กว่าจะมาเป็น CPU

จุดเริ่มต้น ของ CPU

1. ทราย
ทรายสื่งที่พบเห็นได้ทั่วไปตามที่ต่างๆ ในทรายนั้นมีสิ่งต่างๆมากมาย หนึ่งในนั้นคือ ซิลิคอน(Si) ในทรายจะมีซิลิคอนอยู่ประมาณ 25% ซิลิคอนเป็นธาตุที่พบมากเป็นอันดับสองในเปลือกโลก ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของซิลิคอนไดออกไซด์หรือซิลิกา (SIO2) ซิลิกาพบมากในแร่ควอร์ตซ์ และซิลิคอนนั้นเป็นส่วนประกอบขั้นพื้นฐานที่สำคัญในการผลิต Semiconductor

 
ควอร์ตซ์

2. ซิลิคอนที่หลอมละลาย
ระดับ: Wafer(แผ่นชิพ)(~300mm/12 นิ้ว)
ซิลิคอนจากทรายหรือควร์อตซ์นั้นจะผ่านการชำระล้างหลายขั้นตอน จนได้ซิลิคอนบริสุทธิ์ที่มีคุณภาพมากพอและเหมาะกับการใช้สำหรับงานด้านอิเล็กทรอนิกส์(Electronic Grade Silicon) หรือ EGS ใน EGS นั้นจะมีแต่อะตอมของซิลิคอนแต่อาจจะพบอะตอมอื่นๆอยู่บ้าง โดยใน 1 พันล้านอะตอมของซิลิคอน อาจพบ อะตอมอื่นๆแค่ 1 เท่านั้น จากรูป จะเห็นแท่งคริสตัลกำลังก่อตัวขึ้นจากซิลิคอนบริสุทธิ์ที่หลอมละลาย เรียกว่า อิงกัท(Ingot)

3. อิงกัท
ระดับ: Wafer(แผ่นชิพ)(~300mm/12 นิ้ว)
อิงกัทนั้นทำมาจาก EGS อิงกัท 1 อันนั้น จะหนักประมาณ 100 กิโลกรัม และมีความบริสุทธ์ของซิลิคอน ถึง 99.9999%

4. ตัดอิงกัท
ระดับ: Wafer(แผ่นชิพ)(~300mm/12 นิ้ว)
อิงกัทจะถูกแล่ออกมาเป็นแผ่นบางๆ เรียกว่า Wafer หรือแผ่นชิพ(กินไม่ได้นะคับและไม่ได้เคลือบช็อคโกแลตด้วย)

5. Wafer(แผ่นชิพ)ระดับ: Wafer(~300mm/12 นิ้ว)
เจ้าแผ่น Wafer จะถูกขัดจนเงาวับและราบเรียบราวกับกระจก บริษัทอินเทลนั้น ไม่ได้ทำแผ่น Wafer เอง แต่ซื้อมาจากบริษัทอื่น แผ่น Wafer ที่อินเทลใช้ผลิต CPU ในระดับ 45nm อย่าง Core i7 นั้น มีขนาดประมาณ 300 มิลลิเมตร หรือ 12 นิ้ว

6. เคลือบสารไวแสง
ระดับ: Wafer(แผ่นชิพ)(~300mm/12 นิ้ว)
หลังจากได้แผ่น Wafer แล้ว แผ่น Wafer จะถูกเคลือบด้วยสารไวแสง(ของเหลวสีฟ้า)ในขณะที่แผ่น Wafer นั้นกำลังหมุนอยู่ ที่ต้องหมุนแผ่น Wafer เวลาเคลือบ ก็เพื่อความเสมอกันและความบางของชั้นสารไวแสง

7. ฉายแสง
ระดับ: Wafer(แผ่นชิพ)(~300mm/12 นิ้ว)
หลังจากนั้น แผ่น Wafer จะถูกนำมาฉายด้วยแสง UV เพื่อพิมพ์วงจรต่างๆ โดยในขั้นตอนนี้จะเหมือนกับเวลาที่เรากดชัตเตอร์ถ่ายรูปด้วยกล้องที่ใช้ฟิล์ม จากรูป แสง UV จะถูกฉายผ่านแผ่นต้นแบบ(แผ่นฉลุ)ของวงจร ผ่านเลนส์ที่ช่วยย่อขนาดของวงจรให้เล็กลงและฉายลงบนแผ่น Wafer โดยวงจรที่พิมพ์ลงบนแผ่น Wafer นั้นจะมีขนาดเล็กกว่าบนแผ่นต้นแบบประมาณ 4 เท่า 

8. ฉายแสง(ต่อ)
ระดับ: Transistor(~50-200nm)
ภาพนี้เราขยายเข้ามาในแผ่น Wafer ที่ฉายแสงแล้ว โดยปกติแล้วแผ่น Wafer แผ่นเดียวสามารถสร้าง CPU ได้เป็นร้อยๆตัว แต่จากนี้ไปเราจะโฟกัสแค่ตัวเดียวเท่านั้น และต่อจากนี้ไปจะเป็นการสร้างตัว Transistor โดยนักวิจัยของอินเทลนั้นได้พัฒนาตัว Transistor ให้มีขนาดเล็กมาก เล็กขนาดที่สามารถวาง Transistor 30 ล้านตัว ไว้บนหัวเข็มได้เลยทีเดียว

9. ล้างสารไวแสง
ระดับ: Transistor(~50-200nm)
สารไวแสงจะถูกล้างด้วยสารละลาย เพื่อให้ได้วงจรตามแผ่นต้นแบบ

10. อิชชิ้ง(Etching)
ระดับ: Transistor(~50-200nm)
ขั้นตอนนี้เป็นการแกะวงจร โดยใช้สารละลาย สารไวแสงที่เคลือบไว้นั้นจะช่วยป้องกันพื้นที่ๆต้องการไว้ไม่ให้ละลาย และส่วนที่ไม่ต้องการก็จะละลายออกไป โดยการทำอิชชิ้งนี้จะคล้ายกับการกัดกระจกนั้นเอง

11. ขจัดสารไวแสง
ระดับ: Transistor(~50-200nm)
หลังจากทำ อิชชิ้ง แล้ว สารไวแสงจะถูกขจัดออกไป สุดท้ายก็จะได้แบบวงจรตามที่ต้องการ พร้อมที่จะทำตัว Transistor ในลำดับต่อ

12. เคลือบสารไวแสง(อีกครั้ง)
ระดับ: Transistor(~50-200nm)
ตัว Transistor จะถูกฉาบด้วยสารไวแสง(สีฟ้า) อีกครั้งแต่คราวนี้จะฉาบเฉพาะบางที่เท่านั้น และต่อไปจะเป็นการฝังไอออนลงบนแผ่น Wafer

13. การฝังไอออน
ระดับ: Transistor(~50-200nm)
ขั้นตอนนี้จะเป็นการฝังไอออนที่พื้นผิวของแผ่น Wafer เพื่อให้ตัว Transistor มีคุณสมบัติที่ต้องการ โดยการยิงไอออนด้วยความเร็วสูงประมาณ 300,000 km/h เข้าใส่แผ่น Wafer โดยพื้นที่สีเขียวจะได้รับไอออน แต่พื้นที่สีฟ้าจะไม่ได้รับไอออน เพราะมีสารไวแสงปกป้องไว้ 

14. ลบสารไวแสง
ระดับ: Transistor(~50-200nm)
หลังจากฝังไอออนเรียบร้อยแล้ว สารไวแสงก็จะถูกลบออกไป

15.Transistor
ระดับ: Transistor(~50-200nm)
ต่อมาตัว transistor จะถูกเคลือบด้วยชั้นฉนวน(สีม่วงแดง) โดยในชั้นฉนวนนั้นจะมีช่อง 3 ช่องไว้สำหรับใส่ทองแดงในลำดับต่อไป โดยทองแดงจะทำหน้าเป็นตัวเชื่อมต่อกับ Transistor ตัวอื่นๆ 

16. Electroplating (ชุบโลหะด้วยไฟฟ้า)
ระดับ: Transistor(~50-200nm)
ในขั้นตอนนี้แผ่น Wafer จะถูกชุบด้วยสารละลาย Copper Sulphate โดยตัว ไอออนของทองแดงจะถูกวางไว้เหนือตัว Transistor และไอออนของทองแดงจะวิ่งจากขั้ว+ (Anode) ไปหาขั้ว-(Cathode)

17. หลังจากการทำ Electroplating
ระดับ: Transistor(~50-200nm)
หลังจากเสร็จขั้นตอน Electroplating ผิวหน้าของแผ่น Wafer จะเต็มไปด้วยชั้นบางๆของไอออนทองแดง (สีครีม)

18. ขัดๆถูๆ
ระดับ: Transistor(~50-200nm)
ส่วนของพื้นนผิวที่เกินมาก็จะถูกขัดออกไป

19. ชั้นโลหะ
ระดับ: Transistor(Transistor 6 ตัวต่อกัน~500nm)
หลังจากได้ตัว Transistor แล้ว ก็มาถึงขั้นตอนการเชื่อมต่อ Transistor แต่ละตัวเข้าด้วยกัน โดยชั้นโลหะทองแดง(เส้นๆสีครีม) จะทำหน้าที่เชื่อมต่อ Transistor เข้าด้วยกัน(ในรูป Transistor 6 ตัว ถูกต่อเข้าด้วยกัน) แต่จะถูกเชื่อมต่อแบบไหนนั้น ก็ขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมและทีมผู้ออกแบบ ว่า CPU นี้จะมีคุณสมบัติแบบไหนบ้าง ตัว Chip ของคอมพิวเตอร์นั้นเราอาจจะคิดทำไมมันบางจังแต่จริงๆแล้ว Chip ตัวนั้นอาจจะมีชั้นต่างๆมากกว่า 20 ชั้นด้วยกันเสร็จจากขั้นตอนนี้เราก็จะได้แผ่น Wafer ที่เต็มไปด้วย Die หลายร้อยตัว ดังภาพ

  
 แผ่น Wafer ของ Intel(i7)                 แผ่น Wafer ของ AMD

20. ทดสอบแผ่น Wafer
ระดับ: Die (~10 mm / ~0.5 นิ้ว)
ขั้นตอนต่อมาก็คือ การทดสอบการทำงานของ Chip ทุกตัวบนแผ่น Wafer โดยตัวทดสอบจะดูการทำงานและการตอบสนองของ Chip นั้น ว่าให้คำตอบที่ถูกต้องเพียงใด

21. ตัดแผ่น Wafer
ระดับ: Wafer(แผ่นชิพ)(~300mm/12 นิ้ว)
หลังจากผ่านการทดสอบแผ่น Wafer แล้ว ก็มาถึงขั้นตอนการตัดแผ่น Wafer ออกมาเป็นชิ้นๆ หรือที่เรารู้จักกันดีว่า Die

22. หา Dies ที่ไม่สมบูรณ์
ระดับ: Wafer(แผ่นชิพ)(~300mm/12 นิ้ว)
Die ที่สอบผ่านก็จะถูกส่งไป สู่ขั้นตอนต่อไป (Packaging) Dies ที่สอบตกก็คงจะถูกเธอทิ้ง

23. Die
ระดับ: Die (~10 mm / ~0.5 นิ้ว)
Die ของ i7 ที่ถูกตัดออกมา

24. ประกอบร่าง
ระดับ: บรรจุภัณฑ์(~20 mm / ~1 นิ้ว)
ตัว Substrate, Die และ ตัวกระจายความร้อน จะถูกนำมาประกอบเข้าด้วยกัน กลายเป็น CPU ที่เราใช้กัน

25. โพรเซสเซอร์
ระดับ: บรรจุภัณฑ์(~20 mm / ~1 นิ้ว)
หลังจากประกอบเสร็จก็จะกลายเป็น CPU ที่สมบูรณ์ (รูปข้างต้นนั้นเป็นรูปของ i7) แต่ยังไม่พร้อมใช้ ยังเหลือขั้นตอนอีกนิดหน่อยการผลิต CPU นั้นเป็นอุตสาหกรรมที่มีความสลับซับซ้อนมากที่สุดในโลกเลยทีเดียว จะต้องผ่านขั้นตอนต่างๆนาๆ หลายร้อยขั้นตอน กว่าจะมาเป็น CPU ที่เราใช้กัน 

26. ทดสอบแยกประเภท
ระดับ: บรรจุภัณฑ์(~20 mm / ~1 นิ้ว)
เมื่อประกอบเสร็จเรียบร้อย ต่อมาก็เป็นการทดสอบหาคุณสมบัติเฉพาะ ของ CPU ในแต่ละตัว เช่น มีความเร็วเท่าไหร่ ใช้พลังงานเท่าไหร่

27. แบ่งรุ่น
ระดับ: บรรจุภัณฑ์(~20 mm / ~1 นิ้ว)
ทดสอบเสร็จแล้ว ก็จัด CPU ที่มีคุณสมบัติเหมือนกันไว้ด้วยกัน และพร้อมใช้งาน พูดง่ายๆก็คือจัดรุ่นเดียวกันไว้ด้วยกัน

28. บรรจุกล่องพร้อมใช้
ระดับ: บรรจุภัณฑ์(~20 mm / ~1 นิ้ว)
CPU ที่จัดหมวดหมู่แล้วก็จะส่งไปตามโรงงานต่างๆ ในแบบถาด หรือ แบบกล่อง ที่ส่งไปตามร้านต่างๆ และจากร้านก็สู่มือเราๆท่านๆ นำไปใช้กัน

เป็นไงบ้างครับกับกระบวนการผลิต CPU จาก ทรายธรรมดาๆ ที่พบเห็นได้ทั่วไป กลายเป็น อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ ที่สำคัญ จริงๆแล้วขั้นตอนการผลิตมีเป็นร้อย แต่สรุปสั้นๆ ก็มี 28 ขั้นตอน ผิดพลาดประการใดก็ขออภัย ตรงไหนไม่ถูกต้องโปรดชี้แนะด้วยครับ เพราะศัพท์ทางเทคนิคเยอะพอควร ส่วนเพื่อนๆบางคนอ่านแล้วงงนี้ คงเป็นเพราะผมเรียบเรียงไม่ค่อยดีเท่าไหร่ เหอๆ และหากเจอ สาระดีๆอีกจะนำมาแปลให้อ่านกันอีกทีครับ สวัสดีครับ