Рис. 3.5. Подложка диаметром 200 мм процессоров Pentium 4, созданных по 0,13-микронной технологии

В качестве примера того, как это может повлиять на параметры определенной микросхемы, рассмотрим процессор Pentium 4. Диаметр стандартной подложки, используемой в полупроводниковой промышленности в течение уже многих лет, равен 200 мм или приблизительно 8 дюймов (рис. 3.5). Таким образом, площадь подложки достигает 31 416 мм2. Первая версия процессора Pentium 4, изготовленного на 200-миллиметровой подложке, содержала в себе ядро Willamette, созданное на основе 0,18-микронной технологии с алюминиевыми контактными соединениями, расположенными на кристалле площадью около 217 мм2. Процессор содержал в себе 42 млн транзисторов. На 200-миллиметровой (8-дюймовой) подложке могло разместиться до 145 подобных микросхем.

Более современные процессоры Pentium 4 с ядром Northwood, созданные по 0,13-микронной технологии, содержат в себе медную монтажную схему, расположенную на кристалле площадью 131 мм2. Этот процессор содержит уже 55 млн транзисторов. По сравнению с версией Willamette ядро Northwood имеет удвоенный объем встроенной кэш-памяти второго уровня (512 Кбайт), что объясняет более высокое количество содержащихся транзисторов. Использование 0,13-микронной технологии позволяет уменьшить размеры кристалла примерно на 60%, что дает возможность разместить на той же 200-миллиметровой (8-дюймовой) подложке до 240 микросхем. Как вы помните, на этой подложке могло разместиться только 145 кристаллов Willamette.

В начале 2002 года Intel приступила к производству кристаллов Northwood на большей, 300-миллиметровой подложке площадью 70 686 мм2. Площадь этой подложки в 2,25 раза превышает площадь 200-миллиметровой подложки, что позволяет практически удво-

Таблица 3.10. Прошлое, настоящее и будущее полупроводниковых технологий

ить количество микросхем, размещаемых на ней. Если говорить о процессоре Pentium 4 Northwood, то на 300-миллиметровой подложке можно разместить до 540 микросхем. Использование современной 0,13-микронной технологии в сочетании с подложкой большего диаметра позволило более чем в 3,7 раза увеличить выпуск процессоров Pentium 4. Во многом благодаря этому современные микросхемы зачастую имеют более низкую стоимость, чем микросхемы предыдущих версий.

В 2003 году полупроводниковая промышленность перешла на 0,09-микронную технологию. На 2005 год запланирован переход на 0,065-микронную, а на 2007 год - уже на 0,045-микронную технологию. Благодаря этому количество транзисторов, содержащихся в каждой микросхеме, к 2007 году достигнет одного миллиарда! Для изготовления всех этих микросхем будет использоваться 300-миллиметровая подложка, поскольку переход к подложке следующего типоразмера (т. е. диаметром 450 мм) произойдет только в 2015 году Параметры основных технологических переходов приведены в табл. 3.10.

При вводе новой поточной линии не все микросхемы на подложке будут годными. Но по мере совершенствования технологии производства данной микросхемы возрастет и процент годных (работающих) микросхем, который называется выходом годных. В начале выпуска новой продукции выход годных может быть ниже 50%, однако ко времени, когда выпуск продукта данного типа прекращается, он составляет уже 90%. Большинство изготовителей микросхем скрывают реальные цифры выхода годных, поскольку знание фактического отношения годных к бракованным может быть на руку их конкурентам. Если какая-либо компания будет иметь конкретные данные о том, как быстро увеличивается выход годных у конкурентов, она может скорректировать цены на микросхемы или спланировать производство так, чтобы увеличить свою долю рынка в критический момент. Например, в течение 1997 и 1998 годов у AMD был низкий выход годных, и компания утратила значительную долю рынка. Несмотря на то что AMD предпринимала усилия для решения этой проблемы, ей все же пришлось подписать соглашение, в соответствии с которым IBM Microelectronics должна была произвести и поставить AMD некоторые ею же разработанные микропроцессоры.

По завершении обработки подложки специальное устройство проверяет каждую микросхему на ней и отмечает некачественные, которые позже будут отбракованы. Затем микросхемы вырезаются из подложки с помощью высокопроизводительного лазера или алмазной пилы.

Когда кристаллы будут вырезаны из подложек, каждая микросхема испытывается отдельно, упаковывается и снова проходит тест. Процесс упаковки называется соединением: после того как кристалл помещается в корпус, специальная машина соединяет тонюсенькими золотыми проводами выводы кристалла со штырьками (или контактами) на корпусе микросхемы. Затем микросхема упаковывается в специальный пакет - контейнер, который, по существу, предохраняет ее от неблагоприятных воздействий внешней среды.

После того как выводы кристалла соединены со штырьками на корпусе микросхемы, а микросхема упакована, выполняется заключительное тестирование, чтобы определить

правильность функционирования и номинальное быстродействие. Разные микросхемы одной и той же серии зачастую обладают различным быстродействием. Специальные тестирующие приборы заставляют каждую микросхему работать в различных условиях (при разных давлениях, температурах и тактовых частотах), определяя значения параметров, при которых прекращается корректное функционирование микросхемы. Параллельно определяется максимальное быстродействие; после этого микросхемы сортируются по быстродействию и распределяются по приемникам: микросхемы с близкими параметрами попадают в один и тот же приемник. Например, микросхемы Pentium 4 2,0А, 2,2, 2,26, 2,24 и 2,53 ГГц представляют собой одну и ту же микросхему, т. е. все они были напечатаны с одного и того же фотошаблона, кроме того, сделаны они из одной и той же заготовки, но в конце производственного цикла были отсортированы по быстродействию.

Перемаркировка процессора

Бдительные пользователи обнаружили, что многие дешевые чипы фактически работают на гораздо более высокой тактовой частоте, чем указанная в маркировке, и стали повышать частоту, на которой работает процессор. Теория разгона (overclocking) описывает поведение микросхемы на тактовых частотах, превышающих номинальную. Во многих случаях процессоры работают без сбоев, поскольку, по сути, они были рассчитаны на более высокое быстродействие, просто в их маркировке указана более низкая тактовая частота.

Для того чтобы положить этому конец, Intel и AMD решили встроить защиту от разгона в большинство своих новейших чипов. Это делается в процессе соединения: микросхемы изменяются таким образом, что не могут работать при тактовых частотах, превышающих указанную (в соответствии с которой была установлена их цена). Были изменены схемы, связанные со штырьками частоты шины (Bus Frequency - BF); благодаря этому появилась возможность контролировать внутренний множитель, используемый микросхемой. Но даже после этого некоторые пользователи нашли способ повысить тактовую частоту шины системных плат и, невзирая на то что микросхема не позволяет устанавливать более высокий множитель, им все же удалось повысить быстродействие.

Будьте бдительны - мошеннический разгон PII и PIII

Следует также сказать о том, что некоторые недобросовестные личности изобрели небольшую логическую схему, которая позволяет обойти блокировку процессора, допуская работу микросхемы при увеличенных значениях множителя. Эта схема может быть легко спрятана в процессоре PII или в корпусе PIII, после чего указанная микросхема маркируется как процессор, имеющий более высокую тактовую частоту. К сожалению, случаи подобного мошенничества происходят гораздо чаще, чем этого хотелось бы. Существует большая вероятность того, что, приобретая систему или, например, процессор где-нибудь на местной компьютерной барахолке, вы получаете за свои деньги всего лишь перемаркированную микросхему. Поэтому настоятельно рекомендую приобретать процессоры только в специализированных магазинах, занимающихся продажей компьютерной техники.

Основная проблема защиты от разгона, предусмотренной компаниями Intel и AMD, состоит в том, что искушенный "фальшивомонетчик" всегда может найти способ обойти ее, вставив определенную логическую схему в пластиковый корпус процессора. Эта проблема в большей степени относится к процессорам, расположенным к корпусе с крышкой, которая может скрыть дополнительную схему. Процессоры последних версий менее