii, mutta näyttö ei käynnisty? TO keskusprosessori tällä tilanteella ei ole mitään tekemistä asian kanssa. Tosiasia on, että kun käynnistät minkä tahansa tietokoneen, näytönohjain testataan ensin ja vasta sitten kaikki muu. Ehkä ongelma piilee juuri grafiikkasirun prosessorissa (kaikilla nykyaikaisilla videokiihdyttimillä on omat grafiikkaprosessorit).

Mutta käyttämällä esimerkkiä ihmiskehon toiminnasta, sinun on ymmärrettävä, että sydämenpysähdyksen tapauksessa koko keho kuolee. Sama tietokoneiden kanssa. Prosessori ei toimi - koko tietokonejärjestelmä "kuolee".

Nykyaikaiset mikroprosessorit ovat yksi monimutkaisimmista ihmisen valmistamista laitteista. Puolijohdekiteen valmistaminen on paljon resurssivaltaisempaa kuin esimerkiksi monikerroksisen talon rakentaminen tai suuren näyttelytapahtuman järjestäminen. Prosessorien rahamääräisen massatuotannon ansiosta emme kuitenkaan huomaa tätä, ja harvoin kukaan ajattelee niiden elementtien valtavaa määrää, joilla on niin näkyvä paikka sisällä. järjestelmän yksikkö. Päätimme tutkia prosessorituotannon yksityiskohtia ja puhua niistä tässä materiaalissa. Onneksi nykyään Internetissä on tarpeeksi tietoa tästä aiheesta, ja Intel Corporationin erikoistunut valikoima esityksiä ja dioja antaa sinun suorittaa tehtävän mahdollisimman selkeästi. Muiden puolijohdeteollisuuden jättiläisten yritykset toimivat samalla periaatteella, joten voimme luottavaisesti sanoa, että kaikki nykyaikaiset mikropiirit kulkevat identtisen luomispolun läpi.

Ensimmäinen mainitsemisen arvoinen asia on prosessorien rakennusmateriaali. Pii on toiseksi yleisin alkuaine planeetalla hapen jälkeen. Se on luonnollinen puolijohde ja sitä käytetään päämateriaalina erilaisten mikropiirien sirujen valmistuksessa. Suurin osa piistä löytyy tavallisesta hiekasta (erityisesti kvartsista) piidioksidin (SiO2) muodossa.

Pii ei kuitenkaan ole ainoa materiaali. Sen lähin sukulainen ja korvike on germanium, mutta tuotantoa parantaessaan tutkijat tunnistavat hyviä puolijohdeominaisuuksia muiden alkuaineiden yhdisteistä ja valmistautuvat testaamaan niitä käytännössä tai tekevät niin.

1 Pii käy läpi monivaiheisen puhdistusprosessin: mikropiirien raaka-aineet eivät saa sisältää enempää epäpuhtauksia kuin yksi vieras atomi miljardia kohden.

2 Pii sulatetaan erityisessä säiliössä ja laskettuaan jatkuvasti jäähdytetyn pyörivän tangon sisälle, aine "kiertyy" sen ympärille pintajännitysvoimien ansiosta.

3 Tuloksena on poikkileikkaukseltaan pyöreitä pitkittäisiä aihioita (yksikiteitä), joista jokainen painaa noin 100 kg.

4 Työkappale leikataan yksittäisiksi piilevyiksi - kiekoiksi, joihin sijoitetaan satoja mikroprosessoreita. Näihin tarkoituksiin käytetään koneita, joissa on timanttileikkauslevyt tai lankahiomalaitteistot.

5 Alustat on kiillotettu peilipintaiseksi kaikkien pintavirheiden poistamiseksi. Seuraava vaihe on ohuimman fotopolymeerikerroksen levittäminen.

6 Käsitelty substraatti altistuu voimakkaalle ultraviolettisäteilylle. Valopolymeerikerroksessa tapahtuu kemiallinen reaktio: valo, joka kulkee lukuisten stensiilien läpi, toistaa CPU-kerrosten kuvioita.

7 Todellinen koko Sovellettu kuva on useita kertoja pienempi kuin itse stensiili.

8 Säteilyn "syövytyt" alueet huuhtoutuvat pois. Piisubstraatille saadaan kuvio, joka sitten liimataan.

9 Seuraava vaihe yhden kerroksen valmistuksessa on ionisaatio, jonka aikana polymeerivapaita piin alueita pommitetaan ioneilla.

10 Paikoissa, joissa ne osuvat, sähkönjohtavuuden ominaisuudet muuttuvat.

11 Jäljelle jäänyt polymeeri poistetaan ja transistori on melkein valmis. Eristyskerroksiin on tehty reikiä, mikä kiitos kemiallinen reaktio täynnä kupariatomeja, joita käytetään kontakteina.

12 Transistorien liitäntä on monitasoinen johdotus. Jos katsot mikroskoopin läpi, huomaat kiteessä monia metallijohtimia ja niiden väliin sijoitettuja piiatomeja tai sen moderneja korvikkeita.

13 Osa valmiista alustasta käy läpi ensimmäisen toimintatestin. Tässä vaiheessa kullekin valitulle transistorille syötetään virtaa ja automaattinen järjestelmä tarkistaa puolijohteen toimintaparametrit.

14 Alusta leikataan erillisiin osiin ohuimmilla leikkuulaikoilla.

15 Tämän toimenpiteen tuloksena saadut käyttökelpoiset kiteet käytetään prosessorien valmistuksessa ja vialliset viedään roskiin.

16 Erillinen siru, josta prosessori valmistetaan, asetetaan CPU:n alustan (substraatin) ja lämmönjakelukannen väliin ja "pakattu".

17 Lopputestauksen aikana valmiit prosessorit tarkastetaan vaadittujen parametrien suhteen ja vasta sitten lajitellaan. Vastaanotettujen tietojen perusteella niihin välähdetään mikrokoodi, jonka avulla järjestelmä voi tunnistaa suorittimen oikein.

18 Valmiit laitteet pakataan ja lähetetään markkinoille.

"Silicon Valley" (Piilaakso, USA, Kalifornia)

Se on saanut nimensä mikrosirujen valmistuksessa käytetystä päärakennuselementistä.

"Miksi prosessorikiekot ovat pyöreitä?"- luultavasti kysyt.

Piikiteiden valmistukseen käytetään tekniikkaa, jonka avulla voidaan saada vain lieriömäisiä aihioita, jotka sitten leikataan paloiksi. Tähän mennessä kukaan ei ole kyennyt valmistamaan virheetöntä nelikulmaista levyä.

Miksi mikrosirut ovat neliömäisiä?

Juuri tämäntyyppinen litografia mahdollistaa kiekkoalueen käytön mahdollisimman tehokkaasti.

Miksi prosessorit tarvitsevat niin monta nastaa/nastaa?

Signaalilinjojen lisäksi jokainen prosessori tarvitsee vakaan tehon toimiakseen. Noin 100-120 W:n virrankulutuksella ja matalalla jännitteellä voi kulkea jopa 100 A:n virtaa. Merkittävä osa CPU-koskettimista on omistettu nimenomaan virransyöttöjärjestelmään ja kopioidaan.

Tuotantojätteiden hävittäminen

Aiemmin vialliset kiekot, niiden jäänteet ja vialliset mikrosirut menivät hukkaan. Nykyään niitä kehitetään aurinkokennojen tuotannon perustana.

"Kapu puku"

Tämä on nimitys valkoisille haalareille, joita kaikkien tuotantotilojen työntekijöiden on käytettävä. Tämä tehdään maksimaalisen puhtauden ylläpitämiseksi ja suojaamiseksi pölyhiukkasten vahingossa pääsyltä tuotantotiloihin. Pupupukua käytettiin ensimmäisen kerran prosessoritehtaissa vuonna 1973, ja siitä on sittemmin tullut hyväksytty standardi.

99,9999%

Prosessorien valmistukseen soveltuu vain puhtaimman puhdas pii. Aihiot puhdistetaan erityisillä kemikaaleilla.

300 mm

Tämä on prosessorien valmistukseen tarkoitettujen nykyaikaisten piikiekkojen halkaisija.

1000 kertaa

Näin paljon puhtaampaa ilma on haketehtaiden tiloissa kuin leikkaussalissa.

20 kerrosta

Prosessorisiru on erittäin ohut (alle millimetri), mutta se sisältää yli 20 kerrosta monimutkaisia ​​transistorien rakenteellisia yhdistelmiä, jotka näyttävät monitasoisilta moottoriteiltä.

2500

Juuri näin monta Intel Atom -prosessorin sirua (niillä on pienin pinta-ala nykyaikaisista prosessoreista) sijoitetaan yhdelle 300 mm kiekolle.

10 000 000 000 000 000 000

Sata kvintiljoonaa transistoria, mikrosirujen rakennuspalikoita, toimitetaan tehtailta vuosittain. Tämä on noin 100 kertaa enemmän kuin planeetalla olevien muurahaisten arvioitu määrä.

A

Yhden transistorin tuotantokustannukset prosessorissa ovat nykyään yhtä suuria kuin yhden kirjeen painaminen sanomalehteen.

Tämän artikkelin valmistelussa käytettiin materiaaleja Intel Corporationin viralliselta verkkosivustolta, www.intel.ua

Miten mikropiirit valmistetaan?

Ymmärtääksesi, mikä tärkein ero näiden kahden tekniikan välillä on, on tarpeen tehdä lyhyt retki nykyaikaisten prosessorien tai integroitujen piirien tuotantotekniikkaan.

Kuten koulun fysiikan kurssista tiedät, modernissa elektroniikassa integroitujen piirien pääkomponentit ovat p- ja n-tyypin puolijohteet (johtavuuden tyypistä riippuen). Puolijohde on aine, jonka johtavuus on parempi kuin dielektrikot, mutta huonompi kuin metallit. Molempien puolijohteiden perustana voi olla pii (Si), joka puhtaassa muodossaan (ns. sisäinen puolijohde) johtaa huonosti sähkövirtaa, mutta tietyn epäpuhtauden lisääminen piihin voi muuttaa sen johtavia ominaisuuksia radikaalisti. . On olemassa kahdenlaisia ​​epäpuhtauksia: luovuttaja ja vastaanottaja. Luovuttajien epäpuhtaudet johtavat n-tyypin puolijohteiden muodostumiseen c elektroninen tyyppi johtavuus, ja akseptori johtaa p-tyyppisten puolijohteiden muodostumiseen, joilla on reikätyyppinen johtavuus. P- ja n-puolijohteiden koskettimet mahdollistavat transistoreiden muodostamisen - nykyaikaisten mikropiirien päärakenneosat. Nämä transistorit, joita kutsutaan CMOS-transistoreiksi, voivat olla kahdessa perustilassa: auki, kun ne johtavat sähköä, ja pois päältä, kun ne eivät johda sähköä. Koska CMOS-transistorit ovat nykyaikaisten mikropiirien pääelementtejä, puhutaanpa niistä tarkemmin.

Kuinka CMOS-transistori toimii?

Yksinkertaisimmassa n-tyypin CMOS-transistorissa on kolme elektrodia: lähde, portti ja nielu. Itse transistori on valmistettu p-tyypin puolijohteesta, jolla on reikäjohtavuus, ja n-tyypin puolijohteita, joilla on elektroninen johtavuus, muodostetaan nielu- ja lähdealueille. Luonnollisesti reikien diffuusio p-alueelta n-alueelle ja elektronien käänteinen diffuusio n-alueelta p-alueelle muodostaa tyhjennyskerroksia (kerroksia, joissa ei ole suuria varauksenkantajia). p- ja n-alueiden siirtymien rajoilla. SISÄÄN normaali kunto, eli kun hilaan ei syötetä jännitettä, transistori on "lukitussa" tilassa, eli se ei pysty johtamaan virtaa lähteestä viemäriin. Tilanne ei muutu, vaikka nielun ja lähteen väliin syötettäisiin jännite (emme ota huomioon vuotovirtoja, jotka aiheutuvat liikkeestä vähemmistövarauksenkuljettajien syntyneiden sähkökenttien vaikutuksesta, eli reikiä n-alue ja elektronit p-alueelle).

Kuitenkin, jos positiivinen potentiaali kohdistetaan porttiin (kuva 1), tilanne muuttuu radikaalisti. Portin sähkökentän vaikutuksesta reiät työnnetään syvälle p-puolijohteeseen, ja elektronit päinvastoin vedetään portin alla olevalle alueelle muodostaen elektronirikkaan kanavan lähteen ja viemärin väliin. Jos hilaan kohdistetaan positiivinen jännite, nämä elektronit alkavat liikkua lähteestä viemäriin. Tässä tapauksessa transistori johtaa virtaa, transistorin sanotaan "auki". Jos hilajännite poistetaan, elektronit lakkaavat vetäytymästä lähteen ja nielun väliselle alueelle, johtava kanava tuhoutuu ja transistori lakkaa kulkemasta virtaa, eli se "sammuu". Siten muuttamalla hilajännitettä voit avata tai sulkea transistorin, samalla tavalla kuin voit kytkeä tavallisen vaihtokytkimen päälle tai pois päältä ohjaamalla virran virtausta piirin läpi. Tästä syystä transistoreja kutsutaan joskus elektronisiksi kytkimiksi. Kuitenkin toisin kuin perinteiset mekaaniset kytkimet, CMOS-transistorit ovat käytännössä inertiattomia ja pystyvät kytkeytymään päälle biljoonaa kertaa sekunnissa! Juuri tämä ominaisuus, eli kyky vaihtaa välittömästi, määrää viime kädessä kymmenistä miljoonista tällaisista yksinkertaisista transistoreista koostuvan prosessorin suorituskyvyn.

Joten moderni integroitu piiri koostuu kymmenistä miljoonista yksinkertaisista CMOS-transistoreista. Tarkastellaanpa tarkemmin mikropiirien valmistusprosessia, jonka ensimmäinen vaihe on piisubstraattien valmistus.

Vaihe 1. Aihioiden kasvattaminen

Tällaisten substraattien luominen alkaa sylinterimäisen piikiteen kasvattamisella. Tämän jälkeen nämä yksikiteiset aihiot (aihiot) leikataan pyöreiksi kiekoiksi (kiekot), joiden paksuus on noin 1/40 tuumaa ja halkaisija on 200 mm (8 tuumaa) tai 300 mm (12 tuumaa). Näitä piisubstraatteja käytetään mikropiirien valmistukseen.

Piin yksittäiskiteistä kiekkoja muodostettaessa huomioidaan se, että ihanteellisten kiderakenteiden fysikaaliset ominaisuudet riippuvat suurelta osin valitusta suunnasta (anisotropiaominaisuus). Esimerkiksi piisubstraatin vastus on erilainen pituus- ja poikittaissuunnassa. Samoin kidehilan suunnasta riippuen piikide reagoi eri tavalla kaikkiin sen jatkokäsittelyyn liittyviin ulkoisiin vaikutuksiin (esimerkiksi syövytykseen, sputterointiin jne.). Siksi levy on leikattava yksittäiskiteestä siten, että kidehilan suuntaus suhteessa pintaan säilyy tiukasti tietyssä suunnassa.

Kuten jo todettiin, piiyksikidetyökappaleen halkaisija on joko 200 tai 300 mm. Lisäksi 300 mm:n halkaisija on suhteellisen uusi tekniikka, jota käsittelemme jäljempänä. On selvää, että tämän halkaisijan levyyn mahtuu useampi kuin yksi mikropiiri, vaikka puhummekin Intel prosessori Pentium 4. Yhdelle tällaiselle alustalevylle muodostuu todellakin useita kymmeniä mikropiirejä (prosessoreita), mutta yksinkertaisuuden vuoksi tarkastelemme vain prosesseja, jotka tapahtuvat yhden tulevan mikroprosessorin pienellä alueella.

Vaihe 2. Suojaava dielektrinen kalvo (SiO2)

Piisubstraatin muodostumisen jälkeen alkaa monimutkaisen puolijohderakenteen luomisvaihe.

Tätä varten piihin on lisättävä niin sanottuja luovuttaja- ja akseptoriepäpuhtauksia. Herää kuitenkin kysymys: kuinka lisätä epäpuhtauksia tarkasti määritellyn kaavan mukaan? Tämän mahdollistamiseksi alueet, joihin ei tarvitse lisätä epäpuhtauksia, suojataan erityisellä piidioksidikalvolla, jolloin vain ne alueet jäävät näkyviin, jotka ovat jatkokäsittelyn kohteena (kuva 2). Prosessi sellaisen suojakalvon muodostamiseksi, jolla on haluttu kuvio, koostuu useista vaiheista.

Ensimmäisessä vaiheessa koko piikiekko peitetään kokonaan ohuella piidioksidikalvolla (SiO2), joka on erittäin hyvä eriste ja toimii suojakalvona piikiteen jatkokäsittelyssä. Levyt asetetaan kammioon, jossa korkea lämpötila(900 - 1100 °C) ja paineessa hapen diffuusio tapahtuu kiekon pintakerroksiin, mikä johtaa piin hapettumiseen ja piidioksidin pintakalvon muodostumiseen. Jotta piidioksidikalvolla olisi tarkasti määritelty paksuus ja siinä ei ole vikoja, on välttämätöntä säilyttää tiukasti vakio lämpötila kiekon kaikissa kohdissa hapetusprosessin aikana. Jos koko kiekkoa ei haluta peittää piidioksidikalvolla, piisubstraatille levitetään ensin Si3N4-naamio ei-toivotun hapettumisen estämiseksi.

Vaihe 3. Fotoresistin levittäminen

Kun silikonisubstraatti on pinnoitettu suojakalvo piidioksidia, tämä kalvo on poistettava niistä paikoista, jotka joutuvat jatkokäsittelyyn. Kalvo poistetaan syövyttämällä, ja jäljellä olevien alueiden suojaamiseksi etsaukselta levitetään kerros ns. fotoresistiä kiekon pinnalle. Termi "fotoresistit" viittaa yhdisteisiin, jotka ovat valoherkkiä ja kestäviä aggressiivisia tekijöitä vastaan. Käytetyillä koostumuksilla tulee olla toisaalta tietyt valokuvausominaisuudet (ultravioletisen valon vaikutuksesta ne liukenevat ja huuhtoutuvat pois etsausprosessin aikana) ja toisaalta resistiivisiä, jotta ne kestävät syövytystä hapoissa ja emäksissä. , lämmitys jne. Fotoresistien päätarkoitus on luoda halutun kokoonpanon suojaava kohokuvio.

Prosessia, jossa fotoresisti levitetään ja sen edelleen säteilytetään ultraviolettivalolla tietyn kuvion mukaisesti, kutsutaan fotolitografiaksi, ja se sisältää seuraavat perustoiminnot: fotoresistikerroksen muodostus (substraatin käsittely, levitys, kuivaus), suojaavan kohokuvion muodostus (altistus, kehitys , kuivaus) ja kuvan siirto alustalle (etsaus, sputterointi jne.).

Ennen fotoresistikerroksen (kuvio 3) levittämistä alustalle jälkikäsittely esikäsitellään, minkä seurauksena sen tarttuvuus fotoresistikerrokseen paranee. Tasaisen fotoresistikerroksen levittämiseksi käytetään sentrifugointimenetelmää. Substraatti asetetaan pyörivälle kiekolle (sentrifugi), ja keskipakovoimien vaikutuksesta fotoresisti jakautuu substraatin pinnalle lähes tasaisena kerroksena. (Kun puhutaan melkein yhtenäisestä kerroksesta, otamme huomioon sen tosiasian, että keskipakoisvoimien vaikutuksesta tuloksena olevan kalvon paksuus kasvaa keskeltä reunoihin, mutta tämä fotoresistin levitysmenetelmä kestää kerroksen vaihtelut. paksuus ±10 %:n sisällä)

Vaihe 4. Litografia

Fotoresistikerroksen levittämisen ja kuivaamisen jälkeen alkaa tarvittavan suojakehotuksen muodostusvaihe. Reliefi muodostuu siitä syystä, että fotoresistikerroksen tietyille alueille osuvan ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta jälkimmäinen muuttaa liukoisuusominaisuuksia, esimerkiksi valaistut alueet lakkaavat liukenemasta liuottimeen, mikä poistaa pinta-alaa. kerros, joka ei ollut alttiina valaistukselle, tai päinvastoin - valaistut alueet liukenevat. Reljefinmuodostusmenetelmän perusteella fotoresistit jaetaan negatiivisiin ja positiivisiin. Ultraviolettisäteilylle altistuneet negatiiviset fotoresistit muodostavat suojaavia alueita. Positiiviset fotoresistit päinvastoin saavat ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta juoksevuusominaisuudet ja liuotin huuhtoutuvat pois. Näin ollen suojakerros muodostuu niille alueille, jotka eivät ole alttiina ultraviolettisäteilylle.

Valaisemaan halutut fotoresistikerroksen alueet käytetään erityistä maskimallia. Useimmiten tähän tarkoitukseen käytetään optisia lasilevyjä, joissa on valokuvallisesti tai muuten saatuja läpinäkymättömiä elementtejä. Itse asiassa tällainen malli sisältää piirustuksen yhdestä tulevan mikropiirin kerroksista (tällaisia ​​​​kerroksia voi olla yhteensä useita satoja). Koska tämä malli on viite, se on tehtävä erittäin tarkasti. Lisäksi, kun otetaan huomioon, että yhdestä valokuvanaamarista valmistetaan useita valokuvalevyjä, sen on oltava kestävä ja vaurioitumaton. Tästä on selvää, että valokuvanaamari on erittäin kallis asia: mikropiirin monimutkaisuudesta riippuen se voi maksaa kymmeniä tuhansia dollareita.

Ultraviolettisäteily, joka kulkee tällaisen mallineen läpi (kuva 4), valaisee vain tarvittavat alueet fotoresistikerroksen pinnasta. Säteilytyksen jälkeen fotoresisti kehittyy, minkä seurauksena kerroksen tarpeettomat alueet poistetaan. Tämä paljastaa vastaavan osan piidioksidikerrosta.

Huolimatta valolitografisen prosessin näennäisestä yksinkertaisuudesta, tämä mikropiirituotannon vaihe on monimutkaisin. Tosiasia on, että Mooren ennusteen mukaisesti transistorien määrä yhdellä sirulla kasvaa eksponentiaalisesti (kaksinkertaistuu joka toinen vuosi). Tällainen transistorien määrän lisääminen on mahdollista vain niiden koon pienenemisen vuoksi, mutta juuri pienentäminen "lepää" litografiaprosessissa. Transistoreiden pienentämiseksi on tarpeen pienentää fotoresistikerrokseen levitettyjen viivojen geometrisiä mittoja. Mutta kaikella on rajansa, lasersäteen tarkentaminen tiettyyn pisteeseen ei ole niin helppoa. Tosiasia on, että aaltooptiikan lakien mukaisesti pisteen vähimmäiskoko, johon lasersäde kohdistetaan (itse asiassa se ei ole vain piste, vaan diffraktiokuvio), määräytyy muiden tekijöiden ohella, valon aallonpituuden mukaan. Litografisen tekniikan kehitys sen keksimisestä 70-luvun alussa on ollut valon aallonpituuden pienentämisen suuntaan. Tämä mahdollisti integroitujen piirien elementtien koon pienentämisen. 80-luvun puolivälistä lähtien fotolitografiassa alettiin käyttää laserin tuottamaa ultraviolettisäteilyä. Idea on yksinkertainen: ultraviolettisäteilyn aallonpituus on lyhyempi kuin näkyvän valon aallonpituus, joten fotoresistin pinnalle on mahdollista saada hienompia viivoja. Viime aikoihin asti litografiassa käytettiin syvää ultraviolettisäteilyä (DUV), jonka aallonpituus oli 248 nm. Kun fotolitografia kuitenkin ylitti 200 nm:n, ilmaantui vakavia ongelmia, jotka ensimmäistä kertaa asettivat kyseenalaiseksi tämän tekniikan käytön jatkamisen. Esimerkiksi alle 200 mikronin aallonpituuksilla valoherkkä kerros absorboi liikaa valoa, mikä vaikeuttaa ja hidastaa piirimallin siirtoprosessia prosessorille. Tämänkaltaiset ongelmat saavat tutkijat ja valmistajat etsimään vaihtoehtoja perinteiselle litografiateknologialle.

Uusi litografiateknologia, nimeltään EUV-litografia (Extreme UltraViolet ultra-hard ultraviolet radiation), perustuu ultraviolettisäteilyn käyttöön, jonka aallonpituus on 13 nm.

Siirtyminen DUV:sta EUV-litografiaan mahdollistaa yli 10-kertaisen aallonpituuden pienenemisen ja siirtymisen alueelle, jossa se on verrattavissa vain muutaman kymmenen atomin kokoon.

Nykyinen litografiatekniikka mahdollistaa kuvion, jonka langan vähimmäisleveys on 100 nm, kun taas EUV-litografia mahdollistaa paljon pienempien, jopa 30 nm:n viivanleveyden tulostamisen. Ultralyhyen säteilyn hallinta ei ole niin helppoa kuin miltä näyttää. Koska lasi absorboi EUV-säteilyä hyvin, uudessa tekniikassa käytetään neljän erityisen kuperan peilin sarjaa, jotka pienentävät ja tarkentavat maskin levittämisen jälkeen saatua kuvaa (kuva 5, ,). Jokainen tällainen peili sisältää 80 yksittäistä metallikerrosta, joiden paksuus on noin 12 atomia.

Vaihe 5: Etsaus

Fotoresistikerroksen valottamisen jälkeen etsausvaihe alkaa poistaa piidioksidikalvoa (kuva 8).

Syövytysprosessi liittyy usein happokylpyihin. Tämä happoetsausmenetelmä on hyvin tuttu radioamatöörit, jotka ovat tehneet omat piirilevynsä. Tätä varten kalvopäällysteiselle piirilevylle lakalla levitetään tulevan levyn raitojen kuvio, joka toimii suojakerroksena, ja sitten levy lasketaan typpihappokylpyyn. Kalvon tarpeettomat osat on syövytetty pois, mikä paljastaa puhtaan piirilevyn. Tällä menetelmällä on useita haittoja, joista tärkein on kyvyttömyys ohjata tarkasti kerroksen poistoprosessia, koska liian monet tekijät vaikuttavat syövytysprosessiin: happopitoisuus, lämpötila, konvektio jne. Lisäksi happo on vuorovaikutuksessa materiaalin kanssa kaikkiin suuntiin ja tunkeutuu vähitellen fotoresistimaskin reunan alle, eli se tuhoaa fotoresistillä peitetyt kerrokset sivulta. Siksi prosessorien valmistuksessa käytetään kuivaetsausmenetelmää, jota kutsutaan myös plasmaksi. Tämä menetelmä mahdollistaa etsausprosessin tarkan hallinnan, ja syövytetyn kerroksen tuhoutuminen tapahtuu tiukasti pystysuunnassa.

Kuivaetsaus käyttää ionisoitua kaasua (plasmaa) poistamaan kiekon pinnalta piidioksidia, joka reagoi piidioksidin pinnan kanssa tuottaen haihtuvia sivutuotteita.

Syövytyksen jälkeen, eli kun halutut puhtaan piin alueet paljastetaan, jäljelle jäänyt osa valokerroksesta poistetaan. Siten piisubstraatille jää piidioksidin muodostama kuvio.

Vaihe 6. Diffuusio (ioni-istutus)

Muistetaan, että edeltävä prosessi tarvittavan kuvion muodostamiseksi piisubstraatille vaadittiin puolijohderakenteiden luomiseksi oikeisiin paikkoihin lisäämällä luovuttaja- tai akseptoriepäpuhtautta. Prosessi epäpuhtauksien lisäämiseksi suoritetaan diffuusion (kuvio 9) avulla epäpuhtausatomien tasaisella lisäämisellä piikidehilaan. N-tyypin puolijohteen saamiseksi käytetään yleensä antimonia, arseenia tai fosforia. P-tyypin puolijohteen saamiseksi käytetään epäpuhtauksina booria, galliumia tai alumiinia.

Ioni-istutusta käytetään seostusaineen diffuusioprosessissa. Implantaatioprosessi koostuu halutun epäpuhtauden ioneista, jotka "sammutetaan" suurjännitekiihdyttimestä ja riittävällä energialla tunkeutuvat piin pintakerroksiin.

Joten ioni-istutusvaiheen lopussa puolijohderakenteen tarvittava kerros on luotu. Mikroprosessoreissa voi kuitenkin olla useita tällaisia ​​kerroksia. Seuraavan kerroksen luomiseksi tuloksena olevaan piirikuvioon kasvatetaan ylimääräinen ohut kerros piidioksidia. Tämän jälkeen kerrostetaan kerros monikiteistä piitä ja toinen kerros fotoresistiä. Ultraviolettisäteily kulkee toisen maskin läpi ja korostaa vastaavan kuvion valokuvakerroksessa. Sitten taas seuraavat vaiheet: valokerroksen liukeneminen, syövytys ja ioni-istutus.

Vaihe 7. Sputterointi ja kerrostaminen

Uusien kerrosten levitys suoritetaan useita kertoja, kun taas kerrosten välisissä liitoksissa kerroksiin jätetään "ikkunat", jotka on täytetty metalliatomeilla; Tämän seurauksena kiteen päälle muodostuu metalliliuskoja, jotka johtavat alueisiin. Tällä tavalla nykyaikaiset prosessorit muodostavat yhteyksiä kerrosten välille, jotka muodostavat monimutkaisen kolmiulotteisen piirin. Kaikkien kerrosten kasvatus- ja käsittelyprosessi kestää useita viikkoja, ja itse tuotantosykli koostuu yli 300 vaiheesta. Tämän seurauksena piikiekolle muodostuu satoja identtisiä prosessoreita.

Piikiekot tehdään aluksi melko paksuiksi kestämään iskuja, joille kiekot joutuvat kerrostuksen aikana. Siksi ennen kiekon leikkaamista yksittäisiksi prosessoreiksi sen paksuutta pienennetään 33% ja lika poistetaan takapuolelta. Sitten substraatin takapuolelle levitetään kerros erityistä materiaalia parantamaan kiteen kiinnittymistä tulevan prosessorin runkoon.

Vaihe 8. Viimeinen vaihe

Muodostusjakson lopussa kaikki prosessorit testataan perusteellisesti. Tämän jälkeen tietyt kiteet, jotka ovat jo läpäisseet testin, leikataan substraattilevystä erityisellä laitteella (kuva 10).

Jokainen mikroprosessori on upotettu suojaavaan koteloon, joka myös muodostaa sähköisen yhteyden mikroprosessorisirun ja ulkoisten laitteiden välillä. Kotelon tyyppi riippuu mikroprosessorin tyypistä ja käyttötarkoituksesta.

Kun kotelo on suljettu, jokainen mikroprosessori testataan uudelleen. Vialliset prosessorit hylätään, ja toimivat prosessorit testataan. Prosessorit lajitellaan sitten niiden käyttäytymisen perusteella eri kellotaajuuksilla ja syöttöjännitteillä.

Lupaavia tekniikoita

Olemme pohtineet mikropiirien (erityisesti prosessorien) valmistusprosessia hyvin yksinkertaistetulla tavalla. Mutta jopa tällainen pinnallinen esitys antaa meille mahdollisuuden ymmärtää teknologiset vaikeudet, joita kohdataan transistorien koon pienentämisessä.

Ennen kuin tarkastelemme uusia lupaavia teknologioita, vastaamme kuitenkin artikkelin alussa esitettyyn kysymykseen: mikä on teknologisen prosessin suunnittelustandardi ja miten itse asiassa 130 nm:n suunnittelustandardi eroaa 180:n standardista. nm? 130 nm tai 180 nm on tyypillinen minimietäisyys kahden vierekkäisen elementin välillä mikropiirin yhdessä kerroksessa, eli eräänlainen ruudukkoaskel, johon mikropiirin elementit on kytketty. On aivan selvää, että mitä pienempi tämä ominaiskoko, sitä enemmän transistoreita voidaan sijoittaa samalle mikropiirin alueelle.

Tällä hetkellä Intel-prosessorit käyttävät 0,13 mikronin prosessitekniikkaa. Tätä tekniikkaa käytetään Intel Pentium 4 -prosessorin Northwood-ytimellä, Intel Pentium III -prosessorin Tualatin-ytimellä ja Intel Celeron -prosessorin valmistukseen. Tällaista teknologista prosessia käytettäessä transistorin hyödyllinen kanavan leveys on 60 nm, ja hilaoksidikerroksen paksuus ei ylitä 1,5 nm. Intel Pentium 4 -prosessori sisältää yhteensä 55 miljoonaa transistoria.

Prosessorisirun transistorien tiheyden lisäämisen ohella 0,13 mikronin teknologia, joka korvasi 0,18 mikronin tekniikan, sisältää muitakin innovaatioita. Ensinnäkin se käyttää kupariliitäntöjä yksittäisten transistorien välillä (0,18 mikronin tekniikassa liitännät olivat alumiinia). Toiseksi 0,13 mikronin tekniikka tarjoaa pienemmän virrankulutuksen. Esimerkiksi mobiililaitteille tämä tarkoittaa sitä, että mikroprosessorien virrankulutus pienenee ja käyttöaika alkaen akku lisää.

No, viimeinen innovaatio, joka otettiin käyttöön siirtyessä 0,13 mikronin teknologiseen prosessiin, on halkaisijaltaan 300 mm:n piikiekkojen (kiekkojen) käyttö. Muistakaamme, että ennen tätä suurin osa prosessoreista ja mikropiireistä valmistettiin 200 mm kiekkojen pohjalta.

Kiekon halkaisijan kasvattaminen mahdollistaa kunkin prosessorin kustannusten alentamisen ja riittävän laadukkaiden tuotteiden tuoton lisäämisen. Itse asiassa halkaisijaltaan 300 mm:n kiekon pinta-ala on 2,25 kertaa suurempi kuin halkaisijaltaan 200 mm:n kiekon pinta-ala, ja vastaavasti yhdestä halkaisijaltaan 300 kiekosta saatujen prosessorien määrä mm on yli kaksi kertaa suurempi.

Vuonna 2003 odotetaan tulevan käyttöön uusi teknologinen prosessi, jossa on vieläkin pienempi suunnittelustandardi, nimittäin 90 nanometri. Uusi prosessi, jolla Intel valmistaa suurimman osan tuotteistaan, mukaan lukien prosessorit, piirisarjat ja tietoliikennelaitteet, kehitettiin Intelin D1C 300 mm kiekkojen pilottitehtaalla Hillsborossa, Oregonissa.

23. lokakuuta 2002 Intel ilmoitti avaavansa uuden 2 miljardin dollarin toimipisteen Rio Ranchossa, New Mexicossa. Uusi tehdas, nimeltään F11X, tulee käyttämään moderni teknologia, joka tuottaa prosessoreita 300 mm kiekoilla prosessiteknologialla, jonka suunnittelunormi on 0,13 mikronia. Vuonna 2003 laitos siirtyy teknologiseen prosessiin, jonka suunnittelustandardi on 90 nm.

Lisäksi Intel on jo ilmoittanut aloittavansa toisen tuotantolaitoksen rakentamisen Fab 24:ssä Leixlipissä (Irlanti), joka on suunniteltu tuottamaan puolijohdekomponentteja 300 mm:n piikiekoilla, joiden suunnittelustandardi on 90 nm. Uusi yritys, jonka kokonaispinta-ala on yli miljoona neliömetriä. jalat erityisen puhtailla huoneilla, joiden pinta-ala on 160 tuhatta neliömetriä. ft:n odotetaan olevan toiminnassa vuoden 2004 ensimmäisellä puoliskolla ja työllistää yli tuhat työntekijää. Laitoksen hinta on noin 2 miljardia dollaria.

90 nm:n prosessissa käytetään useita kehittyneitä teknologioita. Nämä ovat maailman pienimmät massatuotetut CMOS-transistorit, joiden hilan pituus on 50 nm (kuva 11), mikä parantaa suorituskykyä ja vähentää virrankulutusta, ja ohuin hilaoksidikerros koskaan valmistetuista transistoreista - vain 1,2 nm (kuva 11). 12), tai alle 5 atomikerrosta, ja alan ensimmäinen korkean suorituskyvyn jännittynyt piiteknologian toteutus.

Listatuista ominaisuuksista ehkä vain käsite "jännitetty pii" kaipaa kommentointia (kuva 13). Tällaisessa piissä atomien välinen etäisyys on suurempi kuin tavanomaisessa puolijohteessa. Tämä puolestaan ​​antaa virran kulkea vapaammin, samalla tavalla kuin liikenne liikkuu vapaammin ja nopeammin tiellä, jossa on leveämpi kaista.

Kaikkien innovaatioiden seurauksena työntekijät paranevat 10-20 %. transistorin ominaisuudet, jolloin tuotantokustannukset nousivat vain 2 prosenttia.

Lisäksi 90 nm:n prosessi käyttää sirussa seitsemää kerrosta (kuva 14), yhden kerroksen enemmän kuin 130 nm:n prosessissa, sekä kupariliitoksia.

Kaikki nämä ominaisuudet yhdistettynä 300 mm:n piikiekoihin tarjoavat Intelille etuja suorituskyvyn, tuotantomäärien ja kustannusten suhteen. Myös kuluttajat hyötyvät, sillä Intelin uusi prosessitekniikka mahdollistaa alan kehittymisen Mooren lain mukaisesti ja lisää prosessorin suorituskykyä yhä uudelleen.

Niin kauan kuin muistan, olen aina haaveillut prosessorin tekemisestä. Eilen vihdoin onnistuin. Ei Jumala tiedä mitä: 8 bittiä, RISC, nykyinen toimintataajuus on 4 kHz, mutta toimii. Toistaiseksi loogisten piirien mallinnusohjelmassa, mutta me kaikki tiedämme: "tänään - mallissa, huomenna - todellisuudessa!"

Leikkauksen alla on useita animaatioita, lyhyt johdatus binäärilogiikkaan pienimmille, lyhyt tarina pääprosessorin logiikkasiruista ja itse asiassa piirikaavio.

Binaari logiikka

Binäärilukujärjestelmä (niille, jotka eivät tiedä) on numerojärjestelmä, jossa ei ole yhtä suurempia numeroita. Tämä määritelmä hämmentää monia, kunnes he muistavat, että desimaalilukujärjestelmässä ei ole yhdeksää suurempia lukuja.

Binäärijärjestelmää käytetään tietokoneissa, koska siinä olevat numerot on helppo koodata jännitteellä: on jännite, mikä tarkoittaa yhtä; ei jännitettä tarkoittaa nollaa. Lisäksi "nolla" ja "yksi" voidaan helposti ymmärtää "epätosi" ja "tosi". Lisäksi useimmat binäärilukujärjestelmässä toimivat laitteet käsittelevät yleensä numeroita "totuuksien" ja "väärin" joukona, eli ne toimivat numeroiden kanssa loogisina suureina. Pienille ja tietämättömille kerron ja näytän kuinka binäärilogiikan yksinkertaisimmat elementit toimivat.

Puskurielementti

Kuvittele, että istut huoneessasi ja ystäväsi on keittiössä. Huudat hänelle: "Ystävä, kerro minulle, onko käytävällä valo?" Ystävä vastaa: "Kyllä, se on tulessa!" tai "Ei, se ei ole päällä." Ystäväsi on puskuri signaalilähteen (käytävällä oleva hehkulamppu) ja vastaanottimen (sinä) välillä. Lisäksi ystäväsi ei ole tavallinen puskuri, vaan hallittu puskuri. Hän olisi tavallinen puskuri, jos hän huutaisi jatkuvasti: "Hehkulamppu palaa" tai "Hehkulamppu ei pala."

Elementti "Ei" - EI

Kuvittele nyt, että ystäväsi on jokeri, joka valehtelee aina. Ja jos käytävän valo palaa, hän sanoo sinulle: "Ei, käytävällä on hyvin, hyvin pimeää", ja jos se ei ole päällä, niin "Kyllä, valo palaa käytävällä." Jos sinulla todella on tällainen ystävä, hän on elementin "Ei" ruumiillistuma.

"Or"-elementti - OR

Valitettavasti yksi hehkulamppu ja yksi ystävä eivät riitä selittämään "tai"-elementin olemusta. Tarvitset kaksi hehkulamppua. Joten käytävässä on kaksi hehkulamppua - esimerkiksi lattiavalaisin ja kattokruunu. Sinä huudat: "Ystävä, kerro minulle, paistaako ainakin yksi lamppu käytävällä?", ja ystäväsi vastaa "kyllä" tai "ei". On selvää, että kaikki valot on sammutettava, jotta voit vastata "Ei".

Elementti "AND" - AND

Sama asunto, sinä, ystävä keittiössä, lattiavalaisin ja kattokruunu käytävällä. Kysymykseesi "Paivatko molemmat valot käytävällä?" saat "kyllä" tai "ei" vastauksen. Onnittelut, ystäväsi on nyt "minä"-elementti.

Exclusive Or Element - XOR

Toistetaan kokeilu uudelleen "Tai"-elementille, mutta muotoillaan uudelleen kysymyksemme ystävälle: "Ystävä, kerro minulle, onko käytävällä vain yksi hehkulamppu?" Rehellinen ystävä vastaa tällaiseen kysymykseen "Kyllä" vain, jos käytävällä on todella vain yksi hehkulamppu.

Lisälaitteet

Neljännessummain

"Exclusive Or" -elementtiä kutsutaan neljännessummaksi. Miksi? Selvitetään se.
Luodaan yhteenlaskutaulukko kahdelle numerolle binäärilukujärjestelmässä:
0+0= 0
0+1= 1
1+0= 1
1+1= 10

Kirjoita nyt ylös "Exclusive Or" -elementin totuustaulukko. Merkitsemme tätä varten hehkuvan hehkulampun numerolla 1, sammuneen lampun numerolla 0 ja ystävän vastaukset "Kyllä"/"Ei" numerolla 1 ja 0.
0 XOR 0 = 0
0 XOR 1 = 1
1 XOR 0 = 1
1 XOR 1 = 0

Hyvin samanlainen, eikö? Lisäystaulukko ja totuustaulukko "Exclusive Or" ovat täysin yhtenevät yhtä yksittäistä tapausta lukuun ottamatta. Ja tätä tapausta kutsutaan "Ylivuoto".

Puolikas summari

Kun ylivuoto tapahtuu, lisäyksen tulos ei enää sijoiteta samaan numeromäärään kuin termit sijoitettiin. Termit ovat kaksi yksinumeroista numeroa (yksi merkitsevä luku, ymmärrätkö?), ja summa on jo kaksinumeroinen luku (kaksi merkittäviä lukuja). Ei ole enää mahdollista välittää kahta numeroa yhdellä hehkulampulla ("On"/"Off"). Tarvitset kaksi hehkulamppua. Tarvitsemme sitä - me teemme sen!

XOR:n lisäksi tarvitsemme summaimeen AND-elementin.
0 XOR 0 = 0 0 JA 0 = 0
0 XOR 1 = 1 0 JA 1 = 0
1 XOR 0 = 1 1 JA 0 = 0
1 XOR 1 = 0 1 JA 1 = 1

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

Wunderwaffle-puolilisäkemme toimii. Sitä voidaan pitää yksinkertaisimpana erikoisprosessorina, joka lisää kaksi numeroa. Puolisummainta kutsutaan puolisummaksi, koska se ei voi ottaa huomioon siirtoa (toisen summaimen tulosta), eli on mahdotonta lisätä kolmea yksiselitteistä binääriluvut. Tässä suhteessa on mahdotonta tehdä yhtä monibittistä puolisummainta useista yksibittisistä puolisummaimista.

En mene yksityiskohtiin siitä, kuinka täyden ja monibittiset summaimet toimivat, toivon vain, että saat perusidean.

Monimutkaisempia elementtejä

Multiplekseri

Suosittelen käyttämään mielikuvitustasi uudelleen. Joten kuvittele tämä. Asut yksityisessä yhden asunnon talossa, lähellä tämän talon ovea on sinun Postilaatikko. Kun lähdet kävelylle, huomaat oudon postimiehen seisovan juuri tämän postilaatikon lähellä. Ja näin hän tekee: hän ottaa nippu kirjeitä laukustaan, lukee postilaatikossa olevan numeron ja postilaatikon numerosta riippuen heittää siihen yhden tai toisen kirjaimen. Postimies toimii multiplekserina. Se määrittää tietyllä tavalla (kirjekuoressa oleva numero), mikä signaali (kirjain) lähetetään signaalilinjaa (postilaatikko) pitkin.

Multiplekserit koostuvat yleensä vain elementtien "And", "Or" ja "Not" yhdistelmistä. Yksibittisessä multipleksereissä on yksi sisäänmeno nimeltä "osoitteen valinta", kaksi tuloa yleisnimellä "tulosignaali" ja yksi lähtö, jota kutsutaan "lähtösignaaliksi".

Kun "osoitteenvalintaan" syötetään 0, "lähtösignaalista" tulee sama kuin ensimmäisestä "tulosignaalista". Vastaavasti, kun 1 syötetään "valitse", "lähtösignaalista" tulee yhtä suuri kuin toinen "tulosignaali".

Demultiplekseri

Mutta tämä asia toimii juuri päinvastoin. "Valitse osoite" annamme osoitteen, "data input" annamme tiedot, ulostulossa numerolla "osoite" meillä on syötteen tiedot.

Laskuri

Ymmärtääksesi, kuinka mittari toimii, tarvitset jälleen ystäväsi. Soita hänelle keittiöstä (toivottavasti hänellä ei ollut liian tylsää siellä, ja mikä tärkeintä, hän ei syönyt kaikkea ruokaasi) ja pyydä häntä tekemään tämä: anna hänen muistaa numero 0. Aina kun kosketat sitä , hänen pitäisi lisätä yksi numeroon, jonka muistat, sanoa tulos ja muistaa se. Kun tulos on (oletetaan) 3, hänen pitäisi huutaa "Abracadabra!" ja vastaa seuraavan kosketuksen yhteydessä, että hän muistaa nyt numeron 0. Hieman vaikeaa? Katso:

Kosketat ystävääsi. Ystävä sanoo "yksi".
Kosketat ystävääsi. Kaveri sanoo "kaksi".
Kosketat ystävääsi. Kaveri sanoo "kolme". Ystävä huutaa" Habrahabr!" Kriittinen hyökkäys! Olet tilapäisesti halvaantunut etkä voi liikkua.
Kosketat ystävääsi. Ystävä sanoo "nolla".

No, ja niin edelleen. Hyvin yksinkertaista, eikö?
Tietenkin ymmärsit, että ystäväsi on nyt laskuri. Ystävän koskettamista voidaan pitää "ajoitussignaalina" tai yksinkertaisesti sanottuna signaalina jatkaa laskentaa. "Abracadabran" huuto osoittaa, että laskuriin tallennettu arvo on suurin ja että seuraava kellosignaali nollaa laskurin. Binäärilaskurin ja ystäväsi välillä on kaksi eroa. Ensin todellinen binäärilaskuri tulostaa tallennetun arvon binäärimuodossa. Toiseksi: se tekee aina vain sen, mitä käsket sen tekevän, eikä koskaan taipu tyhmiin vitseihin, jotka voivat häiritä koko prosessorijärjestelmän toimintaa.

Muisti

Laukaista

Jatketaan onnettoman (ehkä jopa kuvitteellisen) ystäväsi pilkkaamista. Anna hänen nyt muistaa numero nolla. Kun kosketat hänen vasenta kättään, hänen tulee muistaa numero nolla, ja kun kosketat hänen oikeaa kättään, hänen tulee muistaa numero yksi. Kun kysytään "Mitä numeroa muistat?" ystävän on aina vastattava muistillaan numerolla - nolla tai yksi.
Yksinkertaisin muistisolu on RS-kiikku ("liipaisu" tarkoittaa "kytkintä"). RS-kiikku voi tallentaa yhden bitin dataa ("nolla"/"yksi") ja siinä on kaksi tuloa. Set-sisääntulo (kuten ystäväsi vasen käsi) kirjoittaa "yksi" liipaisuun ja Reset-tulo (vastaavasti oikea käsi) kirjoittaa "nolla".

Rekisteröidy

Rekisteri on hieman monimutkaisempi. Ystäväsi muuttuu rekisteriksi, kun pyydät häntä muistamaan jotain, ja sitten sanot: "Hei, muistuta minua, mitä käskin sinun muistaa?" ja ystäväsi vastaa oikein.

Rekisteri voi yleensä tallentaa vähän enemmän kuin yhden bitin. Siinä on välttämättä tiedonsyöttö, datalähtö ja kirjoitussyöte. Tietotuloksesta voit milloin tahansa lukea mitä tähän rekisteriin on kirjoitettu. Voit syöttää tiedot, jotka haluat kirjoittaa tähän rekisteriin. Voit lähettää tietoja, kunnes kyllästyt. Rekisteriin ei kuitenkaan kirjoiteta mitään, ennen kuin kirjoituslupasyöttöön on sovellettu sitä, eli "loogista".

Vuororekisteri

Oletko koskaan seisonut jonossa? Luultavasti olivat. Joten voit kuvitella millaista on olla dataa vuororekisterissä. Ihmiset tulevat ja seisovat jonon lopussa. Ensimmäinen henkilö jonossa astuu ison laukauksen toimistoon. Se, joka oli jonossa toinen, tulee ensimmäiseksi, ja kolmas, joka oli nyt toinen, ja niin edelleen. Jono on niin hankala vuororekisteri, josta "data" (no, eli ihmiset) voivat paeta liikeasioissa varoittamalla naapureitaan vuorotellen. Todellisessa siirtorekisterissä "data" ei tietenkään voi paeta jonosta.

Joten siirtorekisterissä on tietosyöttö (jonka kautta tiedot tulevat "jonoon") ja datalähtö (josta voidaan lukea "jonon" ensimmäinen tietue). Siirtorekisterissä on myös "siirtorekisteri" sisääntulo. Heti kun "looginen" saapuu tähän syötteeseen, koko jono siirtyy.

Jonon ja siirtorekisterin välillä on yksi tärkeä ero. Jos siirtorekisteri on suunniteltu neljälle merkinnälle (esimerkiksi neljälle tavulle), jonon ensimmäinen merkintä saavuttaa rekisterin poistumiskohdan vasta neljän signaalin jälkeen "siirtorekisteri" -tuloon.

RAM

Jos monta, monta flip-flopia yhdistetään rekistereiksi ja monta, monta rekisteriä yhdistetään yhdeksi siruksi, saadaan RAM-siru. Muistisirulla on yleensä osoitetulo, kaksisuuntainen datasisääntulo (eli tähän tuloon voidaan kirjoittaa ja josta voidaan lukea) ja kirjoitussyöte. Annamme jonkin numeron osoitesyötteeseen, ja tämä numero valitsee tietyn muistisolun. Tämän jälkeen voimme lukea tiedonsyötössä/lähdössä mitä tähän soluun on kirjoitettu.
Nyt lähetämme samanaikaisesti datasyötteeseen/-lähtöön, mitä haluamme kirjoittaa tähän soluun, ja kirjoituslupatuloon - "loogisen". Tulos on hieman ennakoitavissa, eikö?

prosessori

BitBitJump

Prosessorit jaetaan joskus CISC:iin - niihin, jotka voivat suorittaa monia erilaisia ​​komentoja, ja RISC:iin - niihin, jotka voivat suorittaa muutamia komentoja, mutta suorittavat ne hyvin. Eräänä kauniina iltana ajattelin: olisi hienoa, jos olisi mahdollista tehdä täysimittainen prosessori, joka pystyy suorittamaan vain yhden komennon. Sain pian tietää, että on olemassa kokonainen luokka yhden käskyn prosessoreita - OISC, jotka useimmiten käyttävät Subleqia (vähennä ja jos pienempi tai yhtä suuri kuin nolla, niin mene) tai Subeq (vähennä, ja jos on nolla, niin mene) ohje. Tutkiessani eri vaihtoehtoja OISC-prosessoreille löysin Oleg Mazonkan verkkosivuston, joka kehitti yksinkertaisimman yhden komennon kielen BitBitJump. Ainoa komento tällä kielellä on nimeltään BitBitJump (kopioi vähän ja mene osoitteeseen). Tämä varmasti esoteerinen kieli on Turingin valmis – eli siihen voidaan toteuttaa mikä tahansa tietokonealgoritmi.

Yksityiskohtainen kuvaus BitBitJump ja assembler tälle kielelle löytyvät kehittäjän verkkosivustolta. Prosessorin toiminta-algoritmin kuvaamiseksi riittää, että tiedät seuraavat asiat:

1. Kun prosessori on päällä, PC-, A- ja B-rekistereihin kirjoitetaan 0
2. Lue PC-osoitteen sisältävä muistisolu ja tallenna lukemamme rekisteriin A
3. Lisää PC:tä
4. Lue PC-osoitteen sisältävä muistisolu ja tallenna lukemamme rekisteriin B
5. Lisää PC:tä
6. Kirjoita A-osoitteen sisältävän bitin sisältö soluun, jonka osoite on kirjoitettu rekisteriin B.
7. Lue PC-osoitteen sisältävä muistisolu ja tallenna lukemamme rekisteriin B
8. Kirjoita rekisterin B sisältö PC-rekisteriin
9. Siirrytään suunnitelmamme kohtaan 2
10. VOITTO!!!

Valitettavasti algoritmi on loputon, joten voittoa ei saavuteta.

Itse asiassa kaava

Suunnitelma rakennettiin spontaanisti, joten pelko, kauhu ja kaaos hallitsevat yöpymistä. Se kuitenkin toimii ja toimii hyvin. Voit käynnistää prosessorin seuraavasti:

1. Syötä ohjelma RAM-muistiin
2. Paina kytkintä
3. Aseta laskuri asentoon 4 (tämän voi tehdä laitteistossa, mutta piiri muuttuisi vielä hankalammaksi)
4. Ota kellogeneraattori käyttöön

Kuten näette, käytetään yhtä rekisteriä, yhtä siirtorekisteriä, yhtä RAM-sirua, kahta binäärilaskuria, yhtä demultiplekseria (edustaa vertailijoilla), kahta multiplekseria ja jotain puhdasta logiikkaa.