год, модель: технол. процесс 1971, 4004: 10 мкм 1972, 4040: 10 мкм 1972, 8008: 10 мкм 1976, 8085: 3 мкм 1978, 8086: 3 мкм 1979, 8088: 3 мкм 1982, 80188: 3 мкм 1985, 80386: 1.5 мкм 1991, 80486: 1.0 мкм 1993, Pentium: 0.8 мкм 1997, Pentium II: 0.35 мкм 1999, Pentium III: 0.13 мкм 2000, Pentium 4: 0.18 мкм 2006, Core 2: 0.065 мкм 2008, Core i7: 0.045 мкм 2017, Core i9: 0.014 мкм 2021, Core i9-11: 0.010 мкм

Для Apple:

2017, Apple A11: 0.010 мкм 2018, Apple A12: 0.007 мкм 2020, Apple A15: 0.005 мкм 2022, Apple A16: 0.003 мкм (планы Apple) 2027, 0.002 мкм (тестовый образец от IBM) 2029, 0.0014 мкм (предсказания)

Первыми устройствами были лампы, увеличение числа которых в устройстве ограничивалось их размером и их энергопотреблением. Сделать лампу очень маленькой довольно сложно, так нужно сделать её герметичной и закачать в неё инертный газ. Производители пытались упростить производство делая сборки из лам, когда выплавлялась не одна лампа разом, а несколько – по сути одна лампа, разделённая перегородками. Другими попытками было помещение в одну лампу несколько триодов. Но так или иначе, из-за размера, дороговизны изготовления и потребления электроэнергии их начали заменять транзисторами начиная 1950 в виде отдельных транзисторов, как в то время называли "кристаллических триодов". Долгое время барьером применения в серийного производство для транзисторов было возможность переключить своё состояние за счёт накопления потенциала из-за внешнего радиоактивного фона альфа-частицами – для избежания этого в используются корректоры в процессорах и памяти (error-correcting code memory). В мелко серийном производстве ламповые усилители звука давали определённые искажения, которые были более привычны музыкантам эпохи ламповых усилитей – сейчас подобные искажения эмулируются алгоритмически. Транзисторы 1950 годов представляли из себя отдельные электронные устройства в отдельном корпусе с выводами для впайки на лату, сходных с теми, что сейчас используются в блоках питания. Размеры транзисторов уменьшались и начали выпускать микросборки, представляющий плату в корпусе интегральной схемы, в которую вручную помещались под лупами с помощью пинцетов бескорпусные микроминиатюрные транзисторы и другие элементы поверхностного монтажа, такие как резисторы и транзисторы. Позже, часть этих элементов, таких как транзисторы и конденсаторы эмулировалось самими дорожками в силу сниженной величины токов и напряжений, в которых они работали. Для чего проводилось сужение дорожек лазером для увеличения сопротивления и созданием широкой дрожки по верх другой методом вакуумного напыления (толстопленочной технологии) с последующем заливкой корпуса. В 1960 годах начала развиваться планарная технология для создания монолитных интегральных схем, заключающаяся в том, что не создаются отдельные транзисторы, которые необходимо помещать на печатную плату, а выращиваются прямо "плате" из полупроводника, являющаяся основой всех этих транзисторов. Технология изготовление таких интегральных схем унаследовало литографию, применяющуюся в производстве дороже у печатных плат, только в данном случае формируются не только токопроводящие дрожки, но и полупроводниковые и изолирующие участки (транзисторы). Принцип сводится в равномерном нанесении требуемого покрытия и удаление его с ненужных мест различными методами. Нанесение проводящего слоя осуществляется осаждением, а на полупроводниковой подложке – выращиванием. Для удаления применяют растворители (щёлочи, кислоты), от действие которых в нужных местах защищает предварительно наносимое защитное покрытие, которое можно удалить в последствии специальными растворителями защитных покрытий. Расположение защитного покрытия и определяет расположение требуемого покрытия. Механически наносить покрытие на нужные участки чипа, как это делается на печатных платах, уже не позволяла точность нанесения и количество брака, поэтому тотально применяется фотолитография. Первый опытный образец, произведённой по этой технологии был продемонстрирован в 1959 году. Фотолитография заключается в том, что защитное покрытие наносится равномерно, в нужных местах утверждаются светом, а после промывки незатвердевшие покрытие смывается. Для проекции света его пропускают через маску (трафарет) и фокусируют линзами до нужного масштаба и силы светового потока. Маска в нужных местах пропускает свет, а линзы объектива фокусирую свет более мелкий масштаб. Таким образом точность рисунка защитного покрытия определяется точностью засвечиванием светом ещё незатвердевшего защитного покрытия. В начале века это был обычный свет, но позже длина волны не позволяла достичь необходимой точности и она смещалась в торону более коротковолнового излучения, делая стремясь к более узкому излучению, и соответственно, более точному. Так в 1971 году применялся красный свет 700 нм, в 1975 фиолетовый в 400 нм, ультраиолет с 436 нм от лампы с плазмой из ртути, с 1970 ультрафиолет в 248 нм с помощью плазмы криптона и фтора, далее применяется глубокий ультрафиолетовый (Deep Ultra Violet, DUV) с помощью фторидаргнового лазера в 193 нм, затем 150 нм и 80 нм. В 2001 году был получен экстремальноглубокий ультрафиолет (Extreme Ultra Violet, EUV) с помощью плазмы олова в 13 нм. При такой длине волны свет поглощается воздухом, для чего процесс производится в вакууме, и линзами, для чего фокусируют его специальными зеркала из слоёв кремния и слоёв молибдена. Стоимость и сложность оборудования не позволяет производить его несколькими компаниями поэтому производителями процессоров профинансирована компания ASML, ставшая монополистом. Спросс есть на него есть и он не удовлетворён полностью, так как в 2020 году выпущено всего 31 штука. Разработки аналога ведутся в Китае. Такой лазер обеспечивает точность достаточную для технологических процессов в 1.5 нм. Далее начали вступать квантовые ограничения. Сперва приделом считался процесс 14 нм, потом его отодвинули на 5 нм, сейчас ведётся освоение 3 нм для 2023-2024 года, 2 нм для 2025-2027 года и 1.4 нм для 2029 года, но с каждым разом отодвигание происходит с меньшим шагом, а сложность перехода без брака возрастает. В 2021 году процессоры на 5 нм уже есть в массовом производстве от Apple, процессоры на 3 нм в тестовом у TSMC.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.