Процессоры (центральные процессоры) производятся с помощью чрезвычайно сложного многоэтапного процесса, который называется "изготовлением полупроводниковых приборов". Вот как они создаются:
- Исходный материал: от песка до кремниевых пластин
- Процесс начинается с "кварцевого песка" (диоксида кремния), который очищают до получения 99,9999999 % чистого кремния, пригодного для использования в электронике.
- Очищенный кремний расплавляют и формируют из него цилиндрические "слитки" (обычно весом около 100 кг) с помощью метода выращивания монокристаллов по Чохральскому.
- Слитки разрезают на ультратонкие круглые "пластины" (обычно диаметром 300 мм / 12 дюймов), которые затем полируют до зеркального блеска.
2. Этапы изготовления ядра (повторяются десятки раз)
Для производства современных процессоров требуются **сотни точно контролируемых этапов**, выполняемых в сверхчистых «чистых помещениях». Основные процессы включают в себя:
- "Фотолитография": на пластину наносится светочувствительное химическое вещество (фоторезист), затем она подвергается воздействию ультрафиолетового излучения через трафаретную маску, которая позволяет перенести рисунок схемы на кремний.
- "Травление": открытые участки подвергаются химическому или плазменному травлению для удаления материала и создания рисунка схемы.
- "Нанесение": тонкие пленки из различных материалов (металлов, изоляторов) наносятся для формирования транзисторов и проводящих слоев.
- "Ионная имплантация/легирование": в кремний вводятся примеси для изменения его электрических свойств и создания транзисторов.
- "Металлизация": для соединения миллиардов транзисторов в функциональные схемы добавляются несколько металлических слоев.
Эти этапы повторяются 30–50 и более раз, чтобы создать сложную трехмерную структуру современного процессора с миллиардами транзисторов.
3. Послепроизводственный этап.
- После обработки пластины отдельные чипы "тестируются", "разрезаются" (на кубики) и "упаковываются" в защитные корпуса с электрическими контактами.
- Окончательное тестирование обеспечивает проверку производительности и надежности перед отправкой заказчикам.
4. Кто производит процессоры?
В производстве процессоров участвуют две разные компании:
- "Компании-разработчики" (такие как Intel, AMD, Apple, Qualcomm) создают архитектуру процессора и схемы его компонентов
- "Производственные предприятия" («фабрики») физически изготавливают чипы:
- Intel: разрабатывает и производит собственные процессоры на собственных фабриках (используя такие технологии, как Intel 18A/20A).
- TSMC (Тайваньская компания по производству полупроводников): крупнейшая в мире «фабрика», производящая процессоры, разработанные AMD, Apple, NVIDIA и, все чаще, Intel.
- Samsung Foundry: еще один крупный производитель, выпускающий чипы для различных компаний.
В 2024–2025 годах отрасль перейдет на "2-нанометровые и «ангстремовские»" (менее 2 нм) производственные процессы с использованием новых транзисторных архитектур, таких как Gate-All-Around (GAA), что позволит и дальше повышать производительность и эффективность.
Весь процесс требует миллиардов долларов на специализированное оборудование, занимает 3–4 месяца на партию пластин и требует практически идеальной точности. Современные процессоры содержат транзисторы размером меньше вируса, а их размеры измеряются в нанометрах (миллиардных долях метра).