Bagaimana Pasir Menjadi Silikon? Pabrikan CPU Dijelaskan

Dunia berjalan di atas informasi, dengan manusia menciptakan sekitar 2,5 juta terabyte data per hari. Namun, semua data ini tidak berguna kecuali kita dapat mengolahnya, jadi, bisa dibilang, salah satu hal yang dunia modern tidak dapat hidup tanpanya adalah prosesor.

Tapi bagaimana prosesor dibuat? Mengapa keajaiban modern? Bagaimana sebuah pabrik dapat memasukkan miliaran transistor ke dalam paket sekecil itu? Mari selami lebih dalam bagaimana Intel, salah satu produsen chip terbesar di dunia, menciptakan CPU dari pasir.

Mengekstraksi Silikon Dari Pasir

Bahan dasar dari prosesor apa pun, silikon, diekstraksi dari pasir gurun. Bahan ini banyak ditemukan di kerak bumi dan terdiri dari sekitar 25% sampai 50% silikon dioksida. Ini diproses untuk memisahkan silikon dari semua bahan lain di pasir.

Pemrosesan berulang beberapa kali hingga pabrikan membuat sampel murni 99,9999%. Silikon yang dimurnikan kemudian dituangkan untuk membentuk ingot tingkat elektronik silinder. Diameter silinder adalah 300mm dan beratnya sekitar 100kg.

Pabrikan kemudian mengiris ingot menjadi wafer setipis 925 mikrometer. Setelah itu, dipoles dengan hasil akhir yang halus seperti cermin, menghilangkan semua cacat dan noda di permukaannya. Wafer jadi ini kemudian dikirim ke pabrik fabrikasi semikonduktor Intel untuk transformasi dari lempengan silikon menjadi otak komputer berteknologi tinggi.

Jalan Raya FOUP

Karena prosesor adalah suku cadang dengan presisi tinggi, basis silikon murninya tidak boleh terkontaminasi sebelum, selama, atau setelah pembuatan. Di sinilah pod terpadu bukaan depan (FOUPs) masuk. Pod otomatis ini menampung 25 wafer sekaligus, menjaganya tetap aman dan terlindungi di ruang yang dikendalikan lingkungan saat mengangkut wafer antar mesin.

Selanjutnya, setiap wafer dapat melakukan perjalanan melalui langkah yang sama ratusan kali, terkadang berpindah dari satu ujung bangunan ke ujung lainnya. Seluruh proses tertanam di dalam mesin sehingga FOUP tahu ke mana harus pergi untuk setiap langkah.

Juga, FOUP berjalan di atas monorel yang tergantung di langit-langit, memungkinkan mereka untuk mengambil bagian tercepat dan paling efisien dari satu langkah manufaktur ke langkah lainnya.

Fotolitografi

Proses fotolitografi menggunakan photoresist untuk mencetak pola pada wafer silikon. Photoresist adalah bahan yang kuat dan peka terhadap cahaya yang mirip dengan yang Anda temukan di film. Setelah ini diterapkan, wafer terkena sinar ultraviolet dengan topeng pola prosesor.

Topeng memastikan bahwa hanya tempat-tempat yang ingin mereka proses yang terpapar, sehingga membiarkan fotoresist di area itu larut. Setelah pola sepenuhnya tercetak pada wafer silikon, ia melewati rendaman kimia untuk menghilangkan semua photoresist yang terpapar, meninggalkan pola silikon kosong yang akan melalui langkah-langkah selanjutnya dalam proses.

Implantasi Ion

Juga dikenal sebagai doping, proses ini menyematkan atom dari elemen yang berbeda untuk meningkatkan konduktivitas. Setelah selesai, lapisan photoresist awal dihilangkan, dan lapisan baru ditempatkan untuk menyiapkan wafer untuk langkah berikutnya.

Etsa

Setelah putaran fotolitografi lainnya, wafer silikon menuju ke etsa, di mana transistor prosesor mulai terbentuk. Photoresist diterapkan ke area di mana mereka ingin silikon tetap ada, sedangkan bagian yang harus dihilangkan secara kimiawi tergores.

Bahan yang tersisa perlahan-lahan menjadi saluran transistor, di mana elektron mengalir dari satu titik ke titik lain.

Deposisi Bahan

Setelah saluran dibuat, wafer silikon kembali ke fotolitografi untuk menambah atau menghapus lapisan photoresist sesuai kebutuhan. Kemudian berlanjut ke deposisi material. Berbagai lapisan bahan yang berbeda, seperti silikon dioksida, silikon polikristalin, dielektrik k tinggi, berbeda paduan logam, dan tembaga, ditambahkan dan diukir untuk membuat, menyelesaikan, dan menghubungkan jutaan transistor di chip.

Planarisasi Mekanik Kimia

Setiap lapisan prosesor mengalami planarisasi mekanik kimia, juga dikenal sebagai pemolesan, untuk memangkas bahan berlebih. Setelah lapisan paling atas dihilangkan, pola tembaga yang mendasarinya terungkap, memungkinkan pabrikan untuk membuat lebih banyak lapisan tembaga untuk menghubungkan transistor yang berbeda sesuai kebutuhan.

Meskipun prosesor terlihat sangat tipis, mereka biasanya memiliki lebih dari 30 lapisan sirkuit kompleks. Hal ini memungkinkan untuk memberikan kekuatan pemrosesan yang dibutuhkan oleh aplikasi saat ini.

Menguji, Mengiris, dan Menyortir

Wafer silikon dapat melalui semua proses di atas untuk membuat prosesor. Setelah wafer silikon menyelesaikan perjalanan itu, ia kemudian memulai pengujian. Proses ini memeriksa setiap bagian yang dibuat pada wafer untuk fungsionalitas—apakah berfungsi atau tidak.

Setelah selesai, wafer kemudian dipotong-potong yang disebut die. Kemudian disortir, di mana cetakan yang berfungsi maju ke pengemasan, dan yang gagal dibuang.

Mengubah Silicon Die Menjadi Prosesor

Proses ini, yang disebut pengemasan, mengubah cetakan menjadi prosesor. Substrat, biasanya papan sirkuit tercetak, dan penyebar panas diletakkan di atas cetakan untuk membentuk CPU yang Anda beli. Substrat adalah tempat die secara fisik terhubung ke motherboard sementara penyebar panas berinteraksi dengan Anda Kipas pendingin DC atau PWM CPU.

Pengujian dan Kontrol Kualitas

Prosesor yang telah selesai kemudian diuji lagi, tetapi kali ini untuk kinerja, daya, dan fungsionalitas. Tes ini menentukan jenis chip apa itu?—apakah itu baik untuk menjadi i3, i5, i7, atau prosesor i9. Prosesor kemudian dikelompokkan sesuai untuk kemasan ritel atau ditempatkan di nampan untuk pengiriman ke produsen komputer.

Secara Mikroskopis Kecil Namun Sangat Rumit

Sementara prosesor terlihat sederhana dari luar, mereka sangat rumit. Pembuatan prosesor membutuhkan dua setengah hingga tiga bulan proses 24/7. Dan terlepas dari rekayasa yang sangat tepat di balik chip ini, masih belum ada jaminan bahwa mereka akan mendapatkan wafer yang sempurna.

Faktanya, pembuat prosesor dapat kehilangan antara 20% dan 70% dari cetakan pada wafer karena ketidaksempurnaan, kontaminan, dan banyak lagi. Nilai ini selanjutnya dipengaruhi oleh proses CPU yang semakin kecil, dengan chip terbaru sekecil 4nm.

Namun, seperti yang dinyatakan Hukum Moore, kita masih dapat mengharapkan kinerja prosesor berlipat ganda setiap dua tahun hingga 2025. Sampai prosesor mencapai batas dasar ukuran atom, semua proses manufaktur ini harus sesuai dengan desain untuk menghasilkan chip yang kita minta.

Apa Hukum Moore dan Apakah Masih Relevan di 2022?

Baca Selanjutnya