Dalla sabbia al silicio: ecco come nasce un processore Intel
Scritto da Administrator
Lunedì 20 Luglio 2009 08:00
La CPU è uno dei più complessi circuiti ad alta scala d'integrazione. Basti pensare che per la
sua creazione sono necessarie centinaia di step. In questo articolo cercheremo di delineare, a
grandissime linee ed in maniera esemplificata, il
processo di creazione di una CPU
Intel
.
Il seguente articolo è una traduzione rielaborata personalmente (e con l'aggiunta di qualche
ulteriore commento esplicativo) a partire dalla slide pubblicata da Intel sul suo sito e segnalata
dall'utente
Vt64
del forum di InformaticaEasy. In realtà la procedura è praticamente la medesima per qualunque
moderna CPU prodotta da altre aziende, AMD inclusa.
Tutto ha inizio dalla comune sabbia, che contiene Silicio, il secondo elemento chimico più
frequente presente al mondo (dopo l'ossigeno). Il Silicio è presente all'interno della sabbia nella
forma del diossido di silicio (SIO2) ed è l'elemento di base per la costruzione di un
semiconduttore, CPU incluse.
Il Silicio viene estratto dalla sabbia e purificato mediante una procedura che richiede diversi
passaggi, fino a raggiungere la qualità ottimale per la realizzazione di un semiconduttore. Tale
stadio del silicio è indicato con il nome Electronic Grade Silicon ed è talmente puro che
contiene un atomo di impurità ogni milione di atomi di silicio. Nell'immagine riportata è possibile
osservare un cristallo, denominato
Lingotto
, formato dalla fusione del silicio purificato. Un lingotto, composto da silicio "Electronic Grade
Silicon", pesa circa 100 chili ed è formato da silicio puro al 99,9999%.
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Il ILingotto
èuna
tagliato
appositi
macchinari
inchip
sottili
dischi
in
silicio
che
prendono
ilquale
nome
di
Wafer
assumono
"biscotti"
vengono
finitura
sottoposti
lucida
adunque
specchio.
ad
un
certosino
processo
levigazione
alincremento
del
Intel
dischi
"High-k
acquista
diMetal
silicio
iGate"
avviene
wafer
utilizza
da
adi
terzi,
partire
dal
prossimo
la
vera
estep.
propria
Ilpari
processo
modellazione
produttivo
delle
atermine
CPU
45 nm
a partire
di Intel
wafer
aventi
diametro
adi300
millimetri.
CPU
diametro
erano
dei
invece
dischi
realizzate
intramite
silicio
si
con
traduce
circuiti
in
stampati
una
drastica
su
wafer
da
50mm.
Un
Inizialmente
del
ledai
prime
dei
costi
produzione
per
ogni
prodotto
.diminuzione
Inizia
ilricoperto
processo
di litografia
particolare
ruotare
sostanza.
durante
sostanza
questa
simile
fase
alesposto
per
film
far
fotoresistivo
sì
sul
che
wafer.
su
di
(in
esso
gergo
procede
venga
Photo
cospargendo
steso
Resist).
un
velo
Ilquella
su
wafer
sottile
dichimica
esso
viene
una
uniforme
fatto
di
Iltale
wafer
così
viene
raggi
(UV).
avviene
dell'otturatore.
una
" quindi
è simile
L'esposizione
alcrea
processo
che
agli
si
UV
innesca
avviene
inultravioletti
interponendo
una
fotocamera
tra
la
appena
La
sorgente
reazione
si
preme
luminosa
iled
pulsante
ed
che
ilsulla
wafer
maschera"
maschera.
stampino,
interposta
wafer
un'immagine
poichè
nel
mezzo
del
riduce
icircuito
vari
schemi
l'immagine
più
piccola
dia
circuiti
proiettata
fino
a
aSi
seconda
quattro
dalla
maschera
volte
delle
rispetto
zone
in
di
modo
aluce
da
ed
imprimere
ombra.
presente
che
funziona
Una
sul
lente
da
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Lunedì 20 Luglio 2009 08:00
Sebbene
focalizzeremo
solitamente
l'attenzione
su
unsul
singolo
componente
wafer
di
base
"costruite"
dialeogni
centinaia
circuito
integrato:
di
CPU,
ilanudo",
partire
dadel
adesso
transistor.
Questo
un
essi
chip
possono
componente
elettronico.
essere
I materiale
ricercatori
funziona
contenuti
come
nella
Intel
hanno
uno
punta
switch,
di
sviluppato
uno
spillo.
transistor
controlla
così
il dalla
flusso
piccoli
di"acorrente
che
30
milioni
elettrica
di ina
Segue
una
procedura
di
pulizia
dello
strato
fotoresistivo,
che
viene
rimosso
con
deltramite
solvente:
pulizia
UV.
ultimata
permangono
sul
wafer
le
tracce
impresse
maschera
raggi
invece
Ciò
wafer
che
che
incise
resta
non
con
di
devono
tale
essere
chimiche
incise.
precedentemente
(processo
Il soltanto
resto,
ovvero
dipoichè
"spalmato"
superfici
serve
del
a
wafer
proteggere
le
parti
verranno
Etching).
Dopo
circuito
l'incisione,
diviene
visibile.
ilsostanze
materiale
fotoresistivo
èsono
rimosso:
questo
punto
la
forma
desiderata
del
processo
A
proteggere
questo
punto
che
le silicio
aree
prende
si
procede
del
ilin
chip
nome
applicando
che
diverde.
non
un
nuovo
essere
strato
contaminate
di
dagli
fotoresistivo
ioni.
Mediante
che
serve
un a o
Impiantazione
Ionica
(comunemente
chiamata
drogaggio,
doping
), infatti,
chimiche
all'interno
del
aree
esposte
ioni
serve
(accelerati
del
ad
wafer
alterale
da
indovranno
silicio
la
un
conduttività
campo
sono
elettrico
bombardate
elettrica
amateriale
300000
diaddeterminate
alta
Km/h).
velocità
La
aree.
con
impurità
presenza
Si
drogato
rimuove
èlechiamate
evidenziato
quindi
nuuovamente
colore
il materiale
fotoresistivo.
Nella
foto
seguente
illoro
materiale
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Ilprocesso,
transistor
èindel
prossimo
alsoluzione
suo
completamento.
A
punto
vengono
praticati
trecon
fori
su un
yer
isolante
la
(identificato
(mediante
galvanostegia)
color
magenta)
e ognuna
sovrapposto
disolfato
esseal
rappresenterà
chip.
Questi
tre
uno
dei
verranno
riempiti
del
rame
tre
terminali
transistor
(base,
collettore,
transistor
wafer
è(anodo)
inserito
mediante
inquello
un
unaprocesso
denominato
insi
digalvanostegia.
rame;
gli ioni
difori
rame
sono
depositati
sul
positivo
sulla
superficie
aemettitore).
negativo
del
wafer
(catodo)
deposita
che
un
èquesto
rappresentato
sottile
strato
Gli
didal
ioni
rame.
wafer.
viaggiano
Alla
fine
dal
di
terminale
tale
Il metalliche
elettricamente
materiale
in
materiale
viene
isolante
ripulito:
precedentemente
ecco
iinterconnessioni
tretransistor
terminali
applicato.
del
transistor
in di
evidenza,
isolati
realizza
dunque
l'interconnessione
dei
vari
mediante
diversi
"fili"
(interconnession
iSi
combinazione
della
la
CPU
CPU
(ad
progettata
esempio
edal
disposizione
i dagli
modelli
sviluppatori
delle
appartenenti
diverse
a priori,
alla
famiglia
a osservando
seconda
Core
dipende
i7).
funzionalità
in
funzione
cuidell'architettura
si
dotare
).che
La
Nonostante
i circuiteria
chip
per
PC
sembrino
estremamente
sottili,
indelle
realtà
hanno
almeno
20
livelli
assomigliano
formano
ingrandimento,
una
aeccesso
è
futuristiche
possibile
decisamente
notare
autostrade
una
complessa:
intricata
multilivello.
rete
di linee
di
ilcircuiti
chip
con
eben
transistor
una
lente
che
di vuol
La CPUl'output
contiene
èdecine
oramai
evari
pronta.
decine.
OIl meglio,
wafer
è dovremmo
sottoposto
ad
parlare
un test
al plurale
visto che
wafer
funzionalità
dei
chip
preliminare
cheogni
verifica
fornire
atteso
a
partire
da un
input inviatogli.
, chelane
dovranno
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A questo
punto
il CPU
wafer
è che
ritagliato
piccole
porzioni,
die,
Ecco
coincide
interessa
il die
con
soltanto
di iluna
chip
leracchiuso
CPU
Intel
Core
nel
hanno
package
i7, in
precedentemente
risposto
di ogni
correttamente
CPU.ritagliato
Il chiamate
packaging,
al test
da precedentemente
un
lowafer
step
ognuna
cui
successivo,
apparteneva.
delleeffettuato.
quali
L'"impacchettamento
sottostrato)
l'interfaccia
alluminio
èdei
invece
elettrica
ed
unèCPU
dissipatore
denominata
einserita
meccanica
"preziose
della
CPU
diuna
calore
tra
consiste
CPU
(lamina
e
nell'inserire
ilprecisione
resto
in
alluminio
del
sistema
ilindie
superiore).
tra
(motherboard).
un
PCB
Il a
PCB
inferiore
integra
La
(un
lamina
in
IHS
essa
installato
ilprodotti
dissipatore
per
la
CPU.
(Integrated
Heat
Spreader)
e"omini
su
di
Ecco
microprocessore
processo
più
e
coniglio"
CPU.
importanti)
lainizia
CPU
governano
si
compone
ultimata
ed
molecolare
è
il"eleganti"
necessario
le
prodotto
(nellla
centinaia
foto
dell'aria
del
che
macchine
precedentemente
processo
di
lofasi
controllate
sviluppo
(in
di
di
questo
fabbricazione
avvenga
(una
articolo
inserita,
fabbrica
che
un
sono
più
una
consentono
ambiente
di
complesso
CPU
state
CPU),
Intel
menzionate
nella
la
temperatura,
Core
realizzazione
al
quale
i7).
soltanto
gli
Un
Infatti,
umidità
diquello
ogni
letale
Seguono
test
finali
caratteristiche
risultati
siviene
di
test,
ameno
parlare
chiave
le
(dissipazione
di
con
durante
lein
stesse
idestinate
quali
del
capacità
la
calore
CPU
sono
eassemblatori
viene
frequenza
inserite
testata
massima).
in
relativamente
uno
stesso
A
seconda
tray
alle
dioverclock,
sue
trasporto.
dei
differenti
Ecco
batch
che
scalda
di
più,
ecc...).
(quello
più
fortunato
inmondo.
Laconcentrazione
CPU
viene
infine
confezione
in
fortunati
confezioni
recensori
di
Intel...
se
agli
di
vendita
(se
di
destinata
computer
all'utente
(OEM)
o,
finale)
perchè
oppure
no,
ai
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