افهم شي كيف يضعون ملايين الترانسسترات في المعالج !!

[Asad_AL_net]

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته


الي حيرني حتى الان ما ادري كيف من الممكن وضع ملايين من الترانسسترات في معالج كمبيوتر او نواه

https://klmate.com/up//uploads/images/klmate.com-aedafc4963.jpg


والله ما اقدر اجد تفسير لهذا الشي :ah34:

[Brigadier]

السلام عليكم و رحمة الله وبركاته


تقنيات التصنيع الحاليه تدعى ب Very Larage Scale Integrated Circuit " اعتقد فيه تقنيه اكثر تقدماً منها قد ظهرت" هذه التقنيه هي مكنت المصنعيين من التصنيع بدقات صغيره جدا ً وصلت النانو بل اجزاء من النانو ميتر مما امكن زياده كثافه العناصر بشكل هائل على مساحه اصغر , مع تقدم التقنيه سوف يزيد العدد اكثر و يقل الحجم ايضا ً , لكن لاتنسى ان هذا التقدم محفوف ومحجم بمخاطر الحراره و مسائل الPower وفقدانها, هناك مصانع خاصه ومتقدمه جدا ً مزوده بالادوات والالات اللازمه لتصنيع مثل تلك المعالجات المتناهيه الصغر وهي عمليه معقده طبعا ً ولكن المكسب يكمن في انتاج عدد ضخم منها جدا ً وبالتالي تقل التكلفه وتباع بقيم اعلى ومن هنا تاتي المكاسب.


آسف على المعلومات المتواضعه فلست متعمقا ً في تلك الامور.

وانتظر اخوي الخلف يمددك بمعلومات اكثر تفصيلا ً في هذا الموضوع.

اخوك نادر.

[Asad_AL_net]

اخي Hearty Emotion انت فعلااا ماسي ومبدع

اشكرك جزيلا على معلوماتك القيمة جدا

لكن حقيقة الي لم افهمه هذا الترانسستر كم كبر حجمه

واذا كان بالنانو متر كيف صنعوه :ah34:

كيف قدرو يخلطون المواد او طريقة تصنيعه

[Brigadier]

اهلا ً بك مجددا ً عزيزي .

بالنسبه للترازنيسستور فهو عنصر الكتروني ظهر في بدايه الصحوه الالكترونيه ليحل مكان ما كان معروفا ً بالصمامات المفرغه قديما ً والتي كانت كبيره الحجم " لو لاحظت التلفزيونات القديمه كانت ضخمه وكذلك معظم الالكترونيات قديما ً", اما في بدايه ظهور الترانزيسستورات ظهرت بحجم السنتيميتر وهي موجوده حاليا ً تباع مفرده او بالجمله وهناك انواع عديده من الترانزيسستورات سأريك بعض الانواع التي بالحجم المذكور اعلاه من نوع Bipolar Junction Transistor

https://imgcash4.imageshack.us/img65/4294/4554dk7.jpg
https://www.pagermotors.com/index_files/Products/Electronic_Components/3904_Transistor/3904_Transistor_(L).gif



اما عن النوع الاخر المشابه له بالحجم والمشهور والذ ي يستعمل بكثره في اللوحه الام لغرض الباور وتكبيره فهو ترانزيستور الموزفيت MOSFET وهذه صور له

https://www.geocities.com/radio107mhz/mosfet1.gif
https://www.electronicrepairguide.com/mosfet1.jpg


اما عن سؤالك بخصوص الترانزيستورات داخل المعالج فهي قطعا ً لاتنصع بتلك الطريقه التي يصنع بها الترانزيستورات الموجوده اعلاه , بكل بساطه هي تصنع بطريقه جماعيه بدقه متناهيه هناك ادوات والالات مخصصه لذلك وهي لغرض التعامل وتصنيع المكونات الالكترونيه المتناهيه الصغر التي لاترى بالعين المجرده , لاتنسى ان هناك ايضا ً مقاومات و مكثفات تصنع بطريقه متناهيه الصغر ولاترى بالعين المجرده كل هذه العمليات لها دراسات عميقه ومفصله وهي شيقه ايضا ً وتحتاج مجهود لفهمها والمضي مع موضوع تصنيع الالكترونيات الصغيره.


نبذه عن الترانزيستور:- Transistor = Transition Resistor

هذا العنصر الالكتروني يستعمل لاغراض كثيره منها

تكبير التيار والقدره الكهربيه
العمل كمفتاح " غلق وفتح"
.

[الخلف]

لفهم كيف يمكن حشر كل هذا العدد من الترانزستورات في هذه المساحة الصغيرة، يجب أن تعرف أولاً مم يتكون الترانزستور

الرانزستور يتكون أساساً من مادتين مختلفتين تسمى الأولى p-type والثانية n-type...
يتم تركيب الترانزستور عن طريق جزء من إحدى المادتين بين جزئين من المادة الثانية على شكل p-n-p أو n-p-n وترتيب المواد هناك على شكل الأجزاء الثلاثة هو الذي يحدد نوع الترانزستور فهناك نوعين بنفس اسم الترتيب PNP و NPN
الجزء الأوسط يسمى القاعدة Base، والجزئين الطرفيين أحدهما يسمى الباعث Emitter والآخر يسمى المُجمّع Collecter...


https://fourier.eng.hmc.edu/e84/lectures/figures/transistors1.gif

الآن المسألة صارت سهلة جداً
كل ما يقومون بفعله هو ما يسمى بالطباعة الضوئية، وهي تشبه طريقة طباعة اللوحات الإلكترونية المطبوعة ( مثل اللوحة الأم حيث تجد كل تلك التوصيلات ) ولكن بشكل أصغر بكثير وباستخدام الضوء بدلاً من الأحماض، لنأتي لكيفية صناعة اللوحات المطبوعة

أسهل طريقة لصناعة اللوحات المطبوعة يمكن حتى تطبيقها في المنزل حيث تتوافر أدوات خاصة لصناعة هذه اللوحات، يتم استخدام لوحة أساسية وهي عبارة عن لوحة من مادة عازلة مثل البلاستيك المقاوم للحرارة والعازل للكهرباء وفي نفس الوقت يعتبر البلاستيك مقاوماً للأحماض، يغطى هذا البلاستيك بطبقة رقيقة من النحاس تشكل المادة الموصلة للتيار...
للطباعة على هذه اللوحة يتم استخدام طباعة عادية باستخدام حبر خاص مقاوم للأحماض، حيث يتم رسم الخطوط التي يُراد أن تكون هي الموصلات على الطبقة النحاسية وذلك حتى يتم الانتهاء من الرسم تماماً للوحة كلها، بعد الانتهاء يُنتظر حتى يجف الحبر ( وربما يُعالج بمادة كيميائية حسب نوع الحبر المستخدم )، بعد ذلك يتم تغطيس اللوحة بأكملها بداخل حوض يحتوي على مادّة حمضية..
تبدأ المادة الحمضية بالتفاعل مع النحاس المكشوف ليتآكل النحاس المكشوف بأكمله من اللوحة ويترك النحاس المغطى بالحبر لأن الحبر مضاد للأحماض فيستطيع مقاومة الحمض، ويتم تغطيس اللوحة في الحمض لفترة كافية ليتخلص من كل النحاس الغير مغطى بالحبر...
بعد ذلك يتم إزالة اللوحة من ذلك الحوض ويجفف من الحمض ثم يتم استخدام مادة كيميائية تستطيع إذابة الحبر وذلك لكشف النحاس، البعض يفضل كشف النحاس فقط عند أطراف اللحام وذلك لحماية النحاس من التأكسد مع مرور الوقت...

لصناعة الترانزستورات يتم استخدام ذات المبدأ، هناك ما يسمى بالقناع الخاص بالطباعة وهو يحتوي على فتحات ومسارات صغيرة جداً بنفس قطر الطول الموجي للضوء أو للأشعة المستخدمة في الطباعة الضوئية حيث تستخدم عدة أنواع آخرها حالياً هي الطباعة بالأشعة الفوق بنفسجية UV Lithography...
تستخدم لوحة خاصة من مادة P أو N وهي تكون حساسة للضوء ويتم وضع القناع عليها ثم يتم تعريضها لتلك الأشعة، طبعاً الأشعة يجب أن تكون متوازية تماماً حتى تخرج مباشرة من فتحات ومسارات القناع لتضرب بالضبط نقاط محددة على مادة الـ P أو الـ N...
وعندها تكون اللوحة قد تضمنت ملايين المسارات الصغيرة جداً تبلغ قطرها مثل الطول الموجي للضوء...

بعد ذلك تمر على عدة مراحل معالجة مشابهة عن طريق الأقنعة والأشعة لعمل طبقات أخرى لتتشكل ملايين الترانزستورات من تلك المسارات الصغيرة...

الصورة التالية تمثل ترانزستور واحد ضمن تقنية تصنيع 45 نانو التي تقوم Intel باستخدامها وتجد تعريف بالمواد المستخدمة كالسيلكون Si وجيرمانيوم السيلكون SiGe والـ High-K وهي مواد عازلة خاصة...

الـ SiGe هي أطراف الـ الترانزستور هنا أو الباعث والمجمّع، والـ Metal الذي تراه هو القاعدة Base...
لمعرفة هذا الترانزستور كم يبلغ حجمه فإن عرض القاعدة الذي تراه يبلغ طوله 45 نانو متر أي 0.045 مايكرو متر، أي 0.000045 ملم أي 0.000000045 متر، ولكي يكون أكثر وضوحاً فهو 45 من مليون جزء من الملليمتر :)


https://img.hexus.net/v2/channel/news/Intel45nm.jpg


طبعاً هذا شرح مبسط جداً لفهم الكيفية العامة لطباعة كل تلك الترانزستورات في المعالجات والرقاقات الإلكترونية، ولكن الواقع أكثر تعقيداً بكثير من هذا والمسألة أكرث من مجرد تجميع للطبقات أو الطباعة، فمثلاً في تقنيات الصناعة التي تستخدمها Intel يتم استخدام عوازل تسمى High-K في تقنيات تصنيع 45 نانو، ولكن في معالجات AMD الأمر يختلف فهي ابتكرت تقنية المعالجة المغمورة Immersion Lithography حيث تتم عملية الطباعة بأكملها ضمن وسط سائل حتى تضمن دقّة تصنيع أدق دون الحاجة للتوجه إلى تقنية High-K، وواقعاً إضافة الـ High-K سيزيد من قدرة تقنية تصنيع 45 نانو التي تستخدمها AMD...

[Brigadier]

بارك الله فيك عزيزي الخلف على الاضافه المميزه وجعله الله في ميزان حسناتك.

[-M7mD]

مشكور أخي Hearty Emotion (https://www.arabhardware.net/forum/member.php?u=14216) و أخي الخلف على المعلومات . :)

[Salem AL Fituri]

مشكور أستاد الخلف (https://www.arabhardware.net/forum/member.php?u=938) على الشرح الوافي والذقيق وان كان بشكل مبسط عن تقنيات تصنيع المعالجات ..
وأود اضيف ان شركات تصميم المعلجات ليس عليها فقط تصنيع الترانستورات بمقياس معين بل تصميم وتصنيع المعالج على هذا المقياس وهذا يبين لنا مدى الصعوبة الكبيرة الي يواجهوها عند الانتقال لجيل جديد من المعالجات ..

[شلاع العتر]

أود أن استفسر عن شيء هي الشريحة التي تحرق عليها المعالجات من الفئة 40 نانو كم تكلف الشركة ...

يعني مثلا حتى تحصل شركة amd على معالج مثل فينوم2 940 كم تتكلف , من ناحية التصنيع فقط ؟

توقعي ان المبلغ بسيط يعني بالكثير 50$ وهذا مع احتساب التالف ...

[Salem AL Fituri]

فقط تعقيب بسيط على كلام أخي شلاع العتر
أن المعالجات الآن اصبح اسعارها كرخص البرامج حيث أصبحت تكلفة الإنتاج الخام أقل بكثير من سعر بيعه ودلك لتغطية تكاليف التصمي الباهضة للنسخة الأصلية ...
ولكن مقدار هذا التكاليف صعب تقديره حيث تضيفه الشركة لتكاليف التطوير ...

[Net.Stu]

بصراحة لا أستطيع عندما أرى موضوع أو مشاركة قيمة كهذه لأستاذنا الفاضل الخلف أن أمر مرور الكرام:ah32:

وأضعف الإيمان كلمة شكر أقولها في حقه وما يبذله من مجهود وما يعطيه من راحبة صدر للجميع (هو وجميع القائمين على هذا المنتدى الرائع ;))

فجزيل الشكر للاستاذ الخلف على هذه المعلومات القيمة والطرح الجميل كما عودنا دائما (على قول اخوانا المصريين: الكبير كبير :D ).

الشكر ايضا موصول لباقي الاعضاء المشاركين وأخص الاخوين Hitman.1stGame و Hearty Emotion على مداخلاتهما القيمة :)

ولا ننسنا أوخونا Asad_AL_net كاتب الموضوع والتساؤل :p

[Asad_AL_net]

استاذنا الخلف انت مبدع كما عودتنا دائما اسال الله ان يوفقك لان الان استوعبت فكرة صناعة المعالجات وليس فقط التراسستورات

وكذلك الشكر للاخ Hearty Emotion لانك مهدتلي خطوات صناعة الترانسستور جزاك الله الف خير

واشكرك اخي الكريم Hitman.1stGame على مشاركتك معانا :D

شكرا لك Net.Stu على مرورك الجميل

[unbeatable97]

ما شاء الله
موضوع محترم فعلا و مفيد

كل الشكر اخونا الخلف على المعلومات الغزيرة و القيمة

و الشكر موصول للأخ Hearty Emotion

و لا ننسى اخونا اسد النت
كاتب الموضوع

[الخلف]

أود أن استفسر عن شيء هي الشريحة التي تحرق عليها المعالجات من الفئة 40 نانو كم تكلف الشركة ...

يعني مثلا حتى تحصل شركة amd على معالج مثل فينوم2 940 كم تتكلف , من ناحية التصنيع فقط ؟

توقعي ان المبلغ بسيط يعني بالكثير 50$ وهذا مع احتساب التالف ...
حسناً المسألة تحتاج لمعادلة رياضية أولاً لحساب عدد الأنوية الممكن حشرها ضمن الـ Wafer

تكلفة wafer الـ SOI بقطر 300 ملم يقارب الـ 5300 دولار ( 4900 للـ CMOS Wafer المستخدم في معالجات Intel والمسرعات الرسومية )

بعد تطبيق المعادلة مع أخذ أن نواة Phenom II تبلغ مساحتها 258ملم² فإن عدد الأنوية الممكن حشرها هو 232 نواة
هذا يجعل التكلفة الأولية كما يظنها البعض هي 22 دولار

ولكن هناك عوامل أخرى ألا وهي معدل الإنتاج وهي تقارب 75 - 80%، بما معنى أن فقط 75 - 80% من الأنوية الناتجة هي أنوية صالحة
وهذا يعني 185 نواة ( في حالة 80% )، وبالتالي التكلفة تكون 28.6 دولار

نقطة مهمة، ذكرت معدل الإنتاج هنا بشكل تقريبي والحقيقة أن AMD لديها معدلات إنتاج عادة تكون أقل من Intel، معدلات إنتاج AMD تدور بين 62 - 74% حسب نوع المعالج ( مثلاً معالج Phenom الأول كان 63% )، من جهة أخرى معدلات إنتاج Intel تدور في فلك 75 - 85% باختلاف الرقاقات...

نقطة أخرى مهمة وهي أنني حسبت التكلفة على أساس 80% بينما في حالة المعالجات الرباعية النوى فإنه يجب أخذ أقل نسبة بسبب كون المعالجات الرباعية النُوى من AMD هي أكبر حجماً وبالتالي معدل الإنتاج يكون أقل، بالعربية النسبة تكون 65% أقرب لما تكون للصواب في حالة معالجات Phenom II، وبالتالي 150 نواة، و التكلفة هي 35 دولار...


تكلفة التغليف ( أي من نواة سيليكونية إلى معالج ) تقدر تقريباً بـ 15 دولار فيمكنك إجراء الحسابات :)

[Extreme2]

شكرا على المعلومات القيمة اخواني ...
اعتقد أن الدارات المتكاملة التي تسمى بـ IC شبيهة لحد كبير بالمعالج , فهي أيضا وحدة معالجة وتحوي ملايين الترانسسترات ايضا ..
https://img.en.china.cn/0/0,0,450,19398,300,300,c31f0edf.jpg

[الخلف]

شكرا على المعلومات القيمة اخواني ...
اعتقد أن الدارات المتكاملة التي تسمى بـ IC شبيهة لحد كبير بالمعالج , فهي أيضا وحدة معالجة وتحوي ملايين الترانسسترات ايضا ..
https://img.en.china.cn/0/0,0,450,19398,300,300,c31f0edf.jpg
المعالجات ماهي إلا دارة مدمجة IC ولكن بتعقيد أشد ووظائف أضخم وهذا ما يتطلب تقنيات تصنيع متطورة أكثر بسبب السرعة والحرارة والطاقة

الدارات المدمجة العادية قد تتضمن فقط بضع ترانزستورات والتي قد تعمل مجرد كمفاتيح، ثم تتوسع لتتضمن بضع دارات منطقية مثل NAND وغيرها وقد تتوسع لتتضمن دارات منطقية وترانزستورات ومكثفات وغيرها وهكذا...

[شلاع العتر]

حسناً المسألة تحتاج لمعادلة رياضية أولاً لحساب عدد الأنوية الممكن حشرها ضمن الـ Wafer

تكلفة wafer الـ SOI بقطر 300 ملم يقارب الـ 5300 دولار ( 4900 للـ CMOS Wafer المستخدم في معالجات Intel والمسرعات الرسومية )

بعد تطبيق المعادلة مع أخذ أن نواة Phenom II تبلغ مساحتها 258ملم² فإن عدد الأنوية الممكن حشرها هو 232 نواة
هذا يجعل التكلفة الأولية كما يظنها البعض هي 22 دولار

ولكن هناك عوامل أخرى ألا وهي معدل الإنتاج وهي تقارب 75 - 80%، بما معنى أن فقط 75 - 80% من الأنوية الناتجة هي أنوية صالحة
وهذا يعني 185 نواة ( في حالة 80% )، وبالتالي التكلفة تكون 28.6 دولار

نقطة مهمة، ذكرت معدل الإنتاج هنا بشكل تقريبي والحقيقة أن AMD لديها معدلات إنتاج عادة تكون أقل من Intel، معدلات إنتاج AMD تدور بين 62 - 74% حسب نوع المعالج ( مثلاً معالج Phenom الأول كان 63% )، من جهة أخرى معدلات إنتاج Intel تدور في فلك 75 - 85% باختلاف الرقاقات...

نقطة أخرى مهمة وهي أنني حسبت التكلفة على أساس 80% بينما في حالة المعالجات الرباعية النوى فإنه يجب أخذ أقل نسبة بسبب كون المعالجات الرباعية النُوى من AMD هي أكبر حجماً وبالتالي معدل الإنتاج يكون أقل، بالعربية النسبة تكون 65% أقرب لما تكون للصواب في حالة معالجات Phenom II، وبالتالي 150 نواة، و التكلفة هي 35 دولار...


تكلفة التغليف ( أي من نواة سيليكونية إلى معالج ) تقدر تقريباً بـ 15 دولار فيمكنك إجراء الحسابات :)

أشكرك استاذي الفاضل ...

وعند جمع 35+15 يكون الناتج 50$ ... وسبحان الله تقديري كان في مكانه.:)

[ameer_s]

معلومات قيمة جدا

شكرا لك ,,,

[Salem AL Fituri]

أشكرك استاذي الفاضل ...
وعند جمع 35+15 يكون الناتج 50$ ... وسبحان الله تقديري كان في مكانه.:)
إدا كان معالج Pentium 4 في سنة 2003 كان يكلف انتل لتصنيعه 40$ فقط
وهو بتقني تصنيه 90nm فكيف بالمعالجات الي بتقنيات تصنيع أقل 45 nm مثل E8500 ...


Intel's average cost for making a chip comes to $40, according to a report from analysts In-Stat. (https://news.cnet.com/Intels-manufacturing-cost-40-per-chip/2100-1006_3-5862922.html)

[aSem-1]

شي طبيعي التكنولوجيا يومياً تتقدم

<< :D

[الخلف]

إدا كان معالج Pentium 4 في سنة 2003 كان يكلف انتل لتصنيعه 40$ فقط
وهو بتقني تصنيه 90nm فكيف بالمعالجات الي بتقنيات تصنيع أقل 45 nm مثل E8500 ...


Intel's average cost for making a chip comes to $40, according to a report from analysts In-Stat. (https://news.cnet.com/Intels-manufacturing-cost-40-per-chip/2100-1006_3-5862922.html)

لا تنسى أن الشركات مع تقدم تقنية التصنيع تضيف المزيد من الوظائف خصوصاً ذاكرة الكاش والتي وصلت لأحجام ضخمة حتى صارت تحتل أكثر من نصف مساحة النواة... وهذا ما يجعل حجم النواة لايحمل فرقاً كبيراً، ولكنه سيحمل إن تم تصنيع مثل المعالج تماماً بتقنية تصنيع مختلفة...