واحد پردازشگر مرکزی (Central Processing Unit) CPU، مهم ترین بخش یک سیستم کامپیوتری محسوب می شود. در واقع CPU، همانند مغز یک سیستم عمل کرده و تمام محاسبات سیستم را انجام می دهد. به احتمال قوی، پاسخ سئوالاتی مثل اینکه CPU ، از چه واحدهایی تشکیل شده است و مثلاً چند نوع حافظهcache داریم و غیره را می دانیم . ولی تا به حال در مورد نحوه ساخت یک CPU صحبت نشده است. فرآیند تولید CPU، جزء مشکل ترین و تخصصی ترین فرآیندهای تولید تراشه در دنیا، محسوب می شود. ممکن است تا به حال برای یک کاربرد عادی، این سئوال پیش نیامده باشد که یک پردازنده از چه موادی و چگونه ساخته می شود. ولی این مسئله می تواند ذهن یک کاربر حرفه ای و یا نیمه حرفه ای را به چالش بکشد. شرکت Intel، که یکی از بزرگترین شرکت های تولید کننده تراشه در دنیا می باشد، به تازگی مراحل تولید یک CPU را منتشر نموده است. این فرآیند شامل صدها مرحله می باشد، ولی شرکت Intel به مهمترین مراحل تولید اشاره نموده است که من در این مقاله قصد دارم این مراحل را عنوان کنم. این مراحل از انتخاب ماسه ای خاص که دارای درصدخاصی سیلیکون، می باشد، شروع شده و در نهایت، به بسته بندی و عرضه CPU به بازار فروش، ختم می شود. پس کمربند خود را ببندید و در این سفر با ما همراه باشید...



1- استفاده از شن و ماسه ای که دارای درصد خاصی از سیلیکون (سیلسیوم) می باشد ( به خصوص نوع خاصی از آن به نام Quartz که دارای درصد بالایی از سیلیکون است)، به عنوان جزءاصلی ساخت نیمه هادی.


2- پس از به دست آوردن شن و ماسه مخصوص به شکل خام و جداسازی سیلیکون، ترتیب فزونی مواد مشخص شده و سیلیکون در مراحل مختلف برای نائل شدن به کیفیت ساخت نیمه هادی که به آن (Electronic Grade Silicon) EGS می گویند. تصفیه می شود. مراحل تصفیه سیلیکون به قدری خوب انجام می شود که در نهایت، به ازای هر یک میلیارد اتم سیلیکون، تنها یک اتم ناسازگار (مخالف) وجود خواهدداشت. پس از فرآیند تصفیه، سیلیکون وارد فاز ذوب شدن می شود. در شکل زیر، می توانید مشاهده کنید که چطور یک کریستال بزرگ از ذوب شدن سیلیکون تصفیه شده ، به وجود می آید. 3- یک شمش تک کریستال، از EGS ساخته می شود. یک شمش، وزنی حدود 100 کیلوگرم (معادل 220 پوند) داشته و دارای 9999/99 درصد خالصی سیلیکون می باشد.

4- دراین مرحله، شمش (قالب) وارد فاز برش (قاچ کردن) می شود. جایی که دیسک های سیلیکون تکی که ویفر نام دارند، به شکلی باریک برش داده میی شود. برخی از شمش ها می توانند بیش از 5 فوت (هر فوت معادل 48/30 سانتی متر) باشند. قطر شمش ها نیز با توجه به سایز ویفر موردنیاز، متفاوت است. امروزه ، CPU ها معمولاً روی ویفرهای 300 میلی متری ساخته می شوند. 5- بعد از هر برش، ویفرها آن قدر جلا (صیقل) داده می شوند تا سطح آنها کاملاً بی عیب و آینه ای شکل شود. نکته جالب اینکه، شرکت Intel خودش شمش و ویفر تولید نمی کند. بلکه ویفرهای تولیدی و آماده شرکت های دیگر را خریداری و استفاده می کند. پردازنده های 45 نانومتری شرکت Intel، از ویفرهایی با قطر 300 میلی متر (معادل 12 اینچ) استفاده می کنند. هنگامی که Intel برای اولین بار دست به تولید تراشه زد، مدارها را روی ویفرهایی با قطر 50 میلی متر (معادل 2 اینچ) چاپ می کرد. امروزه Intel، از ویفرهای 300 میلی متری استفاده می کند، که نتیجه آن کاهش قیمت تراشه ها می باشد.
در شکل زیر، یک ویفر صیقل داده شده را مشاهده می نمایید.

6- همان طور که در شکل زیر مشاهده می کنید، از یک مایع آبی رنگ (همانند چیزی که برای فتوگرافی استفاده می شود) برای ایجاد پایداری و مقاومت روی سطح ویفر استفاده می شود. در این گام، ویفر به دور خود می چرخد تا سطح آن به طور مساوی و هموار از مایع مربوطه پوشیده شده و همچنین خیلی باریک شود. 7- به سطح مقاوم شده ویفر، (Photo Resistant Finish) PRF گفته می شود.در این مرحله ، PRF در معرض اشعه فربنفش قرار می گیرد. توسط اشعه فرابنفش ، یک واکنش شیمیایی (همانند آنچه که به هنگام فشردن دکمه Shutter در دوربین های عکاسی اتفاق می افتد)، رخ می دهد . ناحیه مقاوم ویفر که در معرض اشعه فرابنفش قرار گرفته بود، به شکلی قابل حل (حل شدنی) در می آید. این عمل پرتوگیری (منظور در معرض اشعه فرابنفش قرار گرفتن)، با استفاده از ماسک هایی که شبیه استنسیل عمل می کنند، انجام می شود. هنگامی که از اشعه فرابنفش استفاده می شود، ماسک ها الگوهای مداری مختلفی را ایجاد می کنند. اساس ساخت یک CPU، تکرار مرتب این فرآیندمی باشد. این فرآیند آنقدر تکرار می شود تا لایه های چندگانه ای روی هم به شکل پشته، ایجاد شوند. یک عدسی، انعکاس ماسک را به شکلی تمرکز یافته ، به یک نقطه مرکزی کوچک، ساده می کند. به طور نمونه، نتیجه چاپ روی ویفر 4 بار کوچک تر از ا لگوی ماسک می باشد.