¿Cómo funciona la CPU de la computadora?

El material utilizado para producir chips como las CPU es semiconductor y el material principal es el silicio Si. En el proceso de purificación del silicio, el silicio en bruto se funde y se coloca en enormes hornos. En este punto, el cristal semilla se coloca en el horno para que los cristales de silicio puedan crecer alrededor del cristal semilla hasta que se forme un monocristal de silicio casi perfecto.

2. Cortar obleas

Los lingotes de silicio se fabrican, se les da forma de cilindro perfecto y luego se cortan en pequeños trozos llamados obleas. En realidad, las obleas se utilizan en la fabricación de CPU.

Una máquina cortadora de obleas corta obleas de silicio de especificaciones predeterminadas a partir de varillas de silicio monocristalino y las divide en múltiples áreas pequeñas, cada una de las cuales se convertirá en el núcleo de una CPU. En términos generales, cuanto más fina sea la oblea, más productos de CPU se podrán fabricar con la misma cantidad de material de silicio.

3. Fotocopiado (fotolitografía)

Recubrir la sustancia fotorresistente sobre la capa de óxido de silicio obtenida mediante tratamiento térmico. Los rayos ultravioleta se irradian sobre el sustrato de silicio a través de una plantilla impresa con el complejo patrón de estructura del circuito de la CPU, y el material fotorresistente se disuelve donde se irradian los rayos ultravioleta.

Para evitar interferencias lumínicas en zonas que no requieren exposición, se deben confeccionar mascarillas que cubran estas zonas. Este es un proceso bastante complejo, y cada máscara requiere 10 GB de datos para describir su complejidad.

4. Grabado

El grabado utiliza luz ultravioleta de longitud de onda corta y lentes de gran tamaño. La luz de longitud de onda corta pasará a través de los agujeros de estas máscaras e incidirá en la película fotorresistente para exponerla. A continuación, se detiene la irradiación y se retira la máscara, utilizando una solución química específica para eliminar la película fotorresistente expuesta y la capa de silicio junto a la película resistente.

Luego, el silicio expuesto se bombardea con átomos, lo que hace que el sustrato de silicio expuesto se dope localmente, cambiando así el estado conductor de estas áreas para crear pozos N o pozos P. Combinado con el sustrato producido anteriormente, se completa el circuito de puerta de la CPU.

5. Repetir y aplicar capas

Para procesar una nueva capa de circuitos, vuelva a hacer crecer el óxido de silicio, luego deposite una capa de polisilicio, aplique fotoprotector y repita el proceso de fotoimpresión y grabado. obteniendo una estructura de zanja que contiene polisilicio y óxido de silicio. Repetido varias veces, se forma una estructura 3D, que es el núcleo de la CPU final. El centro de cada capa está lleno de metal como conductor.

El procesador Pentium 4 de Intel tiene siete capas, mientras que el Athlon 64 de AMD tiene nueve capas. El número de capas depende del diseño de la CPU en el momento del diseño y de la corriente que fluye a través de ella.

6. Embalaje

En este momento, la CPU es solo una oblea y el usuario no puede utilizarla directamente. Debe sellarse en una carcasa de cerámica o plástico para que pueda montarse fácilmente en una placa de circuito. La estructura del paquete es diferente, pero el paquete de CPU más avanzado es más complejo. Los nuevos paquetes a menudo pueden mejorar el rendimiento eléctrico y la estabilidad del chip, proporcionando indirectamente una base sólida y confiable para aumentar la frecuencia principal.

7. Pruebas múltiples

Las pruebas son una parte importante de la fabricación de CPU y también son una prueba necesaria antes de que una CPU salga de fábrica. Este paso probará las propiedades eléctricas de la oblea para ver si hay algún error y en qué paso se produjeron (si es posible). A continuación, cada núcleo de CPU del chip se probará individualmente.

Debido a la estructura compleja y la alta densidad de SRAM (memoria estática de acceso aleatorio, el componente básico del caché en la CPU), el caché es una parte de la CPU propensa a problemas y las pruebas de caché son También es una parte importante de las pruebas de CPU.

Cada CPU será probada exhaustivamente para verificar su completa funcionalidad. Algunas CPU pueden funcionar a frecuencias más altas, por lo que están marcadas con frecuencias más altas, pero algunas CPU funcionan a frecuencias más bajas por varias razones, por lo que están marcadas con frecuencias más bajas.

Finalmente, una sola CPU puede tener algunas deficiencias funcionales. Si el problema radica en la caché, el fabricante aún puede bloquear parte de su caché, lo que significa que esta CPU aún se puede vender, pero puede que sea un producto de gama baja como un Celeron.

Antes de empaquetar la CPU, se suele realizar una prueba final para garantizar que el trabajo anterior es preciso. De acuerdo con la frecuencia operativa máxima y el caché previamente determinados, colóquelos en diferentes paquetes y véndalos en todo el mundo.

Datos ampliados

Principales formas de tecnología de control de CPU

1.

Las operaciones en el modo de procesamiento centralizado se implementan basándose en instrucciones de programas específicos para satisfacer las necesidades de los usuarios de computadoras. La CPU puede realizar selecciones basadas en las condiciones reales durante la operación para satisfacer las necesidades de flujo de datos del usuario. El importante papel de la tecnología de mando y control. El modo de operación se formula de acuerdo con las necesidades del usuario, lo que puede mantener la formulación ordenada de las acciones de comando de datos.

Durante el proceso de ejecución de la CPU, las instrucciones del programa se ejecutan sin problemas. Sólo dejándolas seguir un orden determinado se puede garantizar la eficacia de la computadora. La CPU se utiliza principalmente para procesar automáticamente conjuntos de datos y es la clave para lograr un control centralizado. Su núcleo son las operaciones de control de instrucciones.

2. Insertar controles. La CPU genera señales de control de operación principalmente a través de la función de instrucciones. El propósito de controlar estos componentes se logra enviando instrucciones a los componentes correspondientes. La realización de la función de instrucción se completa principalmente cuando los componentes de la computadora realizan una serie de operaciones. Más componentes de control pequeños son la clave para construir un modelo de procesamiento centralizado para completar mejor las operaciones de procesamiento de datos de la CPU.

3. Control de tiempo. Aplicar el tiempo a varias operaciones se llama control de tiempo. Al ejecutar instrucciones, deben completarse dentro del tiempo especificado. Las instrucciones de la CPU se obtienen del caché o la memoria y luego se realiza la operación de decodificación de instrucciones, principalmente en el registro de instrucciones. En este proceso, el tiempo del programa debe controlarse estrictamente.

Enciclopedia Baidu-CPU

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