CPU được sản xuất như thế nào?

Nếu bạn muốn biết một CPU được sản xuất như thế nào nhưng lại lười xem những bài viết quá dài và khó hiểu thì đây sẽ là bài viết mà bạn đang tìm kiếm.

Trong thời đại mà chúng ta đang sống, thời đại của công nghệ bán dẫn thì CPU xuất hiện ở mọi nơi, từ máy tính cá nhân cho đến smartphone, TV và tất cả cả những thiết bị thông minh mà chúng ta sử dụng. Có thể nói rằng CPU chính là một trong những mảnh ghép quan trọng nhất trong thời đại này, giúp con người tiến đến tương lai.

Sau đây sẽ là bài tóm tắt ngắn gọn về quá trình sản xuất một con chip CPU.

1. Quá trình sản xuất CPU bắt đầu với việc tinh luyện silic nguyên chất từ cát.

2. Phần silic này sẽ được “đúc” thành các khối hình trụ gọi là ingot.

3. Các khối ingot này sẽ được cắt thành các đĩa tròn gọi là wafer.

4. Các đĩa wafer này sẽ được phủ một lớp chất cản quang mỏng trước khi đến với công đoạn tiếp theo.

5. Ở bước này, một chùm tia UV sẽ được sử dụng để “khắc” các “hoa văn” lớp chất cản quang trên wafer.

6. Những phần chất cản quang bị chiếu tia UV sẽ trở nên kém bền và dễ bị hòa tan hơn. Chúng sẽ bị loại bỏ với quy trình xử lý hóa chất tiếp theo, chỉ chừa lại các phần chất cản quang không bị chiếu tia UV.

7. Đĩa wafer sẽ được chiếu sáng một lần nữa, những khu vực không được chất cản quang bảo vệ sẽ bị bào mòn. Đây là lúc mà các bóng bán dẫn được định hình.

8. Sau quá trình trên, đĩa wafer sẽ được “bắn” vào các phân tử kích thích để tạo tính dẫn điện, thông thường sẽ là photpho hoặc boron.

9. Sau khi đã được tạo hình và tạo tính dẫn điện, các đĩa wafer sẽ trải qua hàng loạt các quá trình xử lý phức tạp khác để tạo thành các bóng bán dẫn hoàn chỉnh.

10. Các bóng bán dẫn lúc này đã hoàn thiện, chúng sẽ được kết nối với nhau thông qua vô số các mạch điện siêu nhỏ bằng kim loại với tổng chiều dài có thể lên đến hàng trăm km, kết nối hàng tỉ bóng bán dẫn với nhau trên mỗi một đế bán dẫn riêng lẻ trong wafer.

11. Một tấm wafer sẽ được cắt ra thành nhiều đế bán dẫn (die), tương ứng với nhiều CPU.

12. Những die này sẽ được gắn lên một “đế chip” gồm các mạnh điện để giúp nó kết nối với socket trên mainboard. Lúc này thì CPU đã có thể hoạt động được rồi, nhưng nó vẫn còn rất mong manh trước các tác động vật lý bên ngoài.

13. Ở bước cuối cùng thì CPU sẽ được gắn lên bằng một chiếc “nắp” gọi là IHS (Integrated Heat Spreader – Bộ tản nhiệt tích hợp) để bảo vệ đế bán dẫn bên dưới và hỗ trợ tản nhiệt. Vậy là CPU đã sẵn sàng để lên kệ.

Các CPU trong cùng một thế hệ kiến trúc thường sẽ đều có những die được sản xuất như nhau, tuy nhiên thì trong quá trình sản xuất, sẽ có cái tốt và cái dở. Cái tốt sẽ được dùng để sản xuất các dòng CPU cao cấp hơn, cái dở sẽ được mang xuống các dòng CPU rẻ hơn. Ví dụ trong cùng một thế hệ kiến trúc Coffe Lake Rerfesh thì mọi đế bán dẫn trên các dòng CPU Coffe Lake Refresh đều sẽ được sản xuất cùng một tiến trình với đầy đủ 8 nhân CPU, iGPU cùng các thành phần khác. Sau khi các die được hoàn thành thì chúng sẽ được phân loại – Binning.

• Những die hoàn hảo nhất với 8 nhân CPU và iGPU hoạt động trơn tru sẽ được mang lên những con chip Core i9 9900K mạnh mẽ với khả năng ép xung.
• Những die có đầy đủ 8 nhân hoạt động hoàn hảo và có thể ép xung nhưng iGPU bị lỗi sẽ được loại bỏ GPU để trở thành Core i9-9900KF.
• Những die có 6 nhân hoạt động ổn định và có thể ép xung sẽ trở thành i7-9700K, nếu 6 nhân này chỉ vừa đủ tiêu chuẩn để đạt mức xung nhịp mặc định thì nó sẽ bị khóa xung nhịp và trở thành i7-9700 (non-K). Nếu die đó có 7 nhân CPU hoạt động tốt và 1 nhân bị lỗi thì nó sẽ bị “trảm” thêm 1 nhân nữa để chỉ còn 6 nhân và trở thành 1 con chip core i7.
• Cứ như vậy, càng có ít nhân hoạt động tốt thì những die này sẽ được mang xuống các CPU rẻ hơn như Core i5 và Core i3.