Виды технологии производства МП

Современная элементная база – сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) – характеризуется большим числом транзисторов на кристалле и относительно малым числом выводов у корпуса. Поэтому БИС адекватны построению логически законченных устройств.

В настоящее время в основном используются СБИС, создаваемые по КМОП-технологии. В рамках этой технологии электронные схемы создаются из компонентов, представляющих собой прямоугольные или многоугольные области полупроводников с различными типами проводимости, проводников (металла и поликремния), а также диэлектрика, изолирующего области друг от друга. В качестве диэлектрика используется окисная пленка диоксида кремния (SiO₂). В общих чертах формирование микросхемы выглядит так. Из расплава чистого кремния вытягивается монокристалл кремния цилиндрической формы. Этот цилиндр режется на пластины толщиной около 0,6 мм и диаметром 200 мм. Поверхность этой достаточно тонкой пластины полируется, а затем покрывается защитной пленкой диоксида кремния SiO₂ в кислородной среде при высоких температуре и давлении. Для образования областей полупроводников с p- и n- проводимостями применяется следующая технология. Пластина покрывается слоем фоторезиста – материала, исходно стойкого к воздействию реагента, используемого для травления, но теряющего это свойство после обработки светом определенной длины волны. При проектировании микросхемы изготавливаются фотошаблоны, каждый из которых соответствует, фактически, слою микросхемы и имеет отверстия в форме областей, обрабатываемых на этом слое. На каждом этапе изготовления микросхемы используется определенный шаблон. Шаблон накладывается на пластину, покрытую фоторезистом, после чего на нее направляется световой поток. Те области пластины, где фоторезист был закрыт шаблоном, остаются неизменными, а области, подвергшиеся воздействию света, растворяются при воздействии реагента, используемого при травлении. В современном технологическом процессе используется сухое травление, при котором пластина обрабатывается ионизированным газом, образующим при химической реакции с диоксидом кремния летучие соединения. Поэтому после сухого травления пластины пленка диоксида кремния остается там, где был не засвеченный фоторезист, и удаляется в областях, подвергшихся засветке. Далее с пластины удаляется оставшийся фоторезист, и пластина готова к следующей технологической операции по внесению в кремниевую подложку путем диффузии донорной или акцепторной примеси. В результате диффузии атомы примеси равномерно внедряются в кристаллическую решетку кремния, образуя область полупроводника с требуемым типом проводимости.

После формирования полупроводниковых структур транзисторов необходимо связать их полупроводниками для образования схемы. В связи с тем, что в микросхеме может быть создан только планарный слой проводников без пересечения разных соединений то для формирования сложной схемы соединений используется несколько слоев проводников с межслойными переходами, соединяющими между собой участки одного соединения, реализованные в разных слоях. Для того чтобы иметь быстродействующую схему и снизить энергопотребление, в современных микропроцессорах требуется более шести слоев металлизации. Важность увеличения количества слоев для формирования сложной схемы соединений на кристалле демонстрирует следующий пример. В процессоре Pentium 4 с используется 55 млн. транзисторов, размещенных на площади 145 мм² при шести слоях металлических проводников, а в процессоре Athlon XP при девяти слоях металлизации 54,3 млн. транзисторов занимают площадь только 101 мм².

Микропроцессор (МП), или (CPU) — функционально-законченное программно управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших интегральных схем (СБИС).

В состав микропроцессора входят:

- Core — ядро МП;

- Execution Unit — исполняющий модуль;

- Integer ALU — АЛУ для операций с целыми числами (с фиксированной за-

пятой);

- Registers — микропроцессорная память;

- FPU — блок для работы с числами с плавающей запятой;

- Primary Cache — кэш первого уровня;

- ID, PU, BP — блоки декодирования инструкций, опережающего их исполнения и предсказания ветвлений.

Микропроцессор (МП), или центральный процессор {CPU, от англ. Central Processing Unit) — основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины для выполнения арифметических и логических операций над информацией. Конструктивно представляет собой небольшую микросхему, находящуюся внутри системного блока и установленную на материнской плате, связанную с материнской платой интерфейсом процессорного разъема (Socket). В состав микропроцессора входят:

- устройство управления (УУ) – формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ, опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов;

- арифметико-логическое устройство (АЛУ) – предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией;

- микропроцессорная память (МПП) — служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины. Регистры — быстродействующие ячейки памяти различной длины;

- интерфейсная система микропроцессора — реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс — совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода — аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК.

МП можно разделить на две части:

- операционную, содержащую устройство управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ) и микропроцессорную память (МПП) (за исключением нескольких адресных регистров);

- интерфейсную, содержащую адресные регистры МПП; блок регистров команд — регистры памяти для хранения кодов команд, выполняемых в ближайшие такты; схемы управления шиной и портами.