ČIP (Chip) - Integrirani krug

Čip (chip) je najsloženije dostignuće moderne mikroelektonike, ili točnije rečeno tehnologije izrade integriranih krugova. U osnovi to je skup elektroničkih komponenti ukomponiranih na način da se izvršavaju logičke operacije u binarnom bojevnom sustavu u svrhu izračunavanja složenih matematičkih zadaća kojima je krajnji rezultat dobiti željeni rezultat bilo kao numerički skup podataka koji će se uporabiti za nekakve analize ili kao podaci temeljem kojih će se 'izgraditi' grafički prikaz na zaslonu monitora razumljiv čovjeku. Navedeni produkti obično se u primjeni opće namijene nazivaju CPU (Central processing unit), FPU (Floating Point Unit) ili GPU (Graphics Processing Unit) ili ChipSET (grupa čipova - skup integriranih krugova u svrhu koordiniranja rada sustava). Ako se radi o specijalnim izvedbama po narudžbi korisnika s dizajnom za specifične namijene - ASIC (Application Specific Integrated Circuits) takvi integrirani krugovi mogu sadržavati sve prethodno navedene produkte opće namijene u većoj ili manjoj mjeri.

Bez obzira o čemu je riječ radi se o složenom tehnološkom procesu koji podrazumijeva da se na podlogu površine od par kvadratnih milimetara foto postupkom, jetkanjem i naparivanjem različitih materijala u visokom vakuumu, uz uporabu za tu svrhu izrađenih maski, dobije slojevita struktura koja se nakon termičke obrade ponaša kao tranzistor, dioda, otpornik, kondenzator ili obični spojni vod. Načelni način izrade elementarnog tranzistora, jednog od desetine miliona međusobno povezanih elektroničkih elemenata na spomenutoj podlozi prikazan je na narednoj slici.

Slika* 1. Načelo izrade jednog tranzistora čipa.

Opis pojedinih prikazanih slojeva i način njihovog rada nakon kemijske i termičke obrade previše je složen da se može ukratko opisati, te nije tema abecede, ali je dojmljivo da je veličina prikazanog elementa iznosi par desetaka nm te da se njihovim objedinjavanjem dobije skup od nekoliko desetaka pa i stotina miliona elektroničkih elemenata koji su u stanju obavljati vrlo složene logičke operacije po načelima binarnog brojevnog sustava. Manja veličina elementarnog tranzistora, uz naprednije izolatorske tehnologije između pojedinih slojeva znači veću gustoću ugrađenih elemenata po jedinici površine, ili bolje reći veći broj aktivnih logičkih elemenata i bitno manje ZAGRIJAVANJE cjelokupnog čipa. Kako se istovremeno ne izrađuje samo jedna mala pločica, već se maske dizajniraju tako da se istovremeno može izraditi na stotine njih na podlozi velikoj kako prikazuje slika 2.4.6, cijena ovih proizvoda svakim danom je sve manja.

Rezanjem ploče - kolača (wafer-a) na elementarne dijelove dobiju se elementarni integrirani krugovi, koji se prije rezanja ispituju na osnovnu funkcionalnost, te se po rezanju neispravni uništavaju a ispravni postavljanju u kućište u kojem se zlatnim nitima njihovi izvodi spajaju s priključnim nožicama kućišta. Rezultat je integrirani krug - čip. Integrirani se krugovi kod masovne proizvodnje minijaturnih uređaja kao što su ručni satovi i elektroničke igračke izravno ukomponiraju u tiskanu ploču bez kućišta, jer se tako pored manjih dimenzija postiže i niža cijena.

Sigurno je najpopularniji proizvod mikroprocesor - CPU, koji se vrlo često uzima kao mjerilo učinkovitosti računalnog sustava, iako njegov udio bez usklađenosti s ostalim komponentama računalnog sustava nema velikog značaja. Moćan mikroprocesor u računalu koje nema kvalitetno riješeno hlađenje, dovoljno radne memorije, dovoljno brze diskovne uređaje i dovoljno veliku propusnost sabirnice sustava neće doći do izražaja. Na narednoj slici prikazano je kućište i presjek jednog od popularnih procesora firme INTEL.

Slika* 2. Reklamni prikazi mikroprocesora firme INTEL.

Zahtjevi vremena nameću nove kriterije u dizajnu mikroprocesora. Nemogućnost povećanja radnog takta zbog sve težeg postupka smanjivanja dimenzija elementarnog tranzistora, rezultira dizajnom procesora s više jezgri, te se na prethodnoj slici može razlučiti da se u kućištu nalaze dva mikroprocesora s udvojenim jezgrama što daje četiri jezgre. Međuspreme procesora (L2 cache) na prikazanom primjeru međusobno su odvojene po jezgrama a mogu biti i objedinjene za sve jezgre. Može se očekivati da će daljnji razvoj mikroprocesora ići upravo u pravcu izrade procesora s više jezgri sa ciljem istovremene obrade više procesa. Grafički procesori sa svojim osobitim zadaćama slijede navedeni trend. Sve veća primjena virtualnih računala vjerojatno će utjecati na takav dizajn integriranih krugova da bi se raspoloživi resursi u što većoj mjeri ravnomjerno rasporedili. Jedan od prikaza procesora na gornjoj slici pokazuje da su za priključke s podnožjem uporabljeni ovalni priključci umjesto pinova kao na slici 2.4.6. Većini pinova funkcija je objedinjena tako da za napajanje služi jedna skupina pin-ova, za masu druga i slično, kako bi se osiguralo da u slučaju lošeg kontakta jednog od pin-ova potpunu funkcionalnost ima drugi. Osim toga ispitivanja su pokazala da ovalni priključci imaju manji postotak neostvarenih kontakata u odnosu na dosad korištena podnožja s 'iglicama'.