Bilgisayarların kalbini oluşturan işlemciler ya da diğer adıyla CPU'ların (Central Processing Unit) silikondan
yapıldığını
birçoğunuz biliyordur. Kum taneciklerinden elde edilen silikonla başlayan çok karmaşık bir üretim sürecinden geçen
işlemcilerin hikayesini sizler için toparladık.
Çok küçük boyutlarda üretilip, çok dayanıklı olarak tasarlanan
işlemcilerin piyasadaki en düşük modeli bile, son halini alabilmek için çok detaylı bir süreçten geçiyor.
Piyasada çok sayıda işlemci modeli bulunuyor
Tüm bu
işlemin karmaşıklığına ek olarak, üretici
firmalar transistor boyutunu azaltabilmek için
büyük bir çaba sarf ediyorlar. Tüm üreticiler bu amaca ulaşmak için farklı yollar deniyorlar.
Intel'in kullandığı "32 nm High-k üretim süreci" adı verilen CPU üretim tekniğini adım adım görmeye hazır mısınız? Bir
işlemcinin kum tanesinden başlayıp, anakartımızda son bulan yolcuğu başlıyor.
Silikon külçeler
Yer kabuğunda oksijenden sonra en çok bulunan
element silikondur. Çok bulunması, elbette saf halde her yerde karşımıza çıkacağı anlamına gelmiyor. Kum tanelerinde silikon dioksit (SiO2) şeklinde bulunan silikonu öncelikle saf halde elde etmek gerek. Bu işlem
yapıldıktan sonra, silikon 100 kg ağırlığındaki külçeler haline getirilir.
Yonga plakaları
100 kg ağırlığında ve 30 cm çapındaki külçeler daha sonra 1 mm kalınlığında
dilimler halinde kesilir. Bu
dilimlere "wafer" ya da yonga plakası adı verilir. Bu plakaların iyice cilalanması gerekir.
Işığa dayanıklı katman
Kesilen ve cilalanan plakalar ışığa dayanıklı bir katman ile kaplanır. Bu katmanın belli bir deseni bulunur. Böylece plaka iyon bombardımanına tutulduğunda bu desene göre bir yapı ortaya çıkar.
İyon bombardımanı
Işığa duyarlı katman ile kaplanan plakalar daha sonra yüksek güçlü iyon ışınına maruz bırakılır. Bu işlem plakanın iletkenlik özelliklerini değiştirir. Işığa dayanıklı malzemenin desenine göre plakanın üzerindeki bazı bölgeler iletken, bazı yerler de yalıtkan olur. Bu işlemden sonra ışığa dayanıklı katman çıkarılır.
High-K dielektrik madde
Bundan sonraki adımda High-K adlı dielektrik madde eklenir. Bu yalıtkan madde, potansiyel elektrik kaçaklarının önlenmesi ve işlemcinin
uzun
vadede güç açısından daha verimli olması için ekleniyor. High-K, bir atom boyutu kalınlığındaki katmanlar halinde serilir.
Filtreden gelen mikroskobik desen
High-K katmanının üzerine ışığa duyarlı yeni bir madde eklenir. Plaka döndürülerek bu maddenin her noktaya eşit olarak yayılması sağlanır. Bundan sonra üzerinde özel bir desen bulunan bir filtreye mor ötesi ışık gönderilir. Bu
ışık önce filtreden sonra da bir mercekten geçerek mikroskobik ölçekte ayar yapar. Filtrenin şekline göre gelen
ışık, ışığa duyarlı maddeyi çözer. Böylece ortaya özel bir şekil çıkar.
Filtrenin izi
Yapılan son işlemden sonra plaka üzerindeki tek bir transistor bu şekilde görünür. En üstteki mavi kısımdaki koyu ve açık renk bölgeler ışığın, filtrenin şekline göre bıraktığı izi gösteriyor. Koyu renkli kısım mor ötesi
ışıktan
etkilenmeyen bölümü gösteriyor. Daha sonra, özel çözücü maddelerle ışıktan etkilenen bölüm silinir.
Son şekil
Bir sonraki aşamada ise mor ötesi
ışıktan etkilenmeyen kısmı ve alt sırada bulunan High-K'yi çözen bir madde
kullanılır. Mor ötesi
ışıktan
etkilenmeyen kısmın tam altında kalan High-K çözünmez. Çözücü maddelerden sonra transistor sağdaki şekli alır. Sarı kısım High-K'yi temsil ederken, gri kısım yaltıkan silikonu, açık yeşil kısım ise iletken silikonu gösteriyor. Bu şekil tüm plakadaki detaylı bir desenin sadece küçük bir parçasını gösteriyor.
Üç küçük delik
Desen oluşturulduktan sonra transistorlar aslen tamamlanmış olurlar. Ancak plaka üzerindeki milyonlarca transistor arasında bir bağlantı henüz yoktur. Bunu oluşturmak için tüm plaka öncelikle bir yalıtım malzemesi ile kaplanır. Şekillerde kırmızı renkle görebileceğiniz bu yalıtım
malzemesinin üzerine üç adet delik açılır. Bundan sonra plaka bir bakır sülfat çözeltisine batırılır ve elektroliz yoluyla tüm plaka bakır kaplanır. Açılan üç delik de bu yolla bakır dolar.
Bakır kaplı delikler
Bakır kaplama daha sonra yalıtım
malzemesi tekrar ortaya çıkana kadar temizlenir. Böylece delinen ve daha sonra içi bakırla kaplanan üç delik ortaya çıkar. Bu bakır kısımlar, transistorlar arasındaki bağlantıların birleşme noktalarını oluştururlar.
Karmaşık bağlantı ağı
Transistorlar arasındaki bağlantıları oluşturmak, işlemci üretiminin en karmaşık ve önemli evresidir. Transistorlar arasında çok karmaşık bağlantılar oluşturulur, bu bağlantılar işlemcinin performansını doğrudan
etkiler. Soldaki resimde sadece 6 transistor arasındaki bağlantıyı görüyorsunuz. Bunun milyonlarcasını düşününce
yapılan işin ne kadar karmaşık olduğunu anlayabilirsiniz. En son
model işlemcilerde bu bağlantıların bir transistor üzerinde 30 katmana kadar gittiği belirtiliyor. Eğer işlemcinin içini açıp mikroskopla bakarsanız düz bir yüzey yerine iç içe geçmiş yollar görebilirsiniz. İlk temel kalite testleri de bu aşamadan sonra
yapılır. Sağ taraftaki resimdekine benzer bir araç olabilecek hataları tespit eder.
Yongalar kesilmeye hazır
Tüm bu işlemlerden sonra yongalar artık hazır hale gelmiş durumda. Yonga plakaları tek tek kesilerek, bilgisayarda
kullandığımız işlemcilerin içindeki yongalar haline gelir.
Alıştığımız görüntü
Tek tek kesilen yongalar daha sonra özel bir tabakanın (PCB) üzerine
yapıştırılır. Üzerine de çalıştığında oluşan ısının iletilmesini sağlayan metal bir plaka yerleştirilir. Artık görmeye alıştığımız şekillere gelen işlemciler
özel bir cihazda test edilir. Bu cihaz işlemcilerin frekansını ve termal
özelliklerini tespit eder. Üretim aşamaları esnasında oluşan en ufak bir durum işlemcinin gücünü
etkiler. Bu yüzden aynı plakadan çıkan her bir işlemcinin
özellikleri aynı olmaz. İşlemciler frekansları ve diğer
özellikleri belirlendikten sonra sınıflara (Core i7, Core i5 vs.) ayrılır.
Kutular hazır
Üretilen işlemciler iki şekilde kullanıcıya ulaşır.
Sistem üreticilerine her birinde biner adet CPU bulunan tablalar halinde giden işlemciler son
kullanıcı için ise özel kutulara konurlar.
:: İşlemcilerin üretim sürecindeki en ilginç aşama sizce hangisi?
Yazan: Emre Demiray
SDN - http://shiftdelete.net
