Думаю все вы видели картинки круглых пластин с цветными и повторяющимися узорами.
Так вот, этот узор ничто иное как сам процессор. Так он выглядит из-за превратностей оптики и тонкопленочных разнообразных эффектов.
Пластины делаются эти из кремния, причем очень важно чтобы это был единый кристалл, то есть чтобы решетка не имела изъянов, так как любые изъяны скажутся на свойствах конечного продукта.
Эти пластина специальным образом нарезается из выращенного кристалла.
После нарезки и шлифовки получаются пластины, на которых и можно наносить этот самый рисунок.
Ну и как вы знаете, из моей прошлой статьи, процессор в основном состоит из транзисторов. Часто бывает даже сами производители указывают их число.
Для получения работоспособных процессоров все элементы послойно необходимо наращивать, протравить или лидировать и чтобы вы понимали все они размерами в несколько сотен, а то и десятков атомов, и их невероятно много на чипе. Задача получить такие структуры довольно нетривиальное и сопряжена с огромными технологическими трудностями.
Но вернемся к пластинам, допустим нам надо получить выступы из подложки с определенным легированием, для этого применяется фотолитографии.
Как это работает?
На пластину наносится специальное вещество - фоторезист его задача менять свои свойства при облучении светом определенной длины волны.
Собственно если длина волны не входит в оптический диапазон, то фотолитография называется просто литографией, но тем не менее мы получаем пластину, на которой налит фоторезист и после облучение фоторезиста светом нужной волны он становится для пластины защитным покрытием, которое не дает агрессивным средам разрушать подложку.
Но если пластина будет защищена вся целиком, то агрессивная среда не повлияет на подложку вообще никак, мы не сможем получить какой-либо рисунок, так что нам надо чтобы в местах где должны быть выступ подложки у нас был слой утвержденного фоторезиста, а в местах которые нужно протравить, его не было.
Поэтому просто так взять и засветить весь фоторезист нельзя, нужно пропускать свет через специальный шаблон, чтобы там где нужно фоторезист был засвечен, а где нет, остался жидким и затем его можно было бы смыть, до произведение травление.
Иногда смывание и травления это один процесс и тут возникает сложности из-за того, что если долго держать свет-то затвердевание области фоторезиста становится шире нужного, и потом в результате получаются горбики, слишком неровные по ширине, а если свет не додержать, то получается горбики слишком тонкими или прерывистыми. Собственные при травлении можно не додержать, а можно передержать.
Именно определение правильных параметров для всех процессов и называется - отработка технологического процесса. Оптимальный параметр выясняется по несколько месяцев, а иногда и лет.
Для получения всех слоев требуется несколько десятков и даже сотен раз делать различные операции заливать фоторезистом, экспонировать его светом, смывать, травить, осаждать лигировать и так далее…
На самом деле самая главная задача при разработке чипов - это сделать так, чтобы операций была как можно меньше, то есть, независимо от назначений блоков процессоров на пластине, они должны производиться с одинаковой технологии. Причина этому довольно проста - деньги. Чем больше операции надо, тем дольше будет делаться готовые пластины, чем дольше они делаются, тем меньше их получается на идентичном производстве и после всех операций у нас и получается уже красивая пластина с рисунком, на котором может быть несколько сотен или тысяч одинаковых чипов.
На самом деле не имеет значения каких именно чипов, производимый продукт это по факту пластина, именно ее цена известна для производителя. Посчитать себестоимость пластины довольно легко.
берем ресурс на уменьшение стоимости ценны оборудования за год, стоимость поддержания помещений за год, стоимость разработок за год, стоимость электричества, налогов, зарплат рабочим за год, сборов и прочее (это уже коммерческий вопрос) за год, и все это складываем. У нас получается цифра, обозначающая себестоимости продукции, изготовленный за год, а дальше просто берем эту цифру и делим на число изготовленных пластин сделанных за год. Вот и себестоимость пластины.
Если чип маленькой площади, то на пластине их поместиться больше, если чипа крупные, то их поместиться меньше. Дальше мы берем себестоимость одной пластины и делим на число чипов на ней, и получаем себестоимость одного чипа, но тут начинаются сложности. Дело в том, что часть чипов бракованные. Например, если при экспонировании в важное место попала пылинка на пластину, то она выводит из строя будущий чип так, как в месте где должен был застыть фоторезиста, он остался не проэкспонирован. Или, например если в кремниевой пластине был дефект кристаллической решетки, то ее свойства отличаются от нужных, она неверно протравится или у нее будет проблем с легированием.
От сюда появляются разные свойства транзисторов, разной потребление тока, разные тепловыделение у чипов, разная стабильность работы, то есть на самом деле себестоимость чипа это не себестоимость пластины по деленное на число чипов на пластине, а это себестоимость пластины по деленное на число рабочих чипов и идеальных чипов может быть во много раз меньше, чем чипов на пластине
Если выбрасывать все не идеальны и чипы, так как они не соответствуют техническим требованиям к изделию, то стоимость процессоров выросло бы сразу в несколько раз. Естественно крупные производители такого допустить не могут, поэтому при проектировании чипов, при условии минимальном числе операция, как вы понимаете больше операций больше брака, добавляется условия масштабируемости, то есть в рамках одинаковых архитектур создаются чипы блочно, и блочных можно увеличивать и уменьшать. Так например, чип gp102 от invidia разрабатывался с учётом того, что будет существовать чип gp104 которая состоит из двух третьих gp102 и будет еще gp106 который половина от gp104 и треть от gp102. При этом, если есть спрос, то будет производиться и gp106 и 104 так их площадь меньше и на пластине их будет больше.
Были придуманы и более хитрые вещи, например, введение в линейке заведомо ограниченных чипов. Допустим в процессе производства становится понятно, что брака будет много и заранее продумывается продукт под брак, так, например, появилась видеокарта gtx 1070. Физически кристаллы gtx 1080 и gtx 1070 не отличается, но в 1070 отключена четвертинка от 1080. Аналогичные ситуации бывают и у RX видеокарт, именно поэтому rx 470 появился раньше чем RX 480 в крупных поставках, годных полных чипов было мало, а тех где можно было что-то отключите и продать было много.
И придумали это уже достаточно давно.
Производители процессоров, обрезают и отключают параметры процессоров до той серии, которую могут продать в соответствие с технической документацией на то или иное изделие. Сам факт остаётся в том, что ваш процессор уровня Pentium G4560, купленный вами за определённую бюджетную сумму, может быть вполне не состоявшимся Core i3,i5,i7.
Ну а если рассуждать логически, ведь это правильно с точки зрения условия свободного рынка, лучше получить хоть что-то, чем совсем ничего.